Παρουσίαση 12 η

ΠαρουσίασηΠαρουσίαση 1212ηη

Θεωρία Χρώματος και Θεωρία Χρώματος και Επεξεργασία Έγχρωμων Επεξεργασία Έγχρωμων

ΕικόνωνΕικόνων

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση ΕικόναςΑνάλυση Εικόνας

ΤΜΗΥΠ / ΕΕΣΤ 2

Εισαγωγή Εισαγωγή (1)(1)

Το Το χρώμαχρώμα είναι ένας πολύ σημαντικός είναι ένας πολύ σημαντικός παράγοντας περιγραφής, που συχνά απλουστεύει παράγοντας περιγραφής, που συχνά απλουστεύει κατά πολύ την διαδικασία αναγνώρισης κατά πολύ την διαδικασία αναγνώρισης αντικειμένων και την εξαγωγή περιοχών.αντικειμένων και την εξαγωγή περιοχών.

Οι άνθρωποι μπορούν να διακρίνουν χιλιάδες Οι άνθρωποι μπορούν να διακρίνουν χιλιάδες διαφορετικές αποχρώσεις και εντάσεις διαφορετικές αποχρώσεις και εντάσεις χρωμάτων, ενώ από τις αποχρώσεις του γκρι χρωμάτων, ενώ από τις αποχρώσεις του γκρι μόνο 20-30.μόνο 20-30.

Περίπου το Περίπου το 65%65% των αισθητήρων των αισθητήρων ((κωνίων) στο κωνίων) στο ανθρώπινο μάτι είναι ευαίσθητοι στο κόκκινο, ανθρώπινο μάτι είναι ευαίσθητοι στο κόκκινο, 33%33% στο πράσινο και μόνο το στο πράσινο και μόνο το 2%2% στο μπλε. στο μπλε.


Εισαγωγή Εισαγωγή ((22))

Η επεξεργασία έγχρωμης ψηφιακής Η επεξεργασία έγχρωμης ψηφιακής εικόνας, χωρίζεται σε δύο μεγάλες εικόνας, χωρίζεται σε δύο μεγάλες κατηγορίεςκατηγορίες

1.1. Επεξεργασία εικόνων πλήρους Επεξεργασία εικόνων πλήρους χρώματος: χρώματος: σε αυτή την κατηγορία σε αυτή την κατηγορία εντάσσονται εικόνες που λαμβάνονται εντάσσονται εικόνες που λαμβάνονται από αισθητήρες πλήρους χρώματος.από αισθητήρες πλήρους χρώματος.

2.2. Ψευδοχρωματισμός εικόνων: Ψευδοχρωματισμός εικόνων: εδώ ο εδώ ο στόχος είναι η ανάθεση χρώματος σε στόχος είναι η ανάθεση χρώματος σε εικόνες επιπέδων του γκρί.εικόνες επιπέδων του γκρί.


Βασικά χαρακτηριστικά Βασικά χαρακτηριστικά χρώματος χρώματος ((11))

ΑκτινοβολίαΑκτινοβολία (Radiance)(Radiance)είναι το συνολικό ποσό ενέργειας που είναι το συνολικό ποσό ενέργειας που εκπέμπεται από την πηγή φωτός. εκπέμπεται από την πηγή φωτός. Μετράται σε Μετράται σε Watts.Watts.

ΦωτεινότηταΦωτεινότητα ( (Luminance)Luminance)είναι μία εκτίμηση του ποσού της είναι μία εκτίμηση του ποσού της ενέργειας που φτάνει στον παρατηρητή. ενέργειας που φτάνει στον παρατηρητή. Μετράται σε Μετράται σε lumens (lm).lumens (lm).

ΛαμπρότηταΛαμπρότητα ( (BrightnessBrightness))είναι ένας υποκειμενικός παράγοντας. είναι ένας υποκειμενικός παράγοντας. Εμπεριέχει το στοιχείο της φωτεινότητας Εμπεριέχει το στοιχείο της φωτεινότητας ((Intensity)Intensity), που είναι ο αχρωματικός , που είναι ο αχρωματικός παράγοντας. Τα παράγοντας. Τα επίπεδα του γκριεπίπεδα του γκρι είναι είναι κλίμακα μέτρησης της έντασης.κλίμακα μέτρησης της έντασης.

περιγραφή φω

τεινής πηγήςπεριγραφή φω

τεινής πηγής


Βασικά χαρακτηριστικά Βασικά χαρακτηριστικά χρώματος χρώματος ((22))

ΑπόχρωσηΑπόχρωση ή χροιάή χροιά (Hue)(Hue)::αντιπροσωπεύει το επικρατέστερο χρώμα αντιπροσωπεύει το επικρατέστερο χρώμα έτσι όπως το αντιλαμβάνεται ο έτσι όπως το αντιλαμβάνεται ο παρατηρητής.παρατηρητής.

Καθαρότητα ή κορεσμός Καθαρότητα ή κορεσμός ((Saturation)Saturation)::αναφέρεται στην καθαρότητα του χρώματος, αναφέρεται στην καθαρότητα του χρώματος, σε σχέση με την «ποσότητα» άσπρου φωτός σε σχέση με την «ποσότητα» άσπρου φωτός με το οποίο αναμειγνύεταιμε το οποίο αναμειγνύεται ( (τα καθαρά τα καθαρά χρώματα είναι πλήρως κορεσμένα).χρώματα είναι πλήρως κορεσμένα).

ΛαμπρότηταΛαμπρότητα ( (BrightnessBrightness):):είναι ένας υποκειμενικός παράγοντας. είναι ένας υποκειμενικός παράγοντας. Εμπεριέχει το στοιχείο της φωτεινότητας Εμπεριέχει το στοιχείο της φωτεινότητας ((Intensity)Intensity), που είναι ο αχρωματικός , που είναι ο αχρωματικός παράγοντας. Τα παράγοντας. Τα επίπεδα του γκριεπίπεδα του γκρι είναι είναι κλίμακα μέτρησης της έντασης.κλίμακα μέτρησης της έντασης.

περιγραφή χρώματος

περιγραφή χρώματος


Θεωρία χρώματος Θεωρία χρώματος ((11))

ΒασικάΒασικά ( (primary) primary) χρώματα:χρώματα: Κόκκινο (Κόκκινο (Red)Red) Πράσινο (Πράσινο (Green)Green) Μπλε (Μπλε (Blue)Blue)

ΣυμπληρωματικάΣυμπληρωματικά ( (secondary) secondary) χρώματα:χρώματα: Κυανό (Κυανό (Cyan)Cyan) Μωβ (Μωβ (Magenta)Magenta) Κίτρινο (Κίτρινο (Yellow)Yellow)


Θεωρία χρώματος Θεωρία χρώματος ((22))

Βασικά χρώματαΒασικά χρώματα Συμπληρωματικά Συμπληρωματικά χρώματαχρώματα


Θεωρία χρώματος Θεωρία χρώματος ((33))Το χρωματικό διάγραμμα προτάθηκε από Το χρωματικό διάγραμμα προτάθηκε από

την την CIE CIE x=R, y=G, z=B, z=1-(x+y) x=R, y=G, z=B, z=1-(x+y) Κάθε σημείο στα όρια του διαγράμματος είναι Κάθε σημείο στα όρια του διαγράμματος είναι

απόλυτα καθαρόαπόλυτα καθαρό χρώμα, ενώ όσο προχωράμε χρώμα, ενώ όσο προχωράμε προς το σημείο της ίσης ενέργειας (άσπρο) η προς το σημείο της ίσης ενέργειας (άσπρο) η καθαρότητα μειώνεται.καθαρότητα μειώνεται.

Εάν ενώσουμε με ευθεία γραμμή δύο σημεία Εάν ενώσουμε με ευθεία γραμμή δύο σημεία του διαγράμματος, τότε κάθε σημείο της του διαγράμματος, τότε κάθε σημείο της γραμμής αντιστοιχεί σε μία ορισμένη μίξη των γραμμής αντιστοιχεί σε μία ορισμένη μίξη των χρωμάτων που βρίσκονται στα άκρα της.χρωμάτων που βρίσκονται στα άκρα της.

Αντίστοιχα ισχύουν και για το τρίγωνο που Αντίστοιχα ισχύουν και για το τρίγωνο που σχηματίζεται αν ενώσουμε τρία σημεία (μίξη σχηματίζεται αν ενώσουμε τρία σημεία (μίξη των τριών χρωμάτων)των τριών χρωμάτων)CIE: CIE:

Commision Internationale de Commision Internationale de l’ Eclairage (International Commission ofoIllumination)


Χρωματικά μοντέλα \ Χρωματικά μοντέλα \ RGBRGB ((11))

Στο Στο RGB RGB μοντέλο, τα μοντέλο, τα χρώματα θεωρούνται χρώματα θεωρούνται προσμίξεις των βασικών προσμίξεις των βασικών χρωμάτων Κόκκινο, χρωμάτων Κόκκινο, Πράσινο, Μπλε.Πράσινο, Μπλε.

