Bài giảng môn Đồ họa và hiện thực ảo - Bài 6: Màu sắc trong đồ họa

CNTT – DHBK Hanoi 8682595 Hunglt@it-hut.edu.vn

Mô hình mầu - color model

(cid:122) Mô hình mầu là hệ thống có quy tắc cho việc tạo khoảng mầu từ tập

các mầu cơ bản.

Bài 6: Mầu sắc trong đồ họa – Color model

(cid:122) Khoảng mầu mà chúng ta tạo ra với tập các mầu cơ bản goi là gam

mầu hệ thống đó system’s color gamut.

(cid:122) Mỗi mô hình mầu có khoảng mầu hay gam mầu riêng gamut (range)

của những mầu mà nó có thể hiển thị hay in.

(cid:122) 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

(cid:122) Một số ứng dụng đồ hoạ cho phép người dùng sử dụng nhiều mô

Kü thuËt §å ho¹

2

1

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 việc.

Phép trộn mầu Colour Mixing

(cid:122) Có 2 loại mô hình mầu là:

(cid:122) Additive: spectrum of light is the result of

Φ+

=

addition of individual spectra – CRT colour mixing – LCD projectors

– Mầu thêm additive: Mô hình mầu thêm sử dụng ánh sáng - light để hiển thị mầu. Mầu sắc của mô hình này là kết quả của ánh sáng tryền dẫn - transmitted

(cid:122) Subtractive: colour resulting from the

– Mầu bù subtractive: mô hình mầ bù sử dụng mực in - printing inks. Mầu sắc cảm nhận được là từ ánh sáng phản xạ - reflected light.

selective absorption of light wavelengths – paints – dyes

=

Kü thuËt §å ho¹

3

4 Mô hình mầu thêm Mô hình mầu thêm Additive Model RGB Additive Model RGB

Mô hình mầu RGB (Red - Green - Blue) Đỏ - Lục - Lam Additive Color Model

(cid:122) Khi 2 nguồn sáng kết hợp thì kết quả thu được là sự thêm vào của của phấn bố phổ năng lượng

(cid:122) Thomas Young (1801) 3 mầu cơ bản red, green, blue từng đôi sẽ cho ra 3 mầu thứ cấp yellow, cyan, magenta;

– C = color or resulting light, – (r,g,b) = color coordinates in range 0 1, cường độ cả ánh sáng chiếu hay bộ 3 giá trị kích thích tristimulus values RGB

– (R,G,B) = red, green, blue primary

(cid:122) C = rR + gG + bB

(cid:122) Mầu trắng thu được khi kết hợp cả 3 mầu (cid:122) Sự thay đổi cường độ của các mầu thành phần sẽ tạo được giá trị mầu bất kỳ trong phổ mầu --spectral hues

(cid:122) Màn hình mầu sử dụng nguyên lý 3 mầu

thêm

(cid:122) Nếu 2 mầu tạo ra cùng 1 giá trị kích thích thì chúng ta không thể phân biệt được 2 mầu

(cid:122) The sRGB không gian mầu dựa

Kü thuËt §å ho¹

colors.

6

theo chuẩn ITU-R BT.709

d d Với

2 2 à

1

CNTT – DHBK Hanoi 8682595 Hunglt@it-hut.edu.vn

Device Dependency

RGB Color Model RGB Color Model

RGB Space 2

(cid:122) Advantages

(cid:122) This is a vector space with

– relates easily to CRT operation – easy to implement

(cid:122) Disadvantages

– RGB values generally not transferable between

the basis vectors defined by the properties of the monitor phosphors.

devices (no standard `red’ phosphor)

– not perceptually (colours close together near white

(cid:122) If the phosphors change the

are distinguishable, but not true near black)

– not intuitive - eg where is skin colour?

(cid:122) ứng dụng

RGB Space 1

colour space changes. (cid:122) We cannot use RGB to universally define a colour.

