색의 측정 및 표현 - kocwcontents.kocw.net/kocw/document/2015/kumoh/kimseongyoung/...2...
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Color
김성영교수
금오공과대학교
컴퓨터공학과
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2
학습 목표
Color란 무엇인지 설명할 수 있다.
눈의 구조와 빛의 흡수 과정에 대해 설명할 수 있다.
칼라 모델의 종류와 특성을 구분하여 설명할 수 있다.
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색의 개념
색(color)물체에서반사되는빛의 성질에의해결정
빛(light)전자기파(electromagnetic wave)의일종이며매질이필요없는파동으로다양한파장(wavelength)으로구성
태양광은파장에따라빛은 가시광선, 적외선, 적외선, 감마선등으로 구분
•가시광선은 약 380nm에서 780nm 파장의 빛에 해당
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444
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광원에 대한 용어 및 기본 단위
방사 휘도(radiance)광원으로나오는총에너지 양 (W)
휘도(luminance, intensity or gray-level)관찰자가광원으로부터인지하는에너지의양 (lm)
명도(brightness)관찰자의주관적인밝기 (측정불가)
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눈의 구조
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7
눈의 구조
빛은 망막을 통해 흡수되며 망막에는 원추세포(cone cell)와 간상세포(rod cell)가 존재
원추세포는 색상, 간상세포는 명암을 구분원추세포는빨간색, 초록색, 파란색에반응하는세가지 종류로세포로구분
•파랑 원추세포(β): 445nm 주변 (300nm ~ 550nm) 파장 흡수 (2%)
•초록 원추세포(γ): 535nm 주변 (400nm ~ 680nm) 파장 흡수 (33%)
•빨강 원추세포(ρ): 575nm 주변 (450nm ~ 710nm) 파장 흡수 (65%)
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888
망막에서의 원추 및 간상 세포의 분포
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999
원추 세포에서의 빛의 수용 및 민감도
445nm 535nm575nm
W 5.6508 ⁄cd m2 = R 1.0000 ⁄cd m2 +G 4. 5907 ⁄cd m2 + B 0.0601 ⁄cd m2
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삼색 정합 (trichromatic matching)
세 가지 빛(R, G, B)의 혼합 정도를 알 수 있으면 모든 색의 표현이 가능함
색 측정법(colorimetry)에서는 우리 눈으로 구분할 수 있는색에 대해 세 가지 빛의 비율을 정의
빨간색, 초록색, 파란색의 세 가지 파장을 사용하여 표현가능한 색을 조합하기 때문에 이 실험을 삼색 정합(trichromatic matching)이라고 부름
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111111
감광 조절기700nm
546.1nm
435.8nm
C(𝛾𝛾)
Tri-stimulus Value
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121212
색 정합 함수
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Normalized tri-stimulus value (r, g, b)
from Wikipedia.org
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14
Normalized tri-stimulus value (x, y, z)
from Wikipedia.org
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151515
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RGB 모델
빛의 삼원색인 빨간색, 초록색, 파란색을 기본 색(primary color)으로 사용
표현 가능한 모든 색은 단위 크기의 육면체(cube)를 사용하여 표현 가능
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171717
RGB to Gray-scale 변환
𝐘𝐘 = 0.299𝐑𝐑 + 0.587𝐆𝐆 + 0.114𝐁𝐁
𝐘𝐘 = 0.333𝐑𝐑 + 0.333𝐆𝐆 + 0.333𝐁𝐁
TV 또는 모니터 등에서 사용
나머지 응용에서 사용
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CMY 모델
색의 삼원색인 청록색, 자홍색, 노란색을 기본 색으로 사용
표현 가능한 모든 색은 단위 크기의 육면체(cube)로 표현
물체에서 일부 파장이 흡수되고 나머지 파장은 반사되어관측자에 도달하는 방식에 대한 색의 표현
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191919
C
M Y
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HSV 모델
색상(hue), 채도(saturation), 명도(value)를기본색으로사용색상은색의주 파장을구분하는특징
채도는색의순수성(purity)을구분하는특징
•순색에 백색광이 혼합된 정도를나타냄
•색상에 백색광이 혼합될수록 색의순수성은 감소하여 채도는 낮아짐
명도는색의밝고 어두운정도를구분하는값
실린더 좌표(cylindrical coordinate) 사용해 모든 색 표현
