فصل چهارم رنگ در تصویر و ویدیو علم رنگها نور و طیف رنگ توابع تطبیق رنگ صفحات نمایشگر رنگی نمایشگر CRT و تصحیح گاما مدل های رنگ در تصاویر و ویدئو

Transcript

1 فصل چهارم رنگ در تصویر و ویدیو علم رنگها نور و طیف رنگ توابع تطبیق رنگ صفحات نمایشگر رنگی نمایشگر CRT و تصحیح گاما مدل های رنگ در تصاویر و ویدئو 1

2 علم رنگ ها نور و طیف رنگ 2

3 علم رنگ ها نور: نور یک موج الکترومغناطیس است. رنگ نور وابسته به طول موج آن است. تمامی طول موجهای الکترومغناطیسی قابل نمایش نیستند. طول موجهای کوتاه آبی به نظر میرسند و طول موجهای بلند قرمز. 3 های چندرسانه ای سیستم

4 علم رنگ ها نور سفید شامل همه رنگ های یک رنگین کمان است. آزمایش های نیوتون 700 نور مرئی یک موج الکترومغناطیس در محدوده 400 است. )1 نانومتر معادل 9-10 متر است(. نانو متر تا نانو متر 4

5 طیف الکترومغناطیسی 5

6 علم رنگ ها این منحنی توان نسبی هر طول موج از نور در یک روز آفتابی را نشان می دهد. این نوع از منحنی توزیع توان طیفی )SPD( λ نمادی برای طول موج است. این منحنی یا طیف نامیده میشود. E(λ) نامیده می شود. E(λ) توزیع توان طیفی در نور روز λ 6

7 بینایی انسان چشم مانند یک دوربین عمل میکند با لنزها یا عدسیهایی که یک تصویر را به شبکیه چشم منعکس میکنند )باال به پایین و چپ به راست معکوس شده(. شبکیه چشم از مجموعهای از سلولهای)میله ای( rod شده است. و سه نوع سلول )مخروطی( Cone تشکیل 7

8 بینایی انسان خصوصیت سلول های میله ای تعداد سلول های میله ای بیشتر است. کار آنها تولید تصویری کلی و کامل از میدان دید است. در بینایی رنگی دخالتی ندارند. به سطوح پایین روشنایی حساس هستند. ویژگی های سلول های مخروطی بسیار حساس به رنگ حساس به جزییات ریز تعداد آنها کمتر است سه نوع هستند که به قرمز آبی و سبز حساس هستند. مغز از تفاوت های G-B R-G و B-R برای تولید سیگنال رنگ استفاده می کند. 8

9 حساسیت طیفی چشم. V( چشم انسان به نور میانه طیف مرئی حساس تر است )منحنی V = overall sensitivity حساسیت گیرنده های بینایی انسان تابعی از طول موج است. 9

10 تصویر سازی Formation( )Image سطوح مقادیر متفاوتی از نور را در طول موج های مختلف منعکس می کنند. سطوح تیره انرژی کمتری نسبت به سطوح روشن منعکس می کنند. توابع انعکاس طیفی سطح S(λ) برای اشیاء 10

11 رنگی که دیده می شود وابسته به طیف تابش شده از سوی منبع نور طیف بازتاب شده از جسم و حساسیت سنسور های دریافت کننده دارد. 11

12 توابع تطبیق رنگ 12

13 آزمایش رنگ سنج )Colorimeter( هدف آزمایش: ساختن رنگ مورد نظر با استفاده از سه رنگ اصلی با سه رنگ اصلی نمی توان تمام رنگ های موجود را تولید کرد مگر آنکه طول موج این سه رنگ عوض شود. 13

14 نمودار رنگینگی -CIE نمودار نعل اسبی International Commission on Illumination (CIE: Commission internationale de l'éclairage) نقاط روی مرز نمودار )مدرج با رنگ آبی( رنگهای طیفی را نشان میدهند که کامال اشباع هستند. رنگهای داخل نعل اسب از ترکیب رنگها به دست آمدهاند. 14