– CRT display – transparency – slide film

(cid:122) ⇒ we require a device

Kü thuËt §å ho¹

8

independent colour space

Mô hình mầu CMY- K

Subtractive color - Mầu bù CMY- (Cyan, Magenta, Yellow)

(cid:122) Mô hình mầu CMY- xanh tím, Đỏ tươi,

vàng

(cid:122) Mô hình mầu bù - Subtractive color

(cid:122) Mô hình mở rộng của CMY ứng dụng trong máy in mầu. Giá trị đen bổ xung vào thay thế cho hàm lượng mầu bằng nhau của 3 mầu cơ bản.

models hiển thị ánh sáng và mầu sắc phản xạ từ mực in. Bổ xung thêm mực đồng nghĩa với ánh sáng phản xạ càng ít.

(cid:122) Khi bề mặt không phủ mực thì ánh sáng

(cid:122) Công thức chuyển đổi: K = min(C, M, Y) ; C = C - K ; M = M - K;

phản xạ là ánh sáng trắng - white. (cid:122) Khi 3 mầu có cùng giá trị cho ra

(cid:122) Color = cC + mM + yY

C M

−

⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦

1 ⎡ ⎤ ⎥ ⎢ 1 ⎢ ⎥ ⎥ ⎢ 1 ⎣ ⎦

R ⎡ ⎢ G ⎢ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦

Kü thuËt §å ho¹

Y = Y - K ; – C-Cyan, M-Magenta, Y-Yellow; K-blacK mầu xám. Khi các giá trị đạt max cho mầu đen

9

10

Mô hình mầu YIQ

The Munsell Color System

(cid:122) Albert Henry Munsell, an American artist. (cid:122) Dựa trên tri giác cảm nhận, Rational way to describe color" sử dụng ký pháp mô tả thập phân đơn giản thay vào tên màu, ( he considered "foolish" and "misleading.")

(cid:122) Mô hình mầu YIQ là mô hình mầu được ứng dụng trong truyền hình mầu băng tần rộng tại Mỹ, và do đó nó có mối quan hệ chặt chẽ với màn hình đồ hoạ màu raster. (cid:122) YIQ là sự thay đổi của RGB cho khả năng truyền phát và tính tương thích với ti vi đen trắng thế hệ trước. Tín hiệu truyền sử dụng trong hệ thống NTSC (National Television System Committee).

(cid:122) 1898 with the creation of his color sphere, or tree (cid:122) A Color Notation, in 1905. Đĩa mầu chuẩn standard for

colorimetry (the measuring of color).

(cid:122) Sự biến đổi RGB thành YIQ được xác định theo

(cid:122) Munsell mô hình hó hệ thống như là quỹ đạo của các mức

quay quanh phổ mầu.

(cid:122) Trục của quỹ đạo là trục đen trắng tỉ lệ với đen là trục nam

đen tai trục bắc (black as the south pole.)

0.299 0.596 0.212

− −

0.114 ⎤ ⎥ 0.321 − ⎥ ⎥ 0.311 ⎦

R ⎡ ⎤ ⎥ ⎢ G ⎢ ⎥ ⎥ ⎢ B ⎣ ⎦

Y ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ I ⎢ ⎥ ⎥ ⎢ Q ⎣ ⎦

⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣

0.587 0.275 0.523 (cid:122) Y is luminance, I & Q đại lượng về mầu sắc

(cid:122) Extending horizontally from the axis at each gray value is a gradation of color progressing from neutral gray to full saturation.

