Teoria del colore Andrea Torsello Dipartimento di informatica

Teoria del colore Andrea Torsello Dipartimento di informatica Università Ca’ Foscari via Torino 155, 30172 Mestre (VE)

• La percezione del colore e’ dovuta alla interazione fisica tra la luce emessa da una sorgente, gli oggetti incontrati nel suo cammino e l’occhio di un osservatore umano. • Il colore percepito da un osservatore e’ funzione delle caratteristiche fisiche della luce che lo raggiunge.

Newton • Dobbiamo a Newton la prima teoria coerente del fenomeno fisico legato alla percezione del colore • Se facciamo passare luce bianca attraverso un prisma la luce viene separata in vari colori. • L’intuizione di Newton e’ che il bianco non e’ un colore “puro”, ma e’ la composizione di piu’ colori.

Sintesi additiva • Newton descrive l’algebra dei colori per mezzo di un un cerchio. • I colori sono disposti attorno il cerchio nello stesso ordine in cui vengono incontrati dello spettro. • La combinazione in parti uguali di due colori e’ al centro del segmento che li unisce.

Coni • Spazio del colore descritto da Newton ha 3 dimensioni (luminosita’ + 2 per il cerchio del colore) • Ricerca fisiologica ha dimostrato che nella cornea umana esistono tre diversi recettori per la visione diurna (coni) sensibili in modo diverso alle varie frequenze di una radiazione elettromagnetica.

Percezione • La percezione del colore e’ determinata dalla risposta di questi recettori. • Due luci con spettri diversi che producono la stessa risposta vengono percepite dello stesso colore

Color Matching • Si puo’ pensare ad un semplice esperimento: – Un osservatore controlla tre luci “centrate” sulle frequenze di massima risposta dei tre recettori. – Controllando la proporzione delle tre luci cerca di riprodurre la stessa percezione cromatica di una luce di test. • Se le tre luci riescono a riprodurre le stesse intensita’ di attivazione delle tre classi di coni, la percezione cromatica dovrebbe essere identica.

Color Matching • L’esperimetno funziona con quasi tutti I colori. • Esistono pero’ delle tonalita’ di colore tra il blu ed il verde che non possono essere riprodotte in questo modo. • Ma, se a questo colore aggiungiamo del rosso siamo in grado di riprodurlo usando verde e blu. • Cioe’, dobbiamo aggiungere una quantita’ negativa di rosso

Interpretazione • Le regioni di sensibilita’ delle tre classi di recettori si sovrappongono. • La luce verde stimola il recettore rosso piu’ del colore test (ciano). • Per ottenere la stessa risposta bisogna ridurre la risposta dei coni rossi (sottrarre del rosso)

Color Matching functions • Color matching functions: quantita’ di un un colore necessarie per riprodurre la percezione cromatica di una luce in funzione della frequenza.

Standard CIE • 1931 standard CIE definisce tre “colori” virtuali XYZ. • I colori non corrispondono a nessuna luce reale, ma la percezione cromatica di ogni radiazione luminosa puo’ essere riprodotto con una combinazione positiva di questi colori virtuali.

Standard CIE • Riportando il piano di luminosita’ unitaria (X+Y+Z=1)sul piano XY, otteniamo il diagramma di cromaticita’ CIE

Gamut • Il diagramma di cromaticita’ ci fornisce uno strumento di analisi per il problema del color matching. • Qualsiasi dispositivo che crei colori miscelando una serie di luci di colore fissato puo’ ottenere solo colori contenuti nel poligono con vertici tali luci. • L’area di tale poligono e’ un indice della quantita’ di colori riproducibile dal dispositivo e viene chiamata Gamut

Gamut • Dispositivi diversi possono usare colori base diversi (la stampa usa ciano magenta e giallo invece di rosso verde e blu), ma I colori riproducibili sono comunque limitati dal gamut del dispositivo. • Nel passaggio da un dispositivo ad un altro bisogna riportare colori non riproducibili all’interno del gamut del nuovo dispositivo.

CIE Luv • Non c’e’ corrispondenza tra distanza nello spazio XYZ e la differenza percepita tra i colori. • Spazio CIE Luv e’ una deformazione di XYZ che riduce la discrepanza tra distanza e differenza cromatica.

Sintesi additiva-sottrattiva

Effetti dell’illuminazione

Percezione oltre la retina

Percezione

Percezione

Percezione

Percezione

Percezione

Percezione

Bilanciamento

Bilanciamento

Spazi di colore

Spazio RGB • Spazio di colore definito dalle quantita’ di luce rossa, verde e blu. • Lo spazio dei colori e’ contenuto in un cubo

Effetti di quantizzazione

Spazi CYM e CYMK • Le basi sono complementari a RGB Ciano, giallo (Yellow) e Magenta • Sintesi sottrattiva, lo 0 e` il bianco C=1 -R Y=1 -B M=1 -G • E` difficile ottenere un nero puro miscelando le basi, per la stampa si aggiunge il nero (blac. K) K=min(1 -R, 1 -G, 1 -B) C=1 -R-K Y=1 -B-K M=1 -G-K (uno tra C, Y e M sara’ 0)

Spazio HSV • Spazio colore naturale basato su tinta (hue), saturazione e valore proporzione di luminosita’ rispetto al massimo per tinta e saturazione dati

Spazio HSL • Simile a HSV, ma e’ la saturazione ad essere relativa alla massima per tinta e intensita’ date

Spazio YCb. Cr • YCb. Cr (YUV) (usato per TV e JPEG) Y = Kr R + Kb B +(1 -Kr-Kb) G Cb = 0. 5(B-Y)/(1 -Kb) Cr = 0. 5(R-Y)/(1 -Kr) Kr = 0. 114 Kb= 0. 299

Scomposizione dei canali

Trasformazioni nei diversi spazi I H, S

Trasformazioni nei diversi spazi

Luminosita` e/o contrasto Operando allo stesso modo su tutte le componenti RGB non si hanno variazioni tonali, ma solo variazioni di luminosita` e/o contrasto.

Correzione tonale Operando separatamente sulle componenti cromatiche (CYMK nell’esempio) si possono correggere deviazioni cromatiche.

Saturazione percepita Equalizzazione dell’intensita` altera la percezione della saturazione. aumentando la saturazione si ottiene l’immagine finale.