Το μοντέλο βασίζεται Το μοντέλο βασίζεται στο καρτεσιανό σύστημα στο καρτεσιανό σύστημα και αναπαριστάται με και αναπαριστάται με τον τον RGB RGB κύβο.κύβο.

Χρησιμοποιείται στην Χρησιμοποιείται στην απεικόνιση χρωμάτων απεικόνιση χρωμάτων στις οθόνες και γενικά στις οθόνες και γενικά στα συστήματα στα συστήματα απεικόνισης.απεικόνισης.


Χρωματικά μοντέλα \ Χρωματικά μοντέλα \ RGBRGB ((22))

Κάθε εικόνα Κάθε εικόνα αποτελείται από 3 υπο-αποτελείται από 3 υπο-εικόνες, μία για κάθε εικόνες, μία για κάθε βασικό χρώμα.βασικό χρώμα.

ΚόκκινοΚόκκινο ΠράσινοΠράσινο ΜπλεΜπλε


Χρωματικά μοντέλα \ Χρωματικά μοντέλα \ CMY & CMY & CMYKCMYK ((11))

Στο Στο CMY CMY μοντέλο, τα μοντέλο, τα χρώματα θεωρούνται χρώματα θεωρούνται προσμίξεις των προσμίξεις των συμπληρωματικών συμπληρωματικών χρωμάτων Κυανό, Μωβ, χρωμάτων Κυανό, Μωβ, Κίτρινο.Κίτρινο.

Το μοντέλο αυτό είναι Το μοντέλο αυτό είναι αντίστοιχο με το αντίστοιχο με το RGBRGB και και χρησιμοποιείται στην χρησιμοποιείται στην έγχρωμη εκτύπωση. Στην έγχρωμη εκτύπωση. Στην πράξη προστίθεται πράξη προστίθεται επιπλέον το μαύρο επιπλέον το μαύρο χρώμα για καλύτερα χρώμα για καλύτερα οπτικά αποτελέσματα.οπτικά αποτελέσματα.



Κάθε εικόνα Κάθε εικόνα αποτελείται από 4 υπο-αποτελείται από 4 υπο-εικόνες.εικόνες.

ΚυανόΚυανό ΜωβΜωβ ΚίτρινοΚίτρινο ΜαύροΜαύρο



Η μετατροπή μεταξύ των δύο Η μετατροπή μεταξύ των δύο μοντέλων γίνεται ως εξής:μοντέλων γίνεται ως εξής:

BGR

YMC

111


Χρωματικά μοντέλα \ Χρωματικά μοντέλα \ HSIHSI ((11))

Στο Στο HSI HSI μοντέλο, τα μοντέλο, τα χρώματα χρώματα αναπαριστώνται από αναπαριστώνται από δύο χρωματικούς δύο χρωματικούς παράγοντες (παράγοντες (Hue & Hue & Saturation) Saturation) και την και την φωτεινότητά (φωτεινότητά (Intensity).Intensity).

Χρησιμοποιείται για την Χρησιμοποιείται για την περιγραφή των περιγραφή των χρωμάτων με βάση την χρωμάτων με βάση την ανθρώπινη αντίληψη.ανθρώπινη αντίληψη.



Μία πρακτική οπτική Μία πρακτική οπτική αναπαράσταση για το αναπαράσταση για το HSHSΙΙ σύστημα, σύστημα, επιτυγχάνεται εάν επιτυγχάνεται εάν περιστρέψουμε τον περιστρέψουμε τον RGB RGB κύβο έτσι ώστε κύβο έτσι ώστε στον κάθετο άξονα να στον κάθετο άξονα να βρίσκεται η ευθεία που βρίσκεται η ευθεία που ενώνει τις γωνίες του ενώνει τις γωνίες του μαύρου και του μαύρου και του άσπρου.άσπρου.

HS

I



Κάθε εικόνα Κάθε εικόνα αποτελείται από 3 υπο-αποτελείται από 3 υπο-εικόνες, μία για κάθε εικόνες, μία για κάθε συνιστώσα.συνιστώσα.

