Procesamiento Digital de Imágenes Curso de Procesamiento Digital de Imágenes Impartido por: Elena Martínez Departamento de Ciencias de la Computación IIMAS, UNAM, cubículo 408 http://turing.iimas.unam.mx/~elena/Teaching/PDI-Mast.html elena@leibniz.iimas.unam.mx

Programa del Curso 1. Introducción. 2. Fundamentos de la imagen digital. 3. Realce de la imagen en el dominio espacial. 4. Realce de la imagen en el dominio de la frecuencia. 5. Restauración de la imagen. 6. Representación del color. 7. Compresión de imágenes.

6. Representación del color Antecedentes. Fundamentos del color. Modelos de color. - RGB - CMY y CMYK - HSI Pseudocolor. - Rebanado de intensidad. - Transformación de niveles de gris a color.

Antecedentes El uso de color en el procesamiento digital de imágenes está motivado principlamente por dos factores: El color es un descriptor poderoso que generalmente simplifica la identificación de objetos y su extracción de una escena. Los humanos podemos discernir cientos de colores, sombras e intensidades, comparado con tan sólo un par de decenas de tonos de gris. Este factor es de particular importancia en el análisis de imágenes manual (como el que hacemos los humanos).

Antecedentes El procesamiento digital de imágenes en color está dividido en dos áreas principales: Color total (full-color): las imágenes típicamente se adquieren con un sensor de color total, como una cámara de televisión a color, una cámara CCD a color o un escaner a color. Pseudocolor: el problema consiste en asignar un color a un tono de gris en particular o a un rango de intensidades en particular.

6. Representación del color Antecedentes. Fundamentos del color. Modelos de color. - RGB - CMY y CMYK - HSI Pseudocolor. - Rebanado de intensidad. - Transformación de niveles de gris a color.

Fundamentos del color Hemos vistos en clases pasadas que en 1666 Isaac Newton descubrió que cuando un rayo de luz de sol pasa a través de un prisma, la luz que emerge de él no es blanca si no que consiste en un espectro continuo de colores que van del rojo y terminan en el violeta.

Fundamentos del color Ningún color del espectro termina abruptamente, si no que cada color cambia de uno al otro suavemente: Los colores que los humanos percibimos de un objeto están determinados por la naturaleza de la luz reflejada por ese objeto. La luz visible está compuesta por una banda relativamente pequeña de frecuencias del espectro electromagnético.

Fundamentos del color Un cuerpo que refleja luz que está balanceada en todas las longitudes de onda visibles aparece blanco para el observador. Un cuerpo que favorece la reflectancia en un rango limitado del espectro visible exhibe algunas sombras de color. Por ejemplo, los objetos verdes reflejan la luz con longitud de onda principalmente en el rango de 500 a 570 m mientras que absorben el resto de la energía de otras longitudes de onda.

Caracterización de la luz La caracterización de la luz es escencial para la ciencia del color : Luz acromática (sin color): Su único atributo es la intensidad. La luz acromática es la que percibimos en un monitor blanco y negro. Como lo hemos definido con anterioridad en las imágenes en niveles de gris con las que hemos trabajado. Luz cromática: Se expande en el espectro electromagnético desde aproximadamente 400 a 700 m. Se utilizan tres cantidades básicas para describirla: radianza, luminosidad y brillo.

Luz cromática La radianza: es la cantidad total de energía que fluye de la fuente de luz, y generalmente se mide en watts (W). La luminosidad: se mide en lumens (lm), y da una medida de la cantidad de energía que un observador percibe de una fuente de luz. Por ejemplo, la luz emitida por una fuente que opera en la región infraroja lejana del espectro puede tener una cantidad significativa de energía (radianza), pero el observador no podrá verla; su liminosidad es prácticamente cero. El brillo: Es un descriptor subjetivo que es prácticamente imposible de medir. Abarca la noción acromática de intensidad y es uno de los factores clave para describir la sensación del color.

Percepción del color En el capítulo 2 vimos que los conos son los sensores del ojo humano responsables de la visión en color. Por medio de evidencias experimentales se sabe que entre 6 o 7 millones de conos pueden ser divididos en tres categorías de sensores que corresponden de manera burda al rojo, verde y azul. Aproximademante 65% de todos los conos son sensibles a la luz roja, 33% a la luz verde y sólo un 2% a la luz azul (pero los conos azules son los más sensibles de todos).

