Cảm nhận và biểu diễn màu sắc

Cảm nhận và biểu diễn màu sắc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG --------o0o-------- BÀI TẬP LỚN Xử lý ảnh Đề tài : Cảm nhận và biểu diễn màu sắc Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Linh Giang Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Quang Bách Nguyễn Thị Hòa Nguyễn Văn Hải Lớp : Hệ thống thông tin – K51 Hà Nội - Tháng 04/2010 Bài tập lớn Xử lý ảnh MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .4 Phân công công việc 5 1. Ánh sáng, màu sắc 6 1.1 Ánh sáng 6 1.1.1 Khái niệm .6 1.1.2 Tính chất của ánh sáng 7 1.2. Màu sắc .7 2. Cảm nhận ánh sáng và chuyển động 8 2.1. Cấu tạo mắt 8 2.2 Vì sao ta nhìn thấy màu sắc các vật 13 2.3 Cảm nhận chuyển động 15 3. Các hệ biểu diễn màu .17 3.1 Mô hình màu RGB .17 3.1.1 Khái niệm .17 3.1.2 Cơ sở sinh học 18 3.1.3. Biểu diễn trên máy tính 18 3.2. Mô hình màu CMY 21 3.2.1. Mô hình màu CMY 21 3.2.2 Mô hình màu CMYK .23 3.3 Mô hình HSI – Hue-Saturation-Intensity .24 Page | 2 Bài tập lớn Xử lý ảnh 3.4. Các hệ biểu diễn màu khác .25 3.4.1. Mô hình HSB .25 3.4.2. Mô hình YUV .26 3.4.3 Mô hình màu YIQ .27 3.4.4. Mô hình CIE L*a*b 28 4. Chuyển đổi giữa các hệ biểu diễn màu. Lập trình mô phỏng 29 4.1. Chuyển đổi giữa các hệ biểu diễn màu .29 4.1.1. Chuyển đổi RGB - CMY (CMYK) .29 4.1.2. Chuyển đổi RGB – HSI .30 4.1.3. Chuyển đổi RGB với các hệ màu khác 31 4.2. Chương trình mô phỏng 32 4.1.1 Các chức năng của chương trình .32 4.2.2 Đánh giá chương trình .35 5. Lời kết 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 Page | 3 Bài tập lớn Xử lý ảnh LỜI MỞ ĐẦU Có người đã từng nói thực chất thì con người đang cảm nhận thế giới chứ không phải quan sát thế giới và những cảm nhận thường mang nặng tính chủ quan phụ thuộc vào từng cá nhân. Xét về mặt sinh lý điều đó cũng có nhiều điểm đúng. Khi chúng ta nhận thế giới thì thực chất các xúc giác chúng ta thu tín hiệu rồi từ đó truyền lên não để não xử lý tùy theo “kinh nghiệm” có được trước đó vì thế mới có chuyện cùng 1 hình ảnh nhưng người này bảo màu này nhưng người kia lại nói nó mang màu sắc khác. Trong nội dung của bài tập lớn này chúng em ngoài việc giới thiệu về cơ quan cảm nhận hình ảnh chính của con người: con mắt cùng với việc miêu tả khả năng cảm nhận của nó như thế nào còn giới thiệu thêm về các “cách nhìn nhận” hình ảnh ở đây thực chất là các hệ biểu diễn màu khác nhau. Từ đó đem lại cái nhìn từ mặt kỹ thuật về sự cảm nhận và biểu diễn màu sắc. Cảm ơn thầy Nguyễn Linh Giang đã giúp đỡ nhóm trong quá trình thực hiện bài tập lớn này! Page | 4 Bài tập lớn Xử lý ảnh Phân công công việc STT Công việc Thực hiện (Phụ trách chinh) Ghi chú 1 Cảm nhận ánh sáng và chuyển động Nguyễn Quang Bách Nguyễn Thị Hòa 2 Các hệ biểu diễn màu, biến đổi giữa các hệ biểu diễn màu Nguyễn Văn Hải Có sự giúp đỡ của: Nguyễn Quang Bách Nguyễn Thị Hòa 3 Lập trình mô phỏng Nguyễn Văn Hải Nguyễn Thị Hòa Có sự giúp đỡ của: Nguyễn Quang Bách 4 Tổng hợp kết quả, viết báo cáo Nguyễn Quang Bách Nguyễn Văn Hải Nguyễn Thị Hòa Page | 5 Bài tập lớn Xử lý ảnh 1. Ánh sáng, màu sắc 1.1 Ánh sáng 1.1.1 Khái niệm Ánh sáng là từ phổ thông dùng để chỉ các bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong vùng quang phổ nhìn thấy được bằng mắt thường (tức là từ khoảng 400 nm đến 700 nm). Giống như mọi bức xạ điện từ, ánh sáng có thể được mô tả như những đợt sóng hạt chuyển động gọi là photon. Ánh sáng do Mặt Trời tạo ra còn được gọi là ánh nắng (hay còn gọi là ánh sáng trắng bao gồm nhiều ánh sáng đơn sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím); ánh sáng Mặt Trăng mà chúng ta thấy được gọi là ánh trăng thực tế là ánh sáng do mặt trời chiếu tới mặt trăng phản xạ đi tới mắt người; do đèn tạo ra còn được gọi là ánh đèn; do các loài vật phát ra gọi là ánh sáng sinh học. Page | 6 Bài tập lớn Xử lý ảnh 1.1.2 Tính chất của ánh sáng Khi ánh sáng truyền qua mọi vật sẽ truyền một năng lượng nhiệt trên bề mặt của vật. Năng lượng hấp thụ của vật tùy thuộc vào màu sắc của vật. Vật có màu sáng dễ hấp thụ năng lượng ánh sáng hơn những vật có màu tối. Khi