ΑπόχρωσηΑπόχρωση ΚαθαρότηταΚαθαρότητα ΈντασηΈνταση



Μετατροπές μεταξύ των μοντέλων:Μετατροπές μεταξύ των μοντέλων: RGB RGB HSI HSI

GBGB

H εάν 360 εάν

212

1 21

cosBGBRGR

BRGR

BGRBGR

S ,,min31

BGRI 31

* για την αντίστροφη μετατροπή ανατρέξτε στο βιβλίο «* για την αντίστροφη μετατροπή ανατρέξτε στο βιβλίο «Digital Image ProcessingDigital Image Processing», », RR..C. Gonzalez, RC. Gonzalez, R..E. WoodsE. Woods , , Addison-Wesley, 2002Addison-Wesley, 2002


Αναπαράσταση της χρωματικής Αναπαράσταση της χρωματικής

αντίληψηςαντίληψης Η αίσθηση του χρώματος οφείλεται στα κωνία του Η αίσθηση του χρώματος οφείλεται στα κωνία του αμφιβληστροειδούς τα οποία είναι τριών ειδών με φάσματα αμφιβληστροειδούς τα οποία είναι τριών ειδών με φάσματα απορρόφησης απορρόφησης SS11((λ), λ), SS22((λ) και λ) και SS33((λ) στις περιοχές «κίτρινο-λ) στις περιοχές «κίτρινο-πράσινο», «πράσινο» και «μπλε» αντίστοιχαπράσινο», «πράσινο» και «μπλε» αντίστοιχα..

- Peaks - Peaks των των SS11((λ), λ), SS22((λ) και λ) και SS33((λ) : 630λ) : 630nm, nm, 560 560 nm nm, 450, 450 nm nm Οι αποκρίσεις των κωνίων σε φώς με χρωματικό περιεχόμενο Οι αποκρίσεις των κωνίων σε φώς με χρωματικό περιεχόμενο

C(C(λ) δίνονται ως:λ) δίνονται ως:

Ίδιες φασματικές αποκρίσεις Ίδιες φασματικές αποκρίσεις ααii((C)C) σημαίνουν αντίληψη ίδιου σημαίνουν αντίληψη ίδιου

χρώματος (ακόμη κι αν στην πραγματικότητα πρόκειται για χρώματος (ακόμη κι αν στην πραγματικότητα πρόκειται για διαφορετικό διαφορετικό C(C(λ)λ) ) )

max

min

( ) ( ) ( ) , 1,2,3i ia C S C d i


Αναπαραγωγή χρώματοςΑναπαραγωγή χρώματος (1) (1) Θεωρούμε τρείς βασικές πηγές φωτός με Θεωρούμε τρείς βασικές πηγές φωτός με

φασματικό περιεχόμενο φασματικό περιεχόμενο PPkk((λ) , λ) , k=1, 2, 3 k=1, 2, 3 και και ενέργεια ίση με 1 η κάθε μία. ενέργεια ίση με 1 η κάθε μία.

Για να συνθέσουμε ένα χρώμα αναμιγνύουμε Για να συνθέσουμε ένα χρώμα αναμιγνύουμε τα τα PPkk((λ)λ) με κατάλληλες αναλογίες β με κατάλληλες αναλογίες βkk . Τότε η . Τότε η υπέρθεση που προκύπτει θα γίνεται υπέρθεση που προκύπτει θα γίνεται αντιληπτή ως αντιληπτή ως C(C(λ)λ) , δηλαδή , δηλαδή3

1

3

1

( ) ( ) ( )

( ) ( ) , 1,2,3

i k k ik

k i kk

a C P S d

S P d i


Αναπαραγωγή χρώματοςΑναπαραγωγή χρώματος (2) (2) Η απόκριση του Η απόκριση του i-i-οστου οστου είδους κωνίου στην φωτεινή πηγή είδους κωνίου στην φωτεινή πηγή

τύπου τύπου kk είναι:είναι:

Οπότε προκύπτουν οι γνωστές ως Οπότε προκύπτουν οι γνωστές ως color matching equationscolor matching equations ::

Για δεδομένα Για δεδομένα C(C(λ), λ), PPkk((λ) λ) και και SSii((λ)λ), οι ζητούμενες αναλογίες , οι ζητούμενες αναλογίες ανάμιξης ανάμιξης ββkk (τριχρωματικοί συντελεστές) βρίσκονται με (τριχρωματικοί συντελεστές) βρίσκονται με λύση του παραπάνω συστήματος λύση του παραπάνω συστήματος