Kü thuËt §å ho¹

công thức sau:

11

12

(cid:122) With these three defining aspects, any of thousands of colors could be fully described. Munsell named these

– Note: Y is the same as CIE’s Y – Result: backwards compatibility with B/W TV!

li i

V l

d Ch

2

CNTT – DHBK Hanoi 8682595 Hunglt@it-hut.edu.vn

Chroma

(cid:122) Hue

(cid:122) Chroma is the quality that

Munsell defined hue as "the quality by which we distinguish one color from another." He selected five principle colors: red, yellow, green, blue, and purple; and five intermediate colors: yellow-red, green-yellow, blue-green, purple-blue, and red-purple; and he arranged these in a wheel measured off in 100 compass points

(cid:122) Value

distinguishes the difference from a pure hue to a gray shade. The chroma axis extends from the value axis at a right angle and the amount of chroma is noted after the value designation. Thus 7.5YR 7/12 indicates a yellow-red hue tending toward yellow with a value of 7 and a chroma of 12:

Kü thuËt §å ho¹

13

14

(cid:122) However, chroma is not uniform for every hue at every value. Munsell saw that full chroma for individual hues might be achieved at very different places in the color sphere. For example, the fullest chroma for

Value was defined by Munsell defined value as "the quality by which we distinguish a light color from a dark one." Value is a neutral axis that refers to the grey level of the color. This ranges from white to black. As notations such as 10R, 5YR, 7.5PB, etc. denote particular hues, the notation N is used to denote the gray value at any point on the axis. Thus a value of 5N would denote a middle gray, 2N a dark gray, and 7N a light gray. In Munsell's original system, values 1N and 9N are, respectively, black and white, though this was l

f 0 (bl

d d t

k) th

Mô hình mầu HSV ( Hue, Saturation, Value )

Mô hình mầu HSV Yếu tố cảm nhận

(cid:122) Mô hi`nh mầu RGB, CMY, YIQ được

định hướng cho phần cứng

(cid:131) Hue - sắc mầu dùng để phân biệt sự khác nhau

(cid:122) HSV=HSB định hướng

giữa các mầu như xanh, đỏ, vàng...

người sử dụng dựa trên cơ sở về trực giác về tông màu, sắc độ và sắc thái mỹ thuật (cid:122) HSV, 1978 by Alvey Ray Smith

(cid:131) Saturation - độ bão hoà: chỉ ra mức độ thuần của một màu hay khoảng cách của mầu tới điểm có cường độ cân bằng(mầu xám)

– Hue: sắc độ 0-360 – Value-Brightness:(độ sáng) 0-1 – Saturation: Độ bão hoà 0-1

(cid:122) odd and anti-intuitive when the strength of the colour of white is considered

(cid:131) Lightness - độ sáng: hiện thân về mô tả cường độ sáng từ ánh sáng phản xạ nhận được từ đối tượng.

(cid:131) Brighitness (độ phát sáng). cường độ ánh sáng

Kü thuËt §å ho¹

15

16

à t đối t

hát

hứ khô

hải d

hả

HSV Color Space

Chuyển đổi HSV-RGB

(cid:122) Khi S=0 H ko tham gia //đen trắng

(cid:122) Không gian mầu trực quan

– R = V; – G = V; – B = V;

(cid:122) Else//CHROMATIC case

– H = Hue – S = Saturation – V = Value (or brightness)

Value Saturation

– H = H/60; – I = Floor(H);// lấy giá trị nguyên – F = H — I; – M = V*(1 — S); – N = V*(l — S*F); – K = V*(1—S*(1—F))

Kü thuËt §å ho¹

Hue

18

17 if I = 0 then (R,G,B) = (V,K,M); If I = 1 then (R, G, B) = (N, V, M); if I = 2 then (R, G, B) = (M, V, K); if I = 3 then (R, G, B) = (M, N, V); if I = 4 then (R, G, B) = (K, M, V); (R G B) if I 5 th

(V M N)

3

CNTT – DHBK Hanoi 8682595 Hunglt@it-hut.edu.vn

Hue, Lightness, Saturation Model Hue, Lightness, Saturation Model

HSV (Hue, Saturation and Value), HLS (Hue, Luminance and Saturation) HSI (Hue, Saturation and Intensity)

(cid:122) Mô hình thường được sử dụng

(cid:122) Ưu điểm

– intuitive(trực giác): choose hue, vary lightness, vary saturation

(cid:122) Nhược điểm

– Chuyển đổi với RGB có sai số

(cube stood on end) thay đổi trên trên các loại màn hình khác nhau.

