CNTT – DHBK Hanoi
8682595
Hunglt@it-hut.edu.vn
1
Kü thuËt §å ho¹
1
Bài 6:
Mầusắc trong đồ họa –
Color model
Kü thuËt §å ho¹
2
Mô hình mầu - color model
zMô hình mầulàhệthống có quy tắcchoviệctạokhoảng mầutừtập
các mầucơbản.
zKhoảng mầumàchúngtatạoravớitậpcácmầucơbản goi là gam
mầuhệthống đó system’s color gamut.
zMỗimôhìnhmầucókhoảng mầu hay gam mầu riêng gamut (range)
củanhững mầumànócóthểhiểnthịhay in.
zMỗimôhìnhmầuđượcgiớihạnkhoảng củaphổmầu nhìn được.
Gam mầu hay khoảng còn đượcgọi là không gian mầu "color space".
Ảnh hay đồ hoạvector có thểnói: sửdụng không gian mầu RGM hay
CMY hay bấtcứkhông gian mầunàokhác
zMộtsốứng dụng đồ hoạcho phép người dùng sửdụng nhiềumô
hình mầuđồng thờiđể soạnthảo hay thểhiệnđốitượng hình học.
Ðiểm quan trọng là hiểuvàđể chọđúng mô hình cầnthiết cho công
việc.
Kü thuËt §å ho¹
3
zCó 2 loại mô hình mầu là:
–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
–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.
Kü thuËt §å ho¹
4
Phép trộn mầu Colour Mixing
zAdditive: spectrum of light is the result of
addition of individual spectra
–CRT colour mixing
–LCD projectors
zSubtractive: colour resulting from the
selective absorption of light wavelengths
–paints
–dyes
λ
Φ
λ
Φ
λ
Φ
+=
λ
Φ
λ
Φ
λ
Φ
=
Mô hình mầu thêm
Additive Model RGB
Mô hình mầu thêm
Additive Model RGB
zKhi 2 nguồnsángkếthợpthìkếtquảthu
đượclàsựthêm vào củacủaphấnbố
phổnăng lượng
zThomas Young (1801) 3 mầucơbảnred,
green, blue từng đôi sẽ chora3 mầuthứ
cấp yellow, cyan, magenta;
zMầutrắng thu đượckhikếthợpcả3 mầu
zSựthay đổicường độ củacácmầu thành
phầnsẽtạođượcgiátrịmầubấtkỳtrong
phổmầu --spectral hues
zMàn hình mầusửdụng nguyên lý 3 mầu
thêm
Kü thuËt §å ho¹
6
Mô hình mầu RGB (Red - Green - Blue) Đỏ -Lục - Lam
Additive Color Model
zC = rR + gG + bB
–C = color or resulting light,
–(r,g,b) = color coordinates in range
0 1, cường độ cảánh sáng chiếu
hay bộ3 giá trịkích thích
tristimulus values RGB
–(R,G,B) = red, green, blue primary
colors.
zNếu2 mầutạo ra cùng 1 giá trị
kích thích thì chúng ta không
thểphân biệtđược2 mầu
zThe sRGB không gian mầudựa
theo chuẩn ITU-R BT.709
tdd
V
ới
à
CNTT – DHBK Hanoi
8682595
Hunglt@it-hut.edu.vn
2
RGB Color Model
RGB Color Model
zAdvantages
–relates easily to CRT operation
–easy to implement
zDisadvantages
–RGB values generally not transferable between
devices (no standard `red’ phosphor)
–not perceptually (colours close together near white
are distinguishable, but not true near black)
–not intuitive - eg where is skin colour?
zứng dụng
–CRT display
–transparency
–slide film
Kü thuËt §å ho¹
8
Device Dependency
zThis is a vector space with
the basis vectors defined by
the properties of the monitor
phosphors.
zIf the phosphors change the
colour space changes.
zWe cannot use RGB to
universally define a
colour.
z⇒we require a device
independent colour space
RGB Space 1
RGB Space 2
Kü thuËt §å ho¹
9
Subtractive color - Mầubù
CMY- (Cyan, Magenta, Yellow)
zMô hình mầu CMY- xanh tím, Đỏ tươi,
vàng
zMô hình mầubù-Subtractive color
models hiểnthịánh sáng và mầusắc
phảnxạtừmựcin. Bổxung thêm mực
đồng nghĩavới ánh sáng phảnxạcàng ít.
zKhi bềmặt không phủmực thì ánh sáng
phảnxạlà ánh sáng trắng - white.
zKhi 3 mầu có cùng giá trị cho ra
mầu xám. Khi các giá trị đạt max
cho mầu đen
zColor = cC + mM + yY
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
=
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
B
G
R
Y
M
C
1
1
1
Kü thuËt §å ho¹
10
Mô hình mầuCMY-K
zMô 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.
zCông thức chuyển đổi:
K = mi n( C, M, Y) ;
C = C - K ;
M = M - K;
Y = Y - K ;
–C-Cyan, M-Magenta, Y-Yellow; K-blacK
Kü thuËt §å ho¹
11
Mô hình mầuYIQ
zMô hình mầu YIQ là mô hình mầuđượcứng dụng trong
truyềnhìnhmầubăng tầnrộng tạiMỹ, và do đónócó
mối quan hệchặtchẽvới màn hình đồ hoạmàu raster.
zYIQ là sựthay đổicủaRGB chokhảnăng truyền phát
và tính tương thích vớitivi đen trắng thếhệtrước. Tín
hiệutruyềnsửdụng trong hệthống NTSC (National
Television System Committee).
zSựbiếnđổi RGB thành YIQ được xác định theo
công thứcsau:
zYis luminance, I & Q đại lượng về mầu sắc
–Note: Y is the same as CIE’s Y
–
Result: backwards compatibility with B/W TV!