Για να υπάρχει λύση και να είναι αποδεκτή πρέπει ο πίνακας Για να υπάρχει λύση και να είναι αποδεκτή πρέπει ο πίνακας να είναι αντιστρέψιμος και τα να είναι αντιστρέψιμος και τα ββkk να είναι μη αρνητικά να είναι μη αρνητικά

, ( ) ( ) ( ) , , 1,2,3i k i k i ka a P S P d i k

3

,1

( ) ( ) ( ) , 1,2,3k i k i ik

a a C S C d i


Επεξεργασίες \ Επεξεργασίες \ Ψευδοχρωματισμός Ψευδοχρωματισμός ((11))

Ψευδοχρωματισμός ονομάζεται η Ψευδοχρωματισμός ονομάζεται η επεξεργασία εικόνας κατά την οποία επεξεργασία εικόνας κατά την οποία αναθέτονται χρώματα σε τιμές του αναθέτονται χρώματα σε τιμές του γκρι, σύμφωνα με κάποιο γκρι, σύμφωνα με κάποιο προκαθορισμένο κριτήριο.προκαθορισμένο κριτήριο.

Οι ψευδοχρωματισμένες εικόνες είναι Οι ψευδοχρωματισμένες εικόνες είναι καλύτερα και γρηγορότερα καλύτερα και γρηγορότερα ερμηνεύσιμες από τον άνθρωπο.ερμηνεύσιμες από τον άνθρωπο.



Τεμαχισμός έντασηςΤεμαχισμός έντασης Έστω τα επίπεδα του γκρι. Έστω τα επίπεδα του γκρι.

Ορίζουμε κατώφλια, Ορίζουμε κατώφλια, και αναθέτουμε χρώματα σύμφωνα και αναθέτουμε χρώματα σύμφωνα με τηνμε την , όταν , όταν

1,0 L

piPi 1 , kcyxf ,

ii PPyxf ,, 1

Τεμαχισμός με Τεμαχισμός με ένα κατώφλιένα κατώφλι



Μετατροπή επιπέδων του γκρι σε Μετατροπή επιπέδων του γκρι σε χρώματαχρώματα

Εκτελούμε 3 ανεξάρτητους μετασχηματισμούς Εκτελούμε 3 ανεξάρτητους μετασχηματισμούς στην ασπρόμαυρη εικόνα (π.χ. Φιλτραρίσματα σε στην ασπρόμαυρη εικόνα (π.χ. Φιλτραρίσματα σε διαφορετικές περιοχές χωρικών συχνοτήτων) διαφορετικές περιοχές χωρικών συχνοτήτων) και αναθέτουμε τα αποτελέσματα στις 3 και αναθέτουμε τα αποτελέσματα στις 3 συνιστώσες μιας συνιστώσες μιας RGB RGB εικόναςεικόνας..


Επεξεργασίες Επεξεργασίες :: Εξίσωση ιστογράμματος Εξίσωση ιστογράμματος ((11))

Κατά την εξίσωση ιστογράμματος, Κατά την εξίσωση ιστογράμματος, στόχος μας είναι η ομοιόμορφη στόχος μας είναι η ομοιόμορφη κατανομή των εντάσεων. Κατά κατανομή των εντάσεων. Κατά συνέπεια είναι προτιμότερο να συνέπεια είναι προτιμότερο να χρησιμοποιήσουμε το χρησιμοποιήσουμε το HIS HIS σύστημα και να σύστημα και να μετασχηματίσουμε την μετασχηματίσουμε την I I συνιστώσα.συνιστώσα.



Αρχική και Αρχική και εξισωμένη εξισωμένη

εικόναεικόνα

Η συνιστώσα Η συνιστώσα έντασης των έντασης των

εικόνωνεικόνων



Εξίσωση ιστογράμματος Εξίσωση ιστογράμματος μπορεί να γίνει και μπορεί να γίνει και στο στο RGB RGB σύστημα, εάν σύστημα, εάν επεξεργαστούμε επεξεργαστούμε ξεχωριστά την κάθε ξεχωριστά την κάθε συνιστώσα. συνιστώσα.

Σε αυτή την περίπτωση Σε αυτή την περίπτωση όμως, εκτός από την όμως, εκτός από την φωτεινότητα φωτεινότητα επηρεάζονται και τα επηρεάζονται και τα χρώματα.χρώματα.

Παρουσίαση 12 η

Documents

Transcript of Παρουσίαση 12 η