– không có cảm nhận đều

Kü thuËt §å ho¹

trong kỹ thuật đồ hoạ.

20

Nhược điểm RGB

(cid:122) Kết quả thực nghiệm cho thấy rất nhiều những ánh

CIE stands for Comission Internationale de l'Eclairage (International Commission on Illumination).

(cid:122) Commission thành lập 1913 tạo một điễn đàn quốc tế về tảo đổi ý tưởng và thông tin cũng như tập chuẩn - set standards cho những vấn đề liên quan đến ánh sáng.

(cid:122) Mô hình mầu CIE color phát

(cid:122) Với mầu Cyan: cường độ của ánh sáng 2 mầu green và blue kích thích cảm nhận mầu đỏ trong mắt ngăn không cho thu được mầu chính xác

sáng mẫu không thể tạo thành từ 3 thành phần mầu cơ cở với nguyên nhân do vỏ của võng mạc - retinal cortex.

(cid:122) Cách duy nhất để thu được mầu này là loại bớt phần

(cid:122) Dựa trên sự cảm nhận của của

triển trên cơ sở hoàn toàn độc lập thiết bị

Kü thuËt §å ho¹

mắt người về mầu sắc. mầu đỏ bằng cách thêm ánh sáng đỏ vào mẫu ban đầu. (cid:122) Bằng cách thêm từ từ ánh sáng đỏ vào thu được (test + red) sẽ cho ra mầu đúng bằng (blue + green)

21

22

(cid:122) Yếu tố cơ bản của mô hình CIE định nghĩa trên chuẩn về nguồn

(cid:122) C + rR = gG + bB <=> C = gG + bB - rR

CIE XYZ - Color Space

Standard Sources & Standard Observer The following CIE standard sources were defined in 1931:

(cid:122) Nguồn chuẩn - Standard Sources

– Source A tungsten-filament lamp with a color temperature of 2854K – Source B model of noon sunlight with a temperature of 4800K – Source C model of average daylight with a temperature of 6500K – Nguồn B và C có thể thu từ nguồn A thông qua lọc từ phân bố phổ của

(cid:122) CIE - Cambridge, England, 1931. với ý tưởng 3 đại lượng ánh sáng lights mầu X, Y, Z cùng phổ tương ứng:

nguồn A.

(cid:122) Người quan sát chuẩn - Standard Observer

(cid:122) Mỗi sóng ánh sáng λ có thể cảm nhận được bởi sự kết hợp của 3 đại lượng X,Y,Z

CIE 1931 có 2 đặc tả cho chuẩn người quan sát và bổ xung năm 1964 – Standard observer là sự kết hợp cả nhóm nhỏ các cá thể (about 15-20) và

là đại diện cho hệ quan sát mầu sắc của người thường-normal human color vision.

(cid:122) Mô hình - là khối hình không gian 3D X,Y,Z gồm gamut của tất cả các mầu có thể cảm nhận được.

– Các đặc tả sử dụng kỹ thuật tương tự để để thu được những mầu có 3 giá trị kích thích tương đương với 3 kích thích tố RGB - RGB tristimulus value

(cid:122) CIEXYZ: là mô hình CIE gốc sử dụng sơ đồ mầu được chấp nhận

Kü thuËt §å ho¹

23

24

năm 1931.