Color = Brightness + Chromaticity
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212121
-
222222
H
S V
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232323
RGB to HSV HSV to RGB
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HSL 모델
H는 색상(hue), S는 채도(saturation),L은 밝기(lightness)를 기본 색으로 사용
두 개의 원뿔을 맞붙여 놓은 형태로 표현
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252525
H
S L
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YUV 및 YIQ 모델
아날로그 TV의 전송에 사용하는 색 모델YIQ는한국을포함하여미국, 캐나다 등의 NTSC 방식에서사용
YUV는주로유럽의 PAL, SECAM 방식에서사용
색에서 밝기 성분과 색도(chromaticity) 성분을 구분 가능Y 성분: 휘도(luminance)
U&V 및 I&Q 성분: 색차(chrominance)
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YUV 및 YIQ 모델
색차는 색의 차이(color difference)를 의미YCbCr 모델 참조
I: Red 계열, Q: I의 보색 (덜 민감)
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YCbCr 모델
Developed as part of ITU-R BT.601
YUV 모델의디지털 형태 (scaled & offset version)
영상 및 비디오 압축(JPEG, MPEG 등)에서 주로 사용
Y 성분: 휘도(luminance), Cb & Cr 성분: 색차(chrominance)
휘도Y = krR + kgG + kbB
색차색도성분은 R, G, B 성분과 Y 성분의차이(color difference)로표현
Cb = B – Y, Cr = R – Y, Cg = G – Y
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YCbCr 모델
Y는 다음과 같이 표현 가능
( )
( )
( )YBk
C
YGk
C
YRk
C
Bb
gg
rr
−−
=
−−
=
−−
=
15.0
15.0
15.0
( )( )
( )( )
YCkB
CkkkkC
kkkkYYC
kG
YCkR
bb
bbr
bbr
br
rrg
g
rr
+−
=
−−−
−−−
−−=+
−=
+−
=
5.01
112
112
5.01
5.01
-
303030
)(713.0)(564.0
114.0587.0299.0
YRCrYBCb
BGRY
−=−=
++=
CbYBCrCbYG
CrYR
772.1714.0344.0
402.1
+=−−=
+=299.0,114.0 == rb kk
where
-
313131
Y
CrCb
-
323232
Y
Cb Cr
-
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Lab 모델
균일 색 모델(uniform color model)색의차이를수치적으로계산할경우색 모델에서의두 색 사이의거리(distance)를사용
이렇게계산한거리와우리가시각적으로인지하는색의 차이는일치하지않음➡ 균일색 모델사용
L은 밝기(lightness), a와 b는 색도(chromaticity) 성분L은 0에서 100사이의값을가지며 0은 검은색, 100은흰색에해당
a는초록색에서자홍색사이의색을 나타내며음수 값은초록색, 양수값은 자홍색에해당
b는파란색에서노란색사이의색을 나타내며음수값은파란색, 양수값은 자홍색에해당
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343434
L
ba
-
353535
L
a b
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학습 정리 (1)
색(color)물체에서반사되는빛의 성질에의해결정
빛(light)전자기파(electromagnetic wave)의일종이며매질이필요없는파동으로다양한파장(wavelength)으로구성
태양광은파장에따라빛은 가시광선, 적외선, 적외선, 감마선등으로 구분
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학습 정리 (2)
눈의 구조모양체, 홍채, 수정체, 망막등으로구성
빛은망막을통해 흡수됨
망막에는원추세포(cone cell)와간상세포(rod cell)가존재
칼라 모델표준적인방법으로칼라를규격화하여표현하는방법
좌표체계 내에서각 칼라가단일점으로표현
RGB, CMY, HSV, HSL(I), YIQ/YUV, YCbCr, Lab 등
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참고 문헌
김성영, 멀티미디어이론과실습, 카오스북, 2014R. Gonzalez, R. Woods, Digital Image Processing
(2nd Edition), Prentice Hall, 2002
Color학습 목표색의 개념슬라이드 번호 4광원에 대한 용어 및 기본 단위눈의 구조눈의 구조슬라이드 번호 8슬라이드 번호 9삼색 정합 (trichromatic matching)슬라이드 번호 11슬라이드 번호 12Normalized tri-stimulus value (r, g, b)Normalized tri-stimulus value (x, y, z)슬라이드 번호 15RGB 모델슬라이드 번호 17CMY 모델슬라이드 번호 19HSV 모델슬라이드 번호 21슬라이드 번호 22슬라이드 번호 23HSL 모델슬라이드 번호 25YUV 및 YIQ 모델YUV 및 YIQ 모델YCbCr 모델YCbCr 모델슬라이드 번호 30슬라이드 번호 31슬라이드 번호 32Lab 모델슬라이드 번호 34슬라이드 번호 35학습 정리 (1)학습 정리 (2)참고 문헌