Bài giảng Computer graphics and virtual reality - Bài 6: Mầu sắc trong đồ họa – Color model - Lê Tấn Hùng
Mô hình mầu - color model
z Mô hình mầu là hệ thống có quy tắc cho việc tạo khoảng mầu từ tập
các mầu cơ bản.
z Khoảng mầu mà chúng ta tạo ra với tập các mầu cơ bản goi là gam
mầu hệ thống đó system’s color gamut.
z Mỗi mô hình mầu có khoảng mầu hay gam mầu riêng gamut (range)
của những mầu mà nó có thể hiển thị hay in.
z Mỗi mô hình mầu được giới hạn khoảng của phổ mầu nhìn được.
Gam mầu hay khoảng còn được gọi là không gian mầu "color space".
Ảnh hay đồ hoạ vector có thể nói: sử dụng không gian mầu RGM hay
CMY hay bất cứ không gian mầu nào khác
z Một số ứng dụng đồ hoạ cho phép người dùng sử dụng nhiều mô
hình mầu đồng thời để soạn thảo hay thể hiện đối tượng hình học.
Ðiểm quan trọng là hiểu và để chọ đúng mô hình cần thiết cho công
Tóm tắt nội dung Bài giảng Computer graphics and virtual reality - Bài 6: Mầu sắc trong đồ họa – Color model - Lê Tấn Hùng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút "TẢI VỀ" ở trên
đây là bé nhất. Không sử dụng sơ đồ mầu xyY như là ánh xạ cho việc chỉ ra quan hệ giữa các mầu. Sơ đồ là là không gian phẳng giới hạn bởi đường cong mà phép ánh xạ quan hệ mầu của không gian quan sát được bị vặn méo. Vid dụ: mầu không thuộc khoảng xanh lục sẽ thuộc phần đỏ hay tím. •X = x(Y/y) , Y = Y , Z = (1 - x - y)(Y/y) Kü thuËt §å ho¹28 Ưu điểm z Cung cấp z Chuẩn chuyển đổi giá trị mầu mà độ bão hoà thành thông tin của các mô hình mầu khác. z 1 cách định nghĩa và xác định trực quan và đơn giản về mầu bù thông qua giải thuật hình học có thể tính toán. z Định nghĩa tự nhiên về sắc thái tint và đơn giản hoá việc định lượng giá trị của thuộc tính này z Cơ sở cho định nghĩa gam mầu (space) cho màn hình hay thiết bị hiển thị. Gam của màn hình RGB ể ằ ồ ầ Kü thuËt §å ho¹29 CIE-LUV z Để hiệu chỉnh điều đó, sơ đồ tỉ lệ mầu đồng dạng-uniform chromaticity scale (UCS) được đưa ra. z Sơ đồ UCS sử dụng công thức toán để chuyển đổi giá trị XYZ hay tọa độ x,y thành 1 cặp các giá trị mới (u,v) biểu diễn 1 cách trực quan và chính xác mô hình 2 chiều z 1960, CIE chấp nhận loại UCS vày với tên 1960 CIE u,v Chromaticity •Trong sơ đồ mỗi đoạn thẳng mô tả sự khác biệt về mầu sắc tương đồng với tỉ lệ bằng nhau. •Khoảng cách giữa 2 đầu của mỗi đoạn thẳng được cảm nhận là như nhau theo CIE 1931 2° standard observer. • Chiều dài đoạn thẳng là biến thiên và có thể rất lớn phụ thuộc vào vị trí cả chúng trên biểu đồ •Sự khác biệt giữa chiều dài của đoạn thẳng cũng chính là sự biến dạng méo giữa các phần của đồ thị. Kü thuËt §å ho¹30 CIE u,v Chromaticity Diagram: z So sánh UCS với sơ đồ 1931 diagram trước đó,khác biệt là sự kéo dài vùng mầu lam-đỏ blue- red của sơ đồ và sưh thay đổi vị trí của điểm chói trắng đẫn đến giảm trông thấy sự khác biệt của vùng mầu lục. z Ty nhiên điều đó vẫn không thoả mãn cho đến năm1975, z 1976 CIE đưa ra sự sửa đổi của sơ đồ u,v thay bằng 2 giá trị mới (u',v') bằng cách nhân v với 1.5. z Sơ đồ mới có dạng chuyển đổi. – u' = u CNTT – DHBK Hanoi 8682595 Hunglt@it-hut.edu.vn 6 Kü thuËt §å ho¹31 CIE u’v’ z Ty không phải là toàn diện nhưng sơ đồ u',v' đưa ra sự đồng dạng tốt hơn hẳn so với u,v. z đoạn thẳng trong sơ đồ u',v' cũng có hình dạng giông như trong x,y nhưng quan sát cho thấy chúng gần như đồng dạng với nhau. z Một điểm khác biệt tạo để tạo nên mô hình CIELUV là sự thay thang đo giá trị độ sáng Y bằng thang đo L*. z Thang đo của Y là tỉ lệ đồng dạng của độ sáng với các bước