Színmérés Firtha Ferenc, BCE, Fizika
1. Színmérés: milyennek látjuk?
kontakt optikai: RGB színinger
2. Képfeldolgozás: hol?
THE 007, 228, 20111130 távérzékelés + adatredukció: szegmentálás, szín, alak, mintázat
3. Spektroszkópia: mi?
kontakt mérés + statisztikai modell: NIR reflexió -> víz, zsír, olaj, fehérje,…
4. Spektrális képfeldolgozás: hol, mi?
távmérés+analízis -> multispektrális alkalmazás ásványok, parlagfű, gyógyszer, élelmiszer
Geometriai optika (fénysugár) à Fizikai optika (EM hullám, foton)
Spektrum: Intenzitás(λ) à Színkoordináták
A szem (érzékelő), idegpályák (adatbusz) és agy (processzor) kapacitása véges, ezért spektrális érzékelés helyett a szem színingert érzékel, szállít és dolgoz fel
A látótér különböző irányaira a spektrum helyett csak a színérzetet (RGB) érzékeljük, így gyorsabban el lehet dönteni, hogy ki barát, ...
és ki ragadozó.
ki barát...
ki veszélyes
veszélyesebb …
legveszélyesebb
à
A retinán lévő csapokban három különböző fotopigment található: Red, Green, Blue. Ezek érzékenységi görbéjén alapul a színinger.
Az RGB alapszínek additív keverésével bármely színérzet kikeverhető, pl. piros, zöld és kék fénysugarak egymásra vetítésével (lásd színes TV).
A Cián,Ciklámen és Sárga (Cyan,Magenta,Yellow) alapszínek szubtraktív keverésénél, pl. festékek keverésénél az egyes komponensek abszorpciója adódik össze.
A nyomdatechnikában alkalmazott vegyes színkeverésnél a színes foltok egymás mellett (additív) és/vagy fedésben (szubtraktív) helyezkednek el.
Újság-nő szeme közelről
Miért kell színt mérni? Mert vizuális észlelésünk (világosság, szín, alak) relatív.
Vizuális érzékelésünk relatív, alkalmazkodik az éppen vizsgált környezethez Zöld környezetben, annak árnyalatai erősödnek.
Kék környezetben a kék különböző árnyalatait észleljük egyre jobban
Piros környezetben a pirosét (Twin Peaks, red room)
az alsó és felső négyzet egyszínű? vagy a felső sötétebb, mint az alsó? tedd az ujjad a 2 négyzet közé úgy, hogy takard el az elválasztó vonalat!
RGB: 120-120-120
A világosság észlelése relatív. Ez számos illúzióval demonstrálható
A sötét szürkének és fehérnek látott foltok intenzitása valójában ugyanaz: R=118, G=128, B=128
RGB = ( 107, 107, 107 )
RGB = ( 3, 4, 152 )
A szín észlelése relatív. A képeken kéknek és sárgának látott foltok valójában szürkék. RGB= ( 136, 136, 136 )
Aránylag kis környezet is radikálisan megváltoztatja a hatást RGB = ( 68, 93, 61 )
A méret észlelését is befolyásolja az agy átkódolása J
Közismert mozgó illúziók Ki akarom próbálni, vajon vetítve működik-e?
• flavonoidok (pl az antocianin: szeder, kék szőlő, piros káposzta, lila hagyma, cékla, retek) • karotinoidok (sárgarépa, paradicsom, citrom,narancs, spenót,kukorica)
• kinonok (gomba) • pirolok (klorofil) • betanin (cékla) • melanin (bőr)
A színt, az alakot, a mintázatot mérni kell!
Színek rendezése Newton (Opticks, 1704): prizma,színkör
Goethe (Farbenlehre, 1810): RGB színkör
Young-Helmholtz elmélet
Maxwell (Theory of Colour Vision, 1860): RGB alapszínek
1. Háromszín-elmélet: színinger Young (1802) – Helmholtz (~1850): pálcikák és csapok à 3 alapszín
Mantis Shrimp: 20 receptor IR …UV
Daddy long-legs (Phalangium opilio) szemének (lencse, retina, látóidegek) konfokális pásztázó mikroszkóppal készített képe. A szöveteket színezték.(Igor Siwanowicz, 2010)
2. Ellenszín-elmélet: színérzet Edwald Hering (1874): vörös-zöld, sárga-kék, fekete-fehér ingerek kioltják egymást -> 4 színérzet
Michel Albert-Vanel: színrendszerek a művészetben és tudományban (1983)
Színrendszerek Munsel színminta atlasz (1915) koordinátái: • Hue: színezet (szög: 1..10*10) • Chroma: telítettség (sugárirány: 1..16) • Value: világosság (függőleges: 1..10) Nemzetközi színrendszerek alapvető fajtái: 1. Háromszín: Young-Helmholtz Színinger: retinán a csapok 3 féle fotopigmentet tartalmaznak
