색의 측정 및 표현

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고은 개
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1 Color 김성영교수 금오공과대학교 컴퓨터공학과

2 학습목표 Color 란무엇인지설명할수있다. 눈의구조와빛의흡수과정에대해설명할수있다. 칼라모델의종류와특성을구분하여설명할수있다. 2

3 색의개념 색 (color) 물체에서반사되는빛의성질에의해결정 빛 (light) 전자기파 (electromagnetic wave) 의일종이며매질이필요없는파동으로다양한파장 (wavelength) 으로구성 태양광은파장에따라빛은가시광선, 적외선, 적외선, 감마선등으로구분 가시광선은약 380nm 에서 780nm 파장의빛에해당 3

4 44

5 광원에대한용어및기본단위 방사휘도 (radiance) 광원으로나오는총에너지양 (W) 휘도 (luminance, intensity or gray-level) 관찰자가광원으로부터인지하는에너지의양 (lm) 명도 (brightness) 관찰자의주관적인밝기 ( 측정불가 ) 5

6 눈의구조 6

7 눈의구조 빛은망막을통해흡수되며망막에는원추세포 (cone cell) 와간상세포 (rod cell) 가존재 원추세포는색상, 간상세포는명암을구분 원추세포는빨간색, 초록색, 파란색에반응하는세가지종류로세포로구분 파랑원추세포 (β): 445nm 주변 (300nm ~ 550nm) 파장흡수 (2%) 초록원추세포 (γ): 535nm 주변 (400nm ~ 680nm) 파장흡수 (33%) 빨강원추세포 (ρ): 575nm 주변 (450nm ~ 710nm) 파장흡수 (65%) 7

8 망막에서의원추및간상세포의분포 8 8

9 원추세포에서의빛의수용및민감도 W cd m 2 = R cd m 2 + G cd m 2 + B cd m 2 445nm 535nm 575nm 9 9

10 삼색정합 (trichromatic matching) 세가지빛 (R, G, B) 의혼합정도를알수있으면모든색의표현이가능함 색측정법 (colorimetry) 에서는우리눈으로구분할수있는색에대해세가지빛의비율을정의 빨간색, 초록색, 파란색의세가지파장을사용하여표현가능한색을조합하기때문에이실험을삼색정합 (trichromatic matching) 이라고부름 10

11 700nm 감광조절기 546.1nm C(γγ) 435.8nm Tri-stimulus Value 11

12 색정합함수 12

13 Normalized tri-stimulus value (r, g, b) from Wikipedia.org 13

14 Normalized tri-stimulus value (x, y, z) from Wikipedia.org 14

15 15

16 RGB 모델 빛의삼원색인빨간색, 초록색, 파란색을기본색 (primary color) 으로사용 표현가능한모든색은단위크기의육면체 (cube) 를사용하여표현가능 16

17 RGB to Gray-scale 변환 YY = 0.299RR GG BB TV 또는모니터등에서사용 YY = 0.333RR GG BB 나머지응용에서사용 17

18 CMY 모델 색의삼원색인청록색, 자홍색, 노란색을기본색으로사용 표현가능한모든색은단위크기의육면체 (cube) 로표현 물체에서일부파장이흡수되고나머지파장은반사되어관측자에도달하는방식에대한색의표현 18

19 C M Y 19 19

20 HSV 모델 색상 (hue), 채도 (saturation), 명도 (value) 를기본색으로사용 색상은색의주파장을구분하는특징 채도는색의순수성 (purity) 을구분하는특징 순색에백색광이혼합된정도를나타냄 색상에백색광이혼합될수록색의순수성은감소하여채도는낮아짐 명도는색의밝고어두운정도를구분하는값 실린더좌표 (cylindrical coordinate) 사용해모든색표현 Color = Brightness + Chromaticity 20