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−
−−=
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
B
G
R
Q
I
Y
0.311 0.5230.212
0.3210.2750.596
0.114 0.587 0.299
Kü thuËt §å ho¹
12
The Munsell Color System
zAlbert Henry Munsell, an American artist.
zDựa 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.")
z1898 with the creation of his color sphere, or tree
zA Color Notation, in 1905. Đĩa mầu chuẩn standard for
colorimetry (the measuring of color).
zMunsell mô hình hó hệ thống như là quỹ đạo của các mức
quay quanh phổ mầu.
zTrục của quỹ đạo là trục đen trắng tỉ lệ với đen là trục nam
đen tai trục bắc (black as the south pole.)
zExtending horizontally from the axis at each gray value is a
gradation of color progressing from neutral gray to full
saturation.
zWith these three defining aspects, any of thousands of
colors could be fully described. Munsell named these
li i H V l d Ch
CNTT – DHBK Hanoi
8682595
Hunglt@it-hut.edu.vn
3
Kü thuËt §å ho¹
13
zHue
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
zValue
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
lt ddt l f0(bl k)th h
Kü thuËt §å ho¹
14
Chroma
zChroma is the quality that
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:
zHowever, 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 exam
p
le
,
the fullest chroma for
Kü thuËt §å ho¹
15
Mô hình mầu HSV
Yếu tốcảmnhận
Hue - sắcmầu dùng để phân biệtsựkhác nhau
giữacácmầunhưxanh, đỏ, vàng...
Saturation - độ bão hoà: chỉra mứcđộ thuầncủa
một màu hay khoảng cách củamầutớiđiểmcó
cường độ cân bằng(mầuxám)
Lightness - độ sáng: hiệnthânvềmô tảcường độ
sáng từánh sáng phảnxạnhậnđượctừđối
tượng.
Brighitness (độ phát sáng). cường độ ánh sáng
à
t
đ
ối
t
hát
h
ứ
khô
h
ải
d
h
ả
Kü thuËt §å ho¹
16
Mô hình mầu HSV
( Hue, Saturation, Value )
zMô hi`nh mầu RGB, CMY, YIQ được
định hướng cho phầncứng
zHSV=HSB định hướng ngườisử
dụng dựatrêncơsởvềtrựcgiácvề
tông màu, sắcđộvàsắctháimỹthuật
zHSV, 1978 by Alvey Ray Smith
–Hue: sắcđộ0-360
–Value-Brightness:(độsáng) 0-1
–Saturation: Độ bão hoà0-1
zodd and anti-intuitive when the
strength of the colour of white
is considered
Kü thuËt §å ho¹
17
HSV Color Space
zKhông gian mầu trực quan
–H = Hue
–S = Saturation
–V = Value (or brightness)
Value
Saturation
Hue
Kü thuËt §å ho¹
18
Chuyểnđổi HSV-RGB
zKhi S=0 H ko tham gia //đen trắng
–R = V;
–G = V;
–B = V;
zElse//CHROMATIC case
–H = H/60;
–I = Floor(H);// lấygiátrịnguyên
–F = H — I;
–M = V*(1 — S);
–N = V*(l — S*F);
–K = V*(1—S*(1—F))
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);
if I 5 th (R G B) (V M N)
CNTT – DHBK Hanoi
8682595
Hunglt@it-hut.edu.vn
4
Hue, Lightness, Saturation Model
Hue, Lightness, Saturation Model
zMô hình thường được sử dụng
trong kỹ thuật đồ hoạ.
zƯu điểm
–intuitive(trực giác): choose hue,
vary lightness, vary saturation
zNhược 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
20
HSV (Hue, Saturation and Value),
HLS (Hue, Luminance and Saturation)
HSI (Hue, Saturation and Intensity)
Kü thuËt §å ho¹
21
NhượcđiểmRGB
zKếtquảthực nghiệmchothấyrấtnhiềunhững ánh
sáng mẫu không thểtạo thành từ3 thành phầnmầucơ
cởvới nguyên nhân do vỏcủavõngmạc - retinal
cortex.
zVớimầu Cyan: cường độ của ánh sáng 2 mầu green và
blue kích thích cảmnhậnmầuđỏ trong mắtngăn không
cho thu đượcmầu chính xác
zCách duy nhấtđể thu đượcmầu này là loạibớtphần
mầuđỏ bằng cách thêm ánh sáng đỏ vào mẫu ban đầu.