15 مشخصات رنگی روشنی )شدت رنگ(: (Luminance) Brightness اصل رنگ)طول موج غالب در ترکیب امواج نوری( : Hue اشباع )خلوص نسبی یا مقدار نور سفید مخلوط با اصل رنگ(: Saturation نقاط روی مرز نمودار رنگینگی کامال اشباع هستند اشباع در نور سفید صفر است. رنگ های طیفی خالص کامال اشباع هستند صورتی = قرمز به اضافه سفید بنفش کمرنگ = بنفش به اضافه سفید نور سفید = سهم سه رنگ اولیه باهم برابراست. اصل رنگ و اشباع )روی هم( رنگینگی نامیده می شود. Chromaticity 15

16 مثلث RGB برای سیستم gamut Red = 700nm Green = 546.1nm Blue = 435.8nm 16

17 خصوصیات مانیتورهای رنگی مانیتورهای LCD CRT و LED از مدل رنگ RGB استفاده میکند. نقطه سفید: هنگامیکه,R,G B باالترین مقدارخود را داشته باشند. 17

18 رنگ های خارج از دایره نمایش )Out-of-Gamut( سیستمهایی مانیتوری نمیتوانند تمام رنگها را نمایش دهند. به رنگهایی که از فضای رنگ قابل نمایش هستند رنگهای داخل فضای gamut میشود. رنگهایی که داخل فضای gamut وجود ندارند را out-of-gamut میگویند. گفته 18

19 نمایش رنگ های خارج از دایره نمایش )Out-of-Gamut( نقطه مورد نظر a )رنگ مورد نظر( b رنگ سفید 19

20 چند مفهوم قانون :Grassman تطبیق رنگها خطی است. به این معنی که اگر فرض کنیم رنگهای 1 و 2 را با یکدیگر ترکیب کنیم رنگ جدید هم با رنگ 1 +رنگ 2 تطبیق پیدا خواهد کرد. رنگهای تجمعی (Additive) از منابع نور حاصل میشوند مانند نوری که توسط یک صفحه سفید تولید میشود. رنگهای تفاضلی( Subtractive ) برای چاپگرها و دستگاههایی که خودشان منبع نور نیستند به کار میروند. 20

21 صفحات نمایشگر رنگی 21

22 انواع نمایشگر رنگی نمایشگر CRT از لوله اشعه کاتدی) Tube )Cathode Ray استفاده میکند. نمایشگر Plasma نمایشگر )Liquid Crystal Display( LCD نمایشگر LED 22

23 نمایشگر CRT معایب - 1 تشعشعات الکترومغناطیسی با طول موج کوتاه - 2 ابعاد بزرگ و وزن سنگین - 3 توان مصرفی باال - 4 لرزش تصویر 23

24 نمایشگر LCD )کریستال مایع( کریستال مایع در 1888 کشف شد )به لحاظ ساختاری نه مایع است و نه جامد(. در اواسط دهه 60 دیده شد که این ماده در اثر مجاورت با بار الکتریکی جهت نور گذر کننده از خود را عوض میکند. در دهه 70 اولین نمایشگر LCD ساخته شد. 24

25 نمایشگر LCD )قطبی کننده( قطبی کننده: باعث عبور نور در یک جهت می شود. 25

26 26

27 نمایشگر )TFT-LCD( 27

28 منبع نور نمایشگر )TFT-LCD( 28

29 نمایشگر )TFT-LCD( 29

30 معایب LCD زمینه نور پس افزایش توان مصرفی کاهش کنتراست )Backlight( 30 9

31 نحوه عمل کرد LED در نمایشگرهای LED به جای نور زمینه )backlight( که توسط المپهای فلورسنت ایجاد شده از ماتریس LEDها استفاده میشود. 11

32 مقایسه تصویر در LED وLCD تصاویر در LED رنگ ها در LED براقتر است. طبیعی تر هستند. 12

33 نمایشگر CRT و تصحیح گاما 33

34 سیستم دوربین ها یک دوربین در هر موقعیت پیکسل )متناظر با یک موقعیت شبکیهای( سه سیگنال تولید میکند. سیگنال های آنالوگ به دیجیتال تبدیل می شوند به عدد صحیح گرد شده و ذخیره می شوند. 34

35 تصحیح گاما Correction( )Gamma تصحیح گاما الگوریتمی ساده است که برای نمایش صحیح تصاویر به کار گرفته میشود. نور ساطع شده از نمایشگر CRT در حقیقت متناسب با مقداری از ولتاژ است که این میزان توان گاما (Gamma) نامیده میشود )با نماد γ(. R γ اگر ارزش مقداری در کانال قرمز (R) ساطع میکند. مقدار گاما حدود باشد صفحه نوری متناسب با را است