21 21

22 H S V 22 22

23 RGB to HSV HSV to RGB 23

24 HSL 모델 H 는색상 (hue), S 는채도 (saturation), L 은밝기 (lightness) 를기본색으로사용 두개의원뿔을맞붙여놓은형태로표현 24

25 H S L 25 25

26 YUV 및 YIQ 모델 아날로그 TV 의전송에사용하는색모델 YIQ 는한국을포함하여미국, 캐나다등의 NTSC 방식에서사용 YUV 는주로유럽의 PAL, SECAM 방식에서사용 색에서밝기성분과색도 (chromaticity) 성분을구분가능 Y 성분 : 휘도 (luminance) U&V 및 I&Q 성분 : 색차 (chrominance) 26

27 YUV 및 YIQ 모델 색차는색의차이 (color difference) 를의미 YCbCr 모델참조 I: Red 계열, Q: I 의보색 ( 덜민감 ) 27

28 YCbCr 모델 Developed as part of ITU-R BT.601 YUV 모델의디지털형태 (scaled & offset version) 영상및비디오압축 (JPEG, MPEG 등 ) 에서주로사용 Y 성분 : 휘도 (luminance), Cb & Cr 성분 : 색차 (chrominance) 휘도 Y = k r R + k g G + k b B 색차 색도성분은 R, G, B 성분과 Y 성분의차이 (color difference) 로표현 Cb = B Y, Cr = R Y, Cg = G Y 28

29 29 YCbCr 모델 Y 는다음과같이표현가능 ( ) ( ) ( ) Y B k C Y G k C Y R k C B b g g r r = = = ( ) ( ) ( ) ( ) Y C k B C k k k k C k k k k Y Y C k G Y C k R b b b b r b b r b r r r g g r r + = = + = + =

30 30 30 ) 0.713( ) 0.564( 0.114 0.587 0.

30 ) 0.713( ) 0.564( Y R Cr Y B Cb B G R Y = = + + = Cb Y B Cr Cb Y G Cr Y R = = + = , 0 = = r k b k where

31 Y Cb Cr 31

32 Y Cb Cr 32 32

33 Lab 모델 균일색모델 (uniform color model) 색의차이를수치적으로계산할경우색모델에서의두색사이의거리 (distance) 를사용 이렇게계산한거리와우리가시각적으로인지하는색의차이는일치하지않음 균일색모델사용 L 은밝기 (lightness), a 와 b 는색도 (chromaticity) 성분 L은 0에서 100사이의값을가지며 0은검은색, 100은흰색에해당 a는초록색에서자홍색사이의색을나타내며음수값은초록색, 양수값은자홍색에해당 b는파란색에서노란색사이의색을나타내며음수값은파란색, 양수값은자홍색에해당 33

34 L a b 34

35 L a b 35 35

36 학습정리 (1) 색 (color) 물체에서반사되는빛의성질에의해결정 빛 (light) 전자기파 (electromagnetic wave) 의일종이며매질이필요없는파동으로다양한파장 (wavelength) 으로구성 태양광은파장에따라빛은가시광선, 적외선, 적외선, 감마선등으로구분 36

37 학습정리 (2) 눈의구조 모양체, 홍채, 수정체, 망막등으로구성 빛은망막을통해흡수됨 망막에는원추세포 (cone cell) 와간상세포 (rod cell) 가존재 칼라모델 표준적인방법으로칼라를규격화하여표현하는방법 좌표체계내에서각칼라가단일점으로표현 RGB, CMY, HSV, HSL(I), YIQ/YUV, YCbCr, Lab 등 37

38 참고문헌 김성영, 멀티미디어이론과실습, 카오스북, 2014 R. Gonzalez, R. Woods, Digital Image Processing (2nd Edition), Prentice Hall,

(Microsoft PowerPoint - \301\24608\260\255 - \261\244\277\370\260\372 \300\347\301\372)

$(Microsoft PowerPoint - \301\24608\260\255 - \261\244\277\370\260\372 \300\347\301\372)$ 게임엔진 제 8 강광원과재질 이대현교수 한국산업기술대학교게임공학과 학습목차 조명모델 광원의색상설정 재질 분산성분의이해 분산재질의구현 경반사성분의이해 경반사재질의구현 조명 (Illumination) 모델 조명모델 광원으로부터공간상의점들까지의조도를계산하는방법. 직접조명과전역조명 직접조명 (direct illumination) 모델 물체표면의점들이장면내의모든광원들로부터직접적으로받는빛만을고려.