zBằng cách thêm từtừánh sáng đỏ vào thu được (test +
red) sẽcho ra mầuđúng bằng (blue + green)
z
C+
rR
=
gG
+
bB
<=> C =
gG
+
bB
-
rR
Kü thuËt §å ho¹
22
CIE stands for Comission Internationale de l'Eclairage
(International Commission on Illumination).
zCommission thành lập 1913 tạo
mộtđiễnđàn quốctếvềtảođổi
ý tưởng và thông tin cũng như
tậpchuẩn - set standards cho
những vấnđề liên quan đến
ánh sáng.
zMô hình mầu CIE color phát
triển trên cơ sở hoàn toàn độc
lập thiết bị
zDựa trên sự cảm nhận của của
mắt người về mầu sắc.
zYếu tố cơ bản của mô hình CIE
đ
ị
nh n
g
hĩa trên chuẩn về n
g
uồn
Kü thuËt §å ho¹
23
Standard Sources & Standard Observer
The following CIE standard sources were defined in 1931:
zNguồn 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 phổcủa
nguồn A.
zNgười quan sát chuẩn - Standard Observer
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.
–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
zCIEXYZ:là mô hình CIE gốc sử dụng sơ đồ mầu được chấp nhận
năm 1931.
z
CIELUV
:
l
àmôhình
thi
ếtlậpnăm
1960
và b
ổxung 1976
mô hình thay
Kü thuËt §å ho¹
24
CIE XYZ - Color Space
zCIE - Cambridge, England, 1931.
vớiý tưởng 3 đạilượng ánh sáng
lights mầu X, Y, Z cùng phổ
tương ứng:
zMỗi sóng ánh sáng λcó thểcảm
nhậnđượcbởisựkếthợpcủa3
đạilượng X,Y,Z
zMô hình - là khối hình không gian
3D X,Y,Z gồmgamut củatấtcả
các mầucóthểcảmnhậnđược.
zColor = X’X + Y’Y + Z’Z
zXYZ tristimulus values thay thế
cho
3
đ
ại
l
ư
ợng
truy
ền
th
ống
CNTT – DHBK Hanoi
8682595
Hunglt@it-hut.edu.vn
5
Kü thuËt §å ho¹
25
CIE XYZ
zCIE 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
zƯu điểm của 3 loại mầu nguyên lý cơ bản là có
thể sinh ra các mầu trên cơ sở tổng các đại lượng
dương của mầu mới thành phần.
zViệc 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.
zx = X/(X+Y+Z) , y = Y/(X+Y+Z) , z = Z/(X+Y+Z)
–x + y + z = 1 Kü thuËt §å ho¹
26
CIE's 1931 xyY - The chromaticity coordinates
và chromaticity diagram
zChuẩn CIE xác định 3 mầugiả
thuyếthypothetical colors, X,
Y, and Zlàm cơsởcho phép
trộnmầu theo mô hình 3 thành
phần kích thích - tristimulus
model.
zKhông gian mầu hình móng
ngựa -horseshoe-shaped là
kết hợp của không gian tọa độ
2D mầu-chromaticity x, y và độ
sáng.
zλx = 700 nm; λy = 543.1 nm;
λz = 435.8 nm
Kü thuËt §å ho¹
27
Mô hìnhCIE xyY
zThang đo của Y xuất phát từ điểm
trắng trên đường thẳng vuông góc với
mặt phẳng x,y với giá trị từ 0 to 100.
zKhỏang mầu lớn nhất khi Y=0 tại điểm
trắng và bằng CIE Illuminant C. Đây
là đáy của hình.
zKhi Y tăng mầu trở nên sáng hơn và
khoảng mầu hay gam mầu giảm diện
tích trên tọa độ x,y cũng giảm theo
zTại điểm trên không gian với Y= 100
mầu có sác xám bạc và khoảng mầu ở
đây là bé nhất.
Không sử dụng sơ đồ mầu xyY như là ánh xạcho 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 ho¹
28
Ưuđiểm
zCung cấp
zChuẩn chuyển đổi giá trị mầu mà độ
bão hoà thành thông tin của các mô
hình mầu khác.
z1 cách định nghĩa và xác định trực
quan và đơn giản về mầu bù thông
qua giải thuật hình học cóthể tính
toán.
zĐịnh nghĩa tự nhiên về sắc thái tint
và đơn giản hoá việc định lượng giá
trị của thuộc tính này
zCơ 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 ho¹
29
CIE-LUV
zĐể hiệu chỉnh điều đó, sơ đồ tỉ lệ mầu đồng dạng-uniform chromaticity
scale (UCS) được đưa ra.
zSơ 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 ch
ấpnhậnloại UCS v
ày v
ớit
ên 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 ho¹
30
CIE u,v Chromaticity Diagram:
zSo 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.
zTy nhiên điều đó vẫn không thoả
mãn cho đến năm1975,
z1976 CIE đưa ra sự sửa đổi của
sơ đồ u,v thay bằng 2 giá trị mới
(u',v') bằng cách nhân vvới 1.5.
zSơ đồ mới có dạng chuyển đổi.
–u' = u