36 تصحیح گاما R R 1/ تصحیح گاما ورودی ( R 1/ ) R 36

37 تصحیح گاما با تصحیح بدون تصحیح نمایش مجموعه سطح از 0 تا 255 بدون تصحیح گاما و با تصحیح گاما. 37

38 مدل های رنگ در تصاویر 38

39 مدل های رنگ در تصاویر برای نمایشگرهای CRT از مدل رنگ RGB استفاده میشود. برای پرینترها از فضاهای رنگی تفاضلی )مانند )CMY استفاده میکنیم. استفاده از 8 بیت برای نمایش هر یک از کانالهای رنگی. وقتی که دو پرتو نور نقطه ای هدفی را روشن می کنند رنگ های آن ها باهم جمع می شود. ولی برای جوهر که روی کاغذ رها میشود وضعیت متفاوتی بهوجود میآید رنگها در اصطالح از هم کم )تفریق( میشوند. جوهر زرد از کم شدن رنگ آبی از سفید پدیدار می شود اما از بازتاب قرمز و سبز. 39 های چندرسانه ای سیستم

40 مدل رنگ CMY رنگ های تفاضلی رنگ های تجمعی 40 های چندرسانه ای سیستم

41 تبدیل RGBبه CMY مخلوط دو جوهر زرد و ارغوانی باعث تولید رنگ قرمز می شود. C 1 R M 1 G Y 1 B قرمز زرد=قرمز+سبز ارغوانی =قرمز+آبی تبدیل معکوس : R 1 C G 1 M B 1 Y 41 های چندرسانه ای سیستم

42 جداسازی رنگ سیاه در سیستم CMY قسمتی از مخلوط CMY که سیاه است را محاسبه و آنرا از ابعاد رنگ حذف میکنند و سپس آنرا به عنوان سیاه واقعی اضافه میکنند. )به علت ارزانی تولید رنگ سیاه( K min{ C, M, Y} C C K M M K Y Y K 42 های چندرسانه ای سیستم

43 مدل های رنگ در ویدیو 43

44 مدل های رنگ در ویدیو در روشهای آنالوگ کدگذاری تلویزیون Chrominance )رنگ( جدا میشود. Luminance )درخشندگی( از اطالعات YIQ, YUV, YCbCr سیگنالهای تلویزیون آنالوگ NTSC (آمریکای شمالی و ژاپن( توسط فضای YIQ انتقال پیدا میکنند. سیگنال های تلویزیون آنالوگ PALیا SECAM )اروپا( از YUV استفاده می کنند. کدگذاری نوارهای ویدیویی VHS از فن آوری YIQ استفاده میکردند. تبدیل YCbCr در فشرده سازی تصویر JPEG وفشرده سازی ویدیویی MPEG استفاده شده است. 44

45 مدل رنگ YUV U = B Y V = R Y Y R U G V B برای رنگ خاکستری: R = G= B درخشندگی (luminance) یا Yمیزان خاکستریاست. برای یک تصویر خاکستری )سیاه و سفید( تابع U و V مقادیر صفر دارند. 45

46 مدل رنگ YUV Y=0 Y=.5 اشباع کامل 46

47 مدل رنگ YUV تصویر اصلی Y U V 47

48 مدل رنگ YIQ 33 و V دوران داده شده U وV هستند. مشابه است با YUV U به اندازه چرخیده شده اند. و Q در YIQ I Y I = (R Y ) cos (B Y ) sin 33 Q = (R Y ) sin (B Y ) cos 33 Y R I G Q B 48 های چندرسانه ای سیستم

49 مدل رنگ YIQ I Q 49 های چندرسانه ای سیستم

50 مدل رنگ YCbCr این مدل ارتباط نزدیکی با YUV دارد. Y C C b r R 0.5 G 0.08 B های چندرسانه ای سیستم

51 تمرین رنگ (215,100),155 در فضای RGB را به رنگ معادل آن در CMYK تبدیل کنید. همین رنگ را به معادل آن در فضای YCbCr تبدیل نمایید. به نظر شما چرا فضای رنگی YIQ برای فشردهسازی یا ارسال تصاویر و ویدیو از RGB میتواند بهتر باشد 51