ánh sáng truyền qua hai môi trường không đồng nhất sẽ chịu ảnh hưởng của hiện tượng khúc xạ. Ánh sáng bị bẻ cong hay đi lệch hướng do có thay đổi vận tốc di chuyển. Khi ánh sáng đi qua tinh thể trong suốt sẻ phân tán thành ánh sáng màu của các sắc thể đỏ, cam, vàng, xanh lá cây, xanh dương, tím . Trong chân không, ánh sáng đi với vận tốc không đổi, thường được ký hiệu là c = 299.792.458 m/s Ánh sáng mắt người nhìn thấy được gọi là ánh sáng nhìn thấy được có bước sóng 380- 750 nm. Ánh sáng bước sóng ngắn hơn ánh sáng nhìn thấy được gọi là tia cực tím; ánh sáng có bước sóng dài hơn ánh sáng nhìn thấy được gọi là tia hồng ngoại. Màu sắc của anh sáng mắt người nhìn thấy được là một màu trộn lộn từ ba màu sắc chính đỏ, xanh lá cây và xanh dương. 1.2. Màu sắc Màu sắc là cảm giác mang đến cho hệ thần kinh của người từ sự kết hợp tín hiệu của ba loại tế bào cảm thụ màu ở mắt người. Cảm giác này cũng bị ảnh hưởng "dài hạn" từ trí nhớ lưu lại quá trình học hỏi từ khi lớn lên trong xã hội, và "ngắn hạn" bởi các hiệu ứng ánh sáng của phông nền. Màu sắc của một tia ánh sáng là cảm giác màu mà tia sáng đó gây nên ở mắt người. Màu sắc của các vật thể là màu sắc của ánh sáng do chúng phát xạ ra (nếu là vật nóng sáng) hay phản xạ từ chúng từ một nguồn chiếu sáng (nếu coi vật là không nóng sáng). Page | 7 Bài tập lớn Xử lý ảnh 2. Cảm nhận ánh sáng và chuyển động 2.1. Cấu tạo mắt Mắt người là một phần của não hình thành từ tuần thứ 3 của phôi kỳ dưới dạng hai túi thị nguyên thủy, phát triển và lồi dần ra phía trước tạo thành võng mạc, thể thủy tinh và Page | 8 Bài tập lớn Xử lý ảnh các thành phần hoàn chỉnh khác. Cặp mắt là một trong năm giác quan quan trọng, giúp con người quan sát và kiểm soát môi trường chung quanh. Mắt người nằm trong hai lỗ hốc hai bên sống mũi, trên có gò lông mày và trán, dưới giáp xương má. Màng mạc bọc xương của hốc mắt nối tiếp bên sau với màng cứng của não, bọc theo dai dây thần kinh thị giác. Bên ngoài có hai mí mắt khi nhắm lại che kín hốc mắt. Mí trên có lông mi dài cong, lông mi của mí dưới ít hơn và ngắn hơn. Bên trong hốc mắt có các tuyến nước mắt, các bắp thịt di chuyển mắt, trong cùng là các mô mỡ chêm đệm không cho mắt bị kéo vào phía sau bởi các bắp thịt. Nhãn cầu gồm 3 lớp màng có tên gọi là: • Màng ngoài gồm củng mạc và phía trước biến đổi thành giác mạc. • Màng giữa là màng bồ đào, thân bè và mạch lạc mạc, chứa nhiều mạch máu, phía trước dày lên thành cơ thể mi và mống mắt. • Màng trong là võng mạc, chứa các tế bào nhận cảm ánh sáng là tế bào gậy và tế bào nón. Thể thủy tinh giữ vai trò của một thấu kính để hội tụ ánh sáng trên võng mạc. Nó được treo bởi các dây chằng tròn với cơ thể mi. Giữa giác mạc và thể thủy tinh là thủy dịch, giữa thể thủy tinh và võng mạc là dịch kính. Cả hai chất dịch này giữ cho mắt không bị xẹp. Chỗ hõm giữa giác mạc và mống mắt được gọi là tiền phòng, đối lại chỗ hõm đóng kín quanh sau mống mắt và phần thắt ngang thủy tinh thể (thấu kính mắt) được gọi là hậu phòng. Cả hai phòng đều chứa đầy thủy dịch. Lỗ tròn giữa màng mống mắt được gọi là con ngươi. Phần lớn nhất của hõm sau thủy tinh thể chứa đầy một chất trong suốt gọi là dịch kính (corpus vitreum). Cái băng đỡ Page | 9 Bài tập lớn Xử lý ảnh thủy tinh thể được gọi là vùng bè (mi) (zonula ciliaris zinni) căng ra giữa màng ngang thủy tinh thể và thân bè (corpus ciliare). Giác mạc, tiền phòng, con ngươi, thủy tinh thể (thấu kính) và dịch kính có chức năng cho xuyên qua và phản chiếu tia sáng, vì vậy chúng được gọi là môi trường xuyên ánh sáng. Võng mạc và thần kinh mắt tuần tự là những bộ phận tiếp nhận và truyền dẫn xung động ánh sáng. Phần giữa của võng mạc được gọi là hoàng điểm (macula lutea) có chức năng nhạy cảm nhất. Các cơ của mắt cũng tham gia vào một số chức năng của mắt. Các cơ mống mắt giúp điều chỉnh đường kính đồng tử. Cơ thể mi có thể làm thay đổi độ cong của thể thủy tinh. Các cơ ngoài mắt điều khiển mắt quay về phía mục tiêu thị giác. Tế bào nhận cảm gồm ba vùng: đoạn ngoài, đoạn trong và vùng xináp. Đoạn ngoài chứa nhiều đĩa, bên trong chứa quang sắc tố; đoạn ngