Chapter 6 Color Image Processing Chapter 6 Color Image Processing COLOR 1-Fundamentos del color...

© 2002 R. C. Gonzalez & R. E. Woods

Chapter 6Color Image Processing


Introducción

Motivación:

• el color es un buen descriptor.

• el ser humano discierne miles de intensidades y tonos de colores.

•Areas: Full Color, pseudo color.


COLOR1- Fundamentos del color

COLOR1- Fundamentos del color

1*Fundamentos del Color:

•Banda del espectro electromagnetico visible.(color-freco logitud de onda)

•La frec. que refleja es la del color que se ve.




La luz acromatica, se caracteriza por su intensidad (niveles de gris).

Luz fuente de luz cromática (400-700nm),descripta por:

•Radiancia: energía total radiada por la fuente de luz (W),

•luminancia (lm) cantidad de energía que percibeun observador.

•Brillo: es subjetivo, equivalente de la intensidaddel acromático.







Los conos son los responsables de la visión del color.

Aproximadamente el 65% de los conos son sensibles a la luz roja, el 33% a la verde y el 2% a la azul.

La frecuencia de cada color, no es fija, es un rango.

Rojo, verde, azul, son llamados colores primarios.

•La combinacion de los primarios da lugar a los colores secundarios de la luz: magenta, cian, amarillo.




•La combinacion de los primarios da lugar a los colores secundarios de la luz: magenta, cian, amarillo.




•RESPUESTA DEL OJO A LAS DISTINTAS FRECS.

•Absorción de la luz por los conos rojo, azul y verde en el ojo humano en función de la longitud de onda.




Fundamentos del Color:

Distinguir entre colores primarios de la luz y de los pigmentos.

En los pigmentos, los primarios son los que absorben un color primario de luz y reflejan los otros dos.

Los tubos de TV color, consisten de tres puntos, sensibles a R,G,B. La suma de las intensidades en cada punto, produce el efecto visual de un color resultante.

La sucesión de 30 imágenes por segundo, dan la sensación de movimiento continuo.







Para distinguir un color de otro se usan:

Brillo: intensidad(intensidad de la monocromática)

Hue: color dominante percibido por el observador.

Saturación: (saturado= sin blanco) Los colores puros del espectro estan completamente saturados, los lavanda, rosas, estan menos saturados. La saturación es inversamente ppnal. a la cantidad de luz blanca adicionada.Hue+Saturación: cromaticidad.Por lo tanto un color se puede caracterizar por su

brillo y cromaticidad.




•La cantidad de R,G y B necesarios para formar un color se llaman valores tri_estímulos (X,Y,Z).Por lo tanto un color se especifica por sus coeficientes tricromáticos definidos como:

ZYX

Zz

ZYX

Yy

ZYX

Xx

++=

++=

++= ;;

Por lo tanto x+y+z=1.•Diagrama de Cromaticidad: es otra forma para especificar el color, como función del rojo(x) y verde(y).La posición de los colores del espectro están indicados en el borde del diagrama de cromaticidad en forma de lengua (los colores puros).




Diagrama de Cromaticidad (cont.): Los puntos dentro del diagrama representan alguna mezcla de los colores del espectro.El punto de igual energía corresponde a a fracciones iguales de los tres colores, y representa el blanco.Un punto en el borde del diagrama de cromaticidad, esta saturado completamente, hacia el punto de igual energía, se agrega blanco y se hace menos saturado.Tomando tres puntos, el triangulo que queda definido contiene todos los colores que se pueden formar con esos tres. Se ve que no se pueden generar todos los tonos, con tres colores, el triangulo no contiene toda la lengua.




Diagrama de Cromaticidad (cont.): •El punto rotulado ‘verde’ tiene aprox. 62 % de verde, 25 % de rojo, y por lo tanto tendrá de azul (z)= 1-x(rojo)-y(verde).•El punto llamado de igual energía, corresponde a porcentajes iguales de los tres primarios.•Cualquier punto del borde de la lengua está saturado. A medida que se acerca al centro (blanco) se hace menos saturado.




Una línea que une dos puntos define todas las variaciones que se pueden obtener combinando estos dos colores.Una linea desde el punto de igual energía al borde define los tonos de aquel color particular del espectro.




Diagrama de Cromaticidad (cont.): En la fig. siguiente, el triángulo representa los colores que se pueden formar con tres fijos RGB y son los que pueden representar los monitores, y las línea irregular,los que pueden lograr las impresoras.




En la fig. el triángulo representa los colores que se pueden formar con tres fijos RGB y son los que pueden representar los monitores, y las línea irregular,los que pueden lograr las impresoras


2*MODELOS DE COLOR,(ESPACIO O SISTEMA)Modelo es una especificación de un color según un estandar.1. El Modelo RGBEn este modelo, cada color aparece determinado por tres

componentes. Los colores son puntos (vectores) en un cubo de color llamado cubo RGB.

COLOR2- Modelos color

COLOR2- Modelos color










Las imágenes en el modelo RGB, se representan con tres imágenes componentes, una por cada color primario.

a. Generación del plano color para una sección con (127,G,B)

b. Las tres superficies ocultas en el cubo color.




El Modelo RGB (cont.)

Profundidad de Pixel (Pixel depth): cantidad de bits para representar cada pixel en el espacio RGB. Cada pixelcolor es un triplete de valores. Si cada imagen es de 8bits, entonces el pixel depth de la rgb es 24 bits.

El número total de colores en este caso es de16.777.216 38 )2(




El Modelo RGB (cont.)

En realidad se suele reducir el total de posibles colores representables, a un número mas reducido de colores seguros para todos los sistemas, son 216 colores. Se logra así que los colores que ven todos sean los mismos. Los valores para cada uno (de R G o B) son 0, 51 ,102 ,153 ,204 ,255.Son seis valores, por lo tanto

Notar en la figura de la transparencia siguiente que los valores de los grises, posibles (cuando R = G =B), no están todos incluidos en los 216 del estándar.(subrayados en transparencia siguiente)

21663 =







2.MODELOS CMY y CMYKCyan, magenta y amarillo (Cyan,Magenta,Yellow) son

colores secundarios de la luz, y primarios de pigmentos.

Cuando una superficie pintada con pigmentos cian, se ilumina con luz blanca, no se refleja el rojo.

Magenta puro no refleja verde, amarillo puro no refleja azul.

La conversión de valores RGB a CMY, se hace para imprimir según=

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡−

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

B

G

R

Y

M

C

1

1

1




La mezcla de CMY no da un negro intenso para las impresiones, por eso se agrega el negro puro, entonces se tiene una impresión con cuatro colores(MCYK).

3.MODELOS HSIRGB Y CMY son buenos modelos para hardware y

además se adecúan al ojo, que es muy sensible al rojo, verde y azul. Pero no son útiles para describir los colores, uno no describe el color de algo diciendo los porcentages de R,G,B.

El modelo HSI (hue,saturation,intesity) separa la información de la intensidad(I) de la que porta la componente de color (hue,saturation).




Este modelo es adecuado para los algoritmos de procesamiento de imágenes basados en descripciones de colores, que son naturales e intuitivos para el ser humano.

Resumiendo: RGB es ideal para generación de color (para captura por

camara o mostrar en monitor), pero su utilización para descripción del color es mas limitada.




Observando la figura 6-12, notar:1.La línea de negro a blanco, y su plano perpendicular,

indican la intensidad de cualquier punto del cubo.2.La saturación (pureza) del color aumenta en función de

la distancia al eje de intensidad. La saturación sobre el eje, es cero, lo cual es lógico pues son niveles de gris.

3. El tono (hue), también se puede determinar a partir de un punto RGB, veamos cómo:Considerar un plano definido por tres puntos: Blanco,negro y cian.







Todos los puntos de ese plano tiene un mismo tono (hue) cian, la intensidad y saturación son distintas, por supuesto, pero el tono es el mismo.

Rotando el plano, alrededor del eje de intensidad, se obtienen diferentes tonos o colores (hues ).

Conclusión: a partir del cubo RGB se pueden obtener los parámetros HSI.

Notar que el espacio HSI se representa con un eje vertical de intensidad, y el lugar de los puntos de color están en planos perpendiculares a ese eje, a medida que el plano sube o baja,




los limites o bordes definidos por la intersección de cada plano con las caras del cubo tienen diferente forma, hexagonal o triangular.

Sobre ellas, un punto se determina por un ángulo (tono, hue), y el tono aumenta al girar. Y por otro lado la distancia del punto al centro del hexágono, indica la saturación.




Recordar que este hexágono se obtuvo intersectando un plano perpendicular al eje de las intensidades (vertical). Por lo tanto las componentes del espacio HSI son la altura del eje de intensidades, el largo del vector al punto de color y el ángulo que forma con el eje del ROJO.








CONVERSION DE COLORES DE RGB A HUE Y DE HUE A RGB,

ver fórmulas 6.22 a 6.2-7 en pag 299.


a) HUE: en la fig. A. notar la discontinuidad a lo largo de una linea que esta a 45 grados. Se puede ver que resulta de recorrer de 0 a 360 y vuelta a cero, el angulo que representa el hue, en tonos de gris el cero es negro, 360 blanco.

b) SATURATION: en la fig B. muestra valores mas oscuros hacia la esquina del blanco en el cubo RGB.

c) INTENSITY: en la fig C, es el promedio de los valores RGB (ver formula ) El promedio es uno cuando todos son uno, en otro caso es gris pues el promedio es menor.




MANIPULACION DE LAS COMPONENTES HSI Se analiza una imagen con los primarios y secundarios

del modelo RGB. Las imágenes b,c,d muestran las componentes H, S e I de la misma (sus valores en tonos de grises).

Recordar que los niveles de gris de la imagen b, corresponden a ángulos (que corresponden al hue). Por ejemplo el rojo corresponde a un ángulo igual a cero, por eso esta en negro.

En (c) los niveles de gris corresponden a saturación (los colores puros tiene saturación igual a uno, los grises, igual a cero)

En (d) se muestran lo niveles de intensidad.







MANIPULACION DE LAS COMPONENTES HSI (cont.)

Para cambiar el color individual de una región en una imagen RGB, se cambian los correspondientes de la región en la imagen que contiene la información de hue (color), luego se convierte la nueva imagen H, junto con las S e I, inalteradas, a formato RGB.

Para cambiar la saturación (pureza del color) de una región, se sigue un procedimiento similar, pero cambiando la imagen que corresponde a S. Lo mismo vale para la Intensidad.

Los tres cambios se pueden hacer en forma simultánea.




MANIPULACION DE LAS COMPONENTES HSI (cont.)

Por ej. La imagen de la fig. 6.17(a) se obtuvo poniendo a cero los pixeles azul y verde de la fig. 6.16(b).

En la Fig 6.17(b) se muestra el resultado de reducir a la mitad el valor de S, de la región del cian (6.16c).

En la Fig 6.17c se muestra el resultado de reducir a la mitad la intensidad de la región central de la 6.16d.

Luego de todos esos cambios se convierte a formato RGB y se ve en la fig 6.17 d




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