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.
β   ( )  ( )d
γ   ( ) ( )d
ρ   ( )  ( )d
• 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 (blacK)
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 YCbCr
• YCbCr (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.