(cid:122) Color = X’X + Y’Y + Z’Z (cid:122) XYZ tristimulus values thay thế cho 3 đại lượng truyền thống

(cid:122) CIELUV: là mô hình thiết lập năm 1960 và bổ xung 1976 mô hình thay

4

CNTT – DHBK Hanoi 8682595 Hunglt@it-hut.edu.vn

CIE XYZ

CIE's 1931 xyY - The chromaticity coordinates và chromaticity diagram

(cid:122) CIE sử dụng 3 giá trị XYZ tristimulus để hình thành nên tập các giá trị về độ kết tủa mầu - chromaticity mô tả bằng xyz

(cid:122) Ưu điểm của 3 loại mầu nguyên lý cơ bản là có

(cid:122) Chuẩn CIE xác định 3 mầu giả thuyết hypothetical colors, X, Y, and Z làm cơ sở cho phép trộn mầu theo mô hình 3 thành phần kích thích - tristimulus model.

thể sinh ra các mầu trên cơ sở tổng các đại lượng dương của mầu mới thành phần.

(cid:122) Việc chuyển đổi từ không gian mầu 3D tọa độ (X,Y,Z) vào không gian 2D xác định bởi tọa độ (x,y),theo công thức dưới phân số của của tổng 3 thành phần cơ bản.

(cid:122) Không gian mầu hình móng ngựa -horseshoe-shaped là kết hợp của không gian tọa độ 2D mầu-chromaticity x, y và độ sáng.

(cid:122) x = X/(X+Y+Z) , y = Y/(X+Y+Z) , z = Z/(X+Y+Z)

(cid:122) λx = 700 nm; λy = 543.1 nm;

Kü thuËt §å ho¹

26

25

– x + y + z = 1

λz = 435.8 nm

Mô hìnhCIE xyY

Ưu điểm

(cid:122) Thang đo của Y xuất phát từ điểm

(cid:122) Cung cấp (cid:122) Chuẩn chuyển đổi giá trị mầu mà độ bão hoà thành thông tin của các mô hình mầu khác.

(cid:122) 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.

(cid:122) Định nghĩa tự nhiên về sắc thái tint

trắng trên đường thẳng vuông góc với mặt phẳng x,y với giá trị từ 0 to 100. (cid:122) Khỏang mầu lớn nhất khi Y=0 tại điểm trắng và bằng CIE Illuminant C. Đây là đáy của hình.

(cid:122) Cơ sở cho định nghĩa gam mầu

(cid:122) Khi Y tăng mầu trở nên sáng hơn và khoảng mầu hay gam mầu giảm diện tích trên tọa độ x,y cũng giảm theo (cid:131)Không sử dụng sơ đồ mầu xyY như là ánh xạ cho việc chỉ ra quan hệ giữa các (cid:122) Tại điểm trên không gian với Y= 100 mầu. (cid:131)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. (cid:131) 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 ho¹

mầu có sác xám bạc và khoảng mầu ở đây là bé nhất. và đơn giản hoá việc định lượng giá trị của thuộc tính này

27

28

(space) cho màn hình hay thiết bị hiển thị. Gam của màn hình RGB ể ằ ồ ầ

CIE-LUV

CIE u,v Chromaticity Diagram:

(cid:122) So sánh UCS với sơ đồ 1931

(cid:122) Ty nhiên điều đó vẫn không thoả

•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.

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.

(cid:122) Để hiệu chỉnh điều đó, sơ đồ tỉ lệ mầu đồng dạng-uniform chromaticity

scale (UCS) được đưa ra.

(cid:122) 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.

(cid:122) Sơ đồ mới có dạng chuyển đổi.

(cid:122) 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

Kü thuËt §å ho¹

mãn cho đến năm1975,

29

30

– u' = u

(cid:122) 1960, CIE chấp nhận loại UCS vày với tên 1960 CIE u,v Chromaticity

5

CNTT – DHBK Hanoi 8682595 Hunglt@it-hut.edu.vn

CIE u’v’

CIE LUV

(cid:122) Ty không phải là toàn diện nhưng sơ đồ u',v' đưa ra sự đồng dạng tốt

hơn hẳn so với u,v.

(cid:122) 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.

(cid:122) Một điểm khác biệt tạo để tạo nên mô hình CIELUV là sự thay thang

(cid:122) 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.

đo giá trị độ sáng Y bằng thang đo L*.

(cid:122) Thang đo của Y là tỉ lệ đồng dạng của độ sáng với các bước thay đổi

(cid:122) 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.

là bằng nhau.

(cid:122) Tuy nhiên tỉ lệ này chưa thoả đáng khi biểu diễn sự khác biệt tương

(cid:122) Thang đo mới L*, gần giống với thang đo hệ thống

đương về độ sáng.

(cid:122) Thang đo độ sáng L* được sử dụng trong CIELAB cũng

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.

Kü thuËt §å ho¹

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.

31

32

(cid:122) Việc phát triển theo CIEXYZ và xyY sẽ cho phép biểu diễn

CIE-LAB

CIE - LAB

(cid:122) 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

(cid:122) 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.

âm chỉ ra tổng mầu xanh.

– Trên trục b-b', mầu vàng dương và lam âm. – Trên cả 2 trục zero cho mầu xám

(cid:122) CIELAB là hệ thống mầu đối nghịch dựa trên hệ thống của Richard Hunter [1942] gọi là L, a, b.

(cid:122) Sự đối mầu được phát hiện ra vào

(cid:122) 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.

(cid:122) 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

Kü thuËt §å ho¹

33

34

(International Color Consortium

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 iá t ị à t ê 3 á

Monitor Gamut

White

monitor only

common

printer only

common

gamut scale

gamut clip

Printer Gamut

Kü thuËt §å ho¹

Gamut Comparisons Gamut Comparisons Gamut Handling Gamut Handling

35

36

6

CNTT – DHBK Hanoi 8682595 Hunglt@it-hut.edu.vn

Φ(λ) → XYZ Conversion

XYZ → RGB Conversion

(cid:122) Ultimate goal: select most appropriate RGB values to match the hue and luminance of a spectral source.

)( )( λλλ

∫

(cid:122) The first stage is to determine the XYZ tristimulus values required to match the spectral source: Y = X = Φ

)( )( λλλ

∫

780 y 380

780 z 380

Φλ

780 x 380

⎡ ⎤ ⎢ ⎥ G ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦

11.0 ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ 32.0 ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ 56.0 ⎣ ⎦

380

780

) λλ Δ ( i )( Φ

][~ ix

( ) λλ Δ i )( Φ

0 =

][~ iz

where

][~ iy (cid:122) Tristimulus curves available in tabular form, ≈ ∑ ( ) λλ Δ so approximate integral with a summation: i )( Φ 380

≈ ∑ 5

i ,40

≈ ∑ 0 i = i )( λ =

Z λ =Δ

0 =

Kü thuËt §å ho¹

37

38

RGB → XYZ Conversion

(cid:122) Recall linear relationship between XYZ and RGB

spaces:

(cid:122) Now determine the linear transformation which maps RGB tristimulus values to XYZ values. (cid:122) This matrix is different for each monitor (i.e.

different monitor phosphors).

⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦

⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣

(cid:122) Monitors have a finite luminance range (typically 100 cd/m2), whereas XYZ space is unbounded ⇒ Need to be concerned with the display of bright

(cid:122) Linear system can be solved if positions of 3

colours are known in both spaces.

sources (e.g. the sun) – tone mapping: reproducing the impression of brightness on a device of limited luminance bandwidth.

Kü thuËt §å ho¹

X Y Z B a 12 a 22 a 32 a 13 a 23 a 33 R ⎤ ⎡ ⎥ ⎢ G ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎦ ⎣ a ⎡ 11 ⎢ a ⎢ 21 ⎢ a ⎣ 31

39

40

(cid:122) Sometimes manufacturers provide tristimulus values for monitor phosphors = (Xr, Yr, Zr) (Xg, Y Z ) (Xb Yb Zb)

RGB → XYZ Conversion

XYZ → RGB Conversion

(cid:122) Solution of the linear system:

(cid:122) The opposite transformation is given by the inverse of the original RGB (cid:65) XYZ matrix:

XYZ

RGB

XYZ

RGB

→

X Y

1− RGB

RGB

XYZ

→

X Y r Z

X Y g Z

X Y b Z b

R ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ G ⎢ ⎥ ⎥ ⎢ ⎣ ⎦

⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦

⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣

(cid:122) Note:

X Y

⇒

(cid:122) We can thus determine an RGB value associated with the XYZ value determined earlier from Φ(λ)

X Y r Z

R ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ G ⎢ ⎥ ⎥ ⎢ ⎣ ⎦

1 ⎡ ⎤ ⎥ ⎢ 0 ⎢ ⎥ ⎥ ⎢ 0 ⎣ ⎦

⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦

⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦

Kü thuËt §å ho¹

41

42

(cid:122) … and similarly for G = 1 and B = 1.

7

CNTT – DHBK Hanoi 8682595 Hunglt@it-hut.edu.vn

XYZ → RGB Conversion

(cid:122) Usually XYZ tristimulus values for each phosphor

(cid:122) Similar conditions hold for (Xg, Yg, Zg) and (Xb,

not provided.

Yb, Zb)

(cid:122) Manufacturers provide the chromaticity co-

X Y

()

)

(

yx , w w

yx , b b

yx , g

ordinates of the phosphors and the whitepoint yx , () () (colour when R = G = B = 1): r r

−

(cid:122) Therefore the only unknowns are Er, Eg and Eb Ex g g Ey g g ) Ey − g g

Ex b b Ey b b ) Ey x −− b b b

Ex r r Ey r r ) Ey x −− r r r

x g

R ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ G ⎢ ⎥ ⎥ ⎢ ⎣ ⎦

⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦

⎡ ⎢ ⎢ ⎢ 1( ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦

E r

=⇒++ r

x r

X Let ZYX (cid:122) … finally we need to know the luminance of the r E r whitepoint given as YW

−−=

X =⇒

ZEy r r

x r

) Ey r r

YEx r r r

X Y w Z

⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣

1 (cid:122) … but we also require that: ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ 1 ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎥ ⎢ ⎢ 1 ⎦ ⎣ ⎦ ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦

Kü thuËt §å ho¹

43

44

XYZ → RGB Conversion

observe that

XYZ → RGB Conversion (cid:122) To determine values for Er, Eg and Eb we X

(cid:122) First we need to determine (Xw, Yw, Zw) given

(xw, yw, Yw):

)

( Xx w

X X X if WBGR =++ = + + Y r Z Y g Z Y g Z Y w Z ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ Z X +⇒ + = = Y w y w X Z + + Y w y w Y w Y w X X X + ⎡ ⎢ then ⎢ ⎢ ⎣ = + ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ + X =∴ w ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ExEx + r g ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ Ex b b Z X =⇒ + + = Y w x w X Z + +

( 1 −=

)

g −

(cid:122) … and similarly for Yw and Zw leading to a ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦

Kü thuËt §å ho¹

and also Z − X =∴ x w x w y w Y w y w X Y w Y w y w = X Y w Z 1( y ) ) − x g new linear system in no unknowns therefore y we can solve for Er, Eg and Eb: 1( y r x b y b x −− b x r y r x −− r E r E g E b x g y b ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ 1( ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ) ⎦

45

46

Sharing colours between monitors

Chuyển đổi không gian mầu Color Spaces

X R

X G

X B

Y R Z R

Y G Z G

Y B Z B

⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦

⎡ ⎢ G ⎢ ⎢ B ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦

⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣

⎤ ⎡ ⎥ ⎢ ' G ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ' B ⎦ ⎣

(cid:122) 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. (cid:122) Different RGB values may be required for a