pl. CIE XY
2. Ellenszín: Edwald Hering Színérzet: vörös-zöld, sárga-kék, fekete-fehér ingerek kioltják egymást.
pl. CIE Lab
CIE 1931: az additív színkeverésből indul ki alapszíninger-összetevők (RGB primaries): •lB= 435,8 nm •lG= 546,1 nm •lR= 700,0 nm à átlagos észlelő („standard observer”) r, g, b színinger-megfeleltető függvényei (1931: 2˚, 1964: 10˚) Azaz: • három szűrőn keresztül látunk bármely spektrumot színnek. Több spektrum is okozhatja ugyanazt az érzetet. • bármely színérzet ábrázolható az RGB térben.
CIE 1931 XYZ Egyes színeket az alapszínekből additívan nem, csak negatív együtthatóval lehet kikeverni. Méréstechnikai kényelmi szempontból határozták meg az RGB rendszer olyan lineáris kombinációját, amelyben • minden szín pozitív együtthatókkal keverhető ki, • egyenlő mennyiségük meghatározza a fehér színingert • Y arányos a teljes fénysűrűséggel (LX : LY : LZ arány) Mátrix-szorzással kapjuk a képzetes XYZ színinger-összetevőket: X = 2,36460 · R – 0,51515 · G + 0,00520 · B Y = - 0,89653 · R + 1,42640 · G – 0,01441 · B Z = - 0,46807 · R + 0,08875 · G + 1,00921 · B
XYZ színtest -> xy színháromszög Az XYZ képzetes összetevők által kifeszített színtér része az un. színtest. A színtérben a (100,0,0) - (0,100,0) - (0,0,100) pontok által kifeszített sík pontjainak világosság-ingere azonos, mivel X+Y+Z = állandó. A színtest színeit a síkra vetítve elvonatkoztatunk a világosságtól. A színezet és telítettség a színvektor hosszától nem, csak az összetevők arányától függ. A vetítés (normálás) transzformációjával kapjuk a színességi-koordinátákat: x = X / (X+Y+Z) y = Y / (X+Y+Z) z = Z / (X+Y+Z) ; z=1–x–y Ennek xy képe a színinger-háromszög:
Gamut: leképezési tartomány D
Fekete-test: színhőmérséklet M
E: fehér (Equal Energy) Domináns hullámhossz szerkesztése
Telítettség: Δ szélétől való távolság ED EM
CIE 1964 UCS: Egyenlő színtávolság Az emberi szem érzékenysége: Világosság (Intensity Þ Lightness) : 500 Árnyalat (Hue Þ h): 160 Telítettség (Saturation Þ Chroma): 20 Az egyenlő színtávolság igényének kíván megfelelni a CIE 1964 UCS (Uniform Chromaticity Scale), vagy más néven Yu’v’ ajánlása. Világosság-érzékelésünk un. láthatósági függvénye a zöld színinger-megfeleltető függvényhez hasonló harangfüggvény (csak annál szélesebb), így az intenzitást itt már csak a zöld összetevőből számítják. 4X 4x u, =
v, =
X + 15 Y + 3 Z
=
- 2 x + 12 y + 3
9Y 9y = X + 15Y + 3 Z - 2 x + 12 y + 3
à CIE 1976 Luv L* = 116 × ( Y
Yn
)
1
3
- 16
u * = 13L* × (u , - u n )
v * = 13L* × (v , - v n )
CIE Lab 1976 Munselhez hasonló koordinátákat (Value,Chroma,Hue) használ, de az ellenszín elméleten alapuló tér, azaz egy színérzet nem lehet egyszerre • zöld és piros: a= -60..+60 • kék és sárga: b= -60..+60 Koordinátái: X Y Z X1 =
Xn
Y1 =
X 2 = ( X 1 > 0,008856) ? ( X 11/ 3 ) : (7,787 × X 1 - 16
L* = 116 × Y2 - 16
Z1 =
Yn
) 116
Y2, Z2 ugyanígy
a * = 500 × [ X 2 - Y2 ]
Lch koordinátákkal: •Lightness •Chroma(saturation) •Hue
Zn
b * = 200 × [Y2 - Z 2 ]
Nemzetközi szabványok CIE xy 1931
után az alkalmazások: megjelenítők: NTSC,PAL
CIE Luv
képszabványok
CIE Lab CIE Lch
PC: HSV, HSL, HSI, ... C = max(R, G, B) - min(R, G, B) G-B Hue: Max=R: H = C B-R +2 Max=G: H = C R -G Max=B: H = +4 C Value: V = Max Saturation:S = C / Max Chroma:
Színmérés után következzék a képfeldolgozás…