thay đổi là bằng nhau. z Tuy nhiên tỉ lệ này chưa thoả đáng khi biểu diễn sự khác biệt tương đương về độ sáng. Kü thuËt §å ho¹32 CIE LUV z Độ sáng Y được cho là không khác biệt với giá trị là cường độ là khoảng là 70 hay 75. Về con số sự khác biệt là 5 tuy chúng ta không phân biệt được sự khác biệt giữa giá trị thấp hay cao cũng như điểm nằm giữa. z Sử dụng công thức toán, giá trị Y chuyển thành giá trị khác xấp xỉ và đồng dạng để chỉ ra sự khác biệt 1 cách dễ dàng. z Thang đo mới L*, gần giống với thang đo hệ thống Munsell. Sự khác biệt rõ ràng nhất là L* sử dụng thang đo 0-100, trong khi Munsell's sử dụng thang đo 0-10. z Thang đo độ sáng L* được sử dụng trong CIELAB cũng như CIELUV. Giá trị của CIELUV tương tự CIEXYZ và CIE xyY là tính độc lập thiết bị và vì vậy ore not restrained by gamut. z Việc phát triển theo CIEXYZ và xyY sẽ cho phép biểu diễn Kü thuËt §å ho¹33 CIE-LAB z CIELAB là hệ thống thứ 2 được CIE chấp nhận năm 1976 như là mô hình mầu để biểu diễn tốt hơn giá trị mầu đồng dạng. z CIELAB là hệ thống mầu đối nghịch dựa trên hệ thống của Richard Hunter [1942] gọi là L, a, b. z Sự đối mầu được phát hiện ra vào khoảng giữa năm 60s hat: tại 1 vị trí giữa thần kinh thị giác và não hay võng mạc sự kích thích mầu được chuyển thành sự khác biệt gữa tối và sáng (light and dark) giữa đỏ và lục( red and green), giữa lam và vàng( blue and yellow). CIELAB biể diễ á iá t ị à t ê 3 Kü thuËt §å ho¹34 CIE - LAB z Trục mầu dựa theo nguyên lý: mầu không thể cả đỏ lẫn lục hay lam và vàng vì chúng là mầu đối lẫn nhau. Trên mỗi trục giá trị chạy từ dương đến âm. – Trên trục a-a', giá trị dương chỉ ra tổng của mầu đỏ trong khi đó âm chỉ ra tổng mầu xanh. – Trên trục b-b', mầu vàng dương và lam âm. – Trên cả 2 trục zero cho mầu xám z Như vậy giá trị chỉ cần 2 trục mầ còn độ sáng hay mức độ xám sử dụng trục (L*), khác biệt hẳn với RGB, CMY or XYZ độ sáng phụ thuộc vào tổng tương quan của các kênh mầu. z CIELAB và desktop color. – Độc lập thiết bị (unlike RGB and CMYK), – Là mô hình mầu cơ sở cho Adobe PostScript (level 2 and level 3) – được dùng là mô hình quản lý mầu độc lập thiết bị cho ICC (International Color Consortium Kü thuËt §å ho¹35 R G B Monitor Gamut Printer Gamut common monitor only printer only Gamut Comparisons Kü thuËt §å ho¹36 White common gamut scale gamut clip Gamut Handling CNTT – DHBK Hanoi 8682595 Hunglt@it-hut.edu.vn 7 Kü thuËt §å ho¹37 XYZ → RGB Conversion z Ultimate goal: select most appropriate RGB values to match the hue and luminance of a spectral source. 380 780 Φλ λ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ 56.0 32.0 11.0 B G R Kü thuËt §å ho¹38 Φ(λ) → XYZ Conversion z The first stage is to determine the XYZ tristimulus values required to match the spectral source: z Tristimulus curves available in tabular form, so approximate integral with a summation: ∫ Φ= 780 380 )()( λλλ dxX ∫ Φ= 780 380 )()( λλλ dyY ∫ Φ= 780 380 )()( λλλ dzZ ( ) λλ ΔΦ≈∑ = )(][~ 80 0 iixX i ( ) λλ ΔΦ≈∑ = )(][~ 80 0 iiyY i ( ) λλ ΔΦ≈∑ = )(][~ 80 0 iizZ i 5,40380)( =Δ+= λλ iiwhere Kü thuËt §å ho¹39 RGB → XYZ Conversion z Now determine the linear transformation which maps RGB tristimulus values to XYZ values. z This matrix is different for each monitor (i.e. different monitor phosphors). z Monitors have a finite luminance range (typically 100 cd/m2), whereas XYZ space is unbounded ⇒ Need to be concerned with the display of bright sources (e.g. the sun) – tone mapping: reproducing the impression of brightness on a