Percepción del color Debido a estas características de absorción, los colores son vistos como combinaciones variables de los llamados colores primarios rojo (R), verde (G) y azul (B).

Colores primarios de luz Las longitudes de onda específicas de los colores primarios de la luz son: Azul = 435.8 m Verde = 546.1 m Rojo = 700.0 m

Colores secundarios de luz Los colores primarios de la luz pueden ser sumados para producir los colores secundarios de luz, magenta (rojo y azul), cyan (verde y azul), y amarillo (rojo y verde). Mezclando los tres colores primarios, o los secundarios con los primarios opuestos, con las intensidades correctas, produce la luz blanca.

Colores primarios y secundarios De LUZ: De PIGMENTO:

Colores primarios de pigmento Distinguir entre los colores primarios de luz y los colores primarios de pigmentos o colorantes es importante. En los colores primarios de pigmentos: un color primario es definido como aquél que substrae o absorbe un color primario de luz y refleja o transmite los otros dos. Por lo tanto, los colores primarios de pigmento son el magenta, el cyan y el amarillo , y los colores secundarios son el rojo, verde y azul. La combinación apropiada de los tres colores primarios de pigmento, o los secundarios con sus opuestos primarios, producen el negro.

Colores de luz Un ejemplo clásico de color aditivo de luz es la recepción de la televisión a color. El interior de muchos tubos de TV a color está compuesto de un arreglo grande de patrones de puntos triangulares de fósforo sensitivo a electrones. Cuando son exitados, cada punto en el triángulo es capáz de producir luz en uno de los colores primarios. La intensidad de la luz roja emitida por el fósforo corresponde a la “energía roja” vista por la cámara de televisión (lo mismo ocurre con los otros dos colores). El efecto en el receptor de televisión es que los tres colores primarios de cada triángulo de fósforo se “suman” y se reciben por los conos sensitivos al color de nuestros ojos como una imagen de color total.

Caracterización del color Las características que generalmente se utilizan para distinguir un color de otro son: el brillo, el tono (hue) y la saturación. Como ya mencionamos el brillo involucra la noción cromática de intensidad. El tono es un atributo asociado con la longitud de onda dominante en la mezcla de luz. Representa el color dominante percibido por el observador. La saturación se refiere a la pureza relativa de la cantidad de luz blanca mezclada con el tono. Los colores puros del espectro están completamente saturados. Colores como el rosa (rojo con blanco) o lavanda (violeta con blanco) están menos saturados, con el grado de saturación siendo inversamente proporcional a la cantidad de luz blanca añadida.

Caraterización del color El tono y la saturación tomadas en conjunto se llaman cromaticidad, y por lo tanto el color puede ser caracterizado por su brillo y su cromaticidad. Las cantidades de rojo, verde y azul que se necesitan para formar un color en particular se llaman valores triestímulo y se denotan por, X, Y y Z respectivamente. Un color se especifica, entonces, por los coeficientes triestímulo definidos como: Por lo tanto: x + y + z = 1.

Caraterización del color Otro método de especificar el color es utilizando el diagrama de cromaticidad (CIE), que muestra la composición del color como función de x (rojo) y y (verde). Para cada valor de x y y el correspondiente valor de z (azul) se obtiene de la ecuación anterior: x + y + z = 1, haciendo z = 1 - ( x + y ). El punto marcado como verde en la figura siguiente, por ejemplo, tiene aproximadamente un contenido de 62% de verde y 25% de rojo. De la expresión anterior la composición de azul será aproximademente 13%.

Diagrama de cromaticidad Los tres extremos representan los colores puros. Cualquier punto que no esté en los bordes representa alguna mezcla de color. El punto de igual energía es la luz blanca. Cualquier punto colocado exactamente en el borde corresponde a un color completamente saturado. Conforme nos acercamos del borde al punto de igual energía al color se le agrega más luz blanca y por lo tanto está menos saturado.

Regiones del diagrama de cromaticidad No todos los colores del diagrama de cromaticidad pueden ser representados. El área triangular, representa los colores típicos de un monitor a color. El área irregular, representa los colores de dispositivos de impresión.

Instituto de Investigaciones en Matemáticas Aplicadas y en Sistemas (IIMAS) http://turing.iimas.unam.mx/~elena/Teaching/PDI-Mast.html