device of limited luminance bandwidth. Kü thuËt §å ho¹40 RGB → XYZ Conversion z Recall linear relationship between XYZ and RGB spaces: z Linear system can be solved if positions of 3 colours are known in both spaces. z Sometimes manufacturers provide tristimulus values for monitor phosphors = (Xr, Yr, Zr) (Xg, Y Z ) (Xb Yb Zb) ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ B G R aaa aaa aaa Z Y X 333231 232221 131211 Kü thuËt §å ho¹41 RGB → XYZ Conversion z Solution of the linear system: z Note: z and similarly for G = 1 and B = 1. ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ B G R ZZZ YYY XXX Z Y X bgr bgr bgr ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⇒ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ r r r Z Y X Z Y X B G R 0 0 1 Kü thuËt §å ho¹42 XYZ → RGB Conversion z The opposite transformation is given by the inverse of the original RGB A XYZ matrix: z We can thus determine an RGB value associated with the XYZ value determined earlier from Φ(λ) XYZXYZRGBRGB RGBXYZRGBXYZ CMC CMC 1− → → = = CNTT – DHBK Hanoi 8682595 Hunglt@it-hut.edu.vn 8 Kü thuËt §å ho¹43 XYZ → RGB Conversion z Usually XYZ tristimulus values for each phosphor not provided. z Manufacturers provide the chromaticity co- ordinates of the phosphors and the whitepoint (colour when R = G = B = 1): z finally we need to know the luminance of the whitepoint given as YW ),(),(),(),( wwbbggrr yxyxyxyx rrrrrrrrrr r r rrrrr EyxZEyYExX E XxZYXE )1( Let −−===⇒ =⇒++= Kü thuËt §å ho¹44 XYZ → RGB Conversion z Similar conditions hold for (Xg, Yg, Zg) and (Xb, Yb, Zb) z Therefore the only unknowns are Er, Eg and Eb z but we also require that: ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ −−−−−− = ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ B G R EyxEyxEyx EyEyEy ExExEx Z Y X bbbgggrrr bbggrr bbggrr )1()1()1( ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ 1 1 1 M Z Y X w w w Kü thuËt §å ho¹45 XYZ → RGB Conversion z First we need to determine (Xw, Yw, Zw) given (xw, yw, Yw): ( ) ( ) w w www w w ww wwwww www w w w w www www w w y YyxZ y YxX ZYXxX ZYX Xx y YZYX ZYX Yy −−==∴ ++=⇒++= =++⇒++= 1 also and Kü thuËt §å ho¹46 XYZ → RGB Conversion z To determine values for Er, Eg and Eb we observe that z and similarly for Yw and Zw leading to a new linear system in no unknowns therefore we can solve for Er, Eg and Eb: bbggrrbgrw w w w g g g g g g r r r ExExExXXXX Z Y X Z Y X Z Y X Z Y X WBGR ++=++=∴ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ =++ then if ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ −−−−−− = ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ b g r bbggrr bgr bgr w w w E E E yxyxyx yyy xxx Z Y X )1()1()1( Kü thuËt §å ho¹47 Chuyển đổi không gian mầu Color Spaces z Công thức chuyển đổi z C2 = M-12 M1 C1 z Mầu RGB của màn hình 2 tương ứng với RGB của màn hình 1 theo công thức chuyển đổi ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ B G R ZZZ YYY XXX B G R BGR BGR BGR ' ' ' Kü thuËt §å ho¹48 Sharing colours between monitors z If we wish to guarantee that a colour on monitor 1 looks the same as on monitor 2 (assume the colour lies within the gamut of both monitors) we use the RGB→XYZ conversion matrix M. z Different RGB values may be required for a match with the colour on each monitor (call these C1 and C2) z Each monitor has its own conversion matrix (denote by M1 and M2) z Therefore: 11 1 22 CMMC −=
File đính kèm:
bai_giang_computer_graphics_and_virtual_reality_bai_6_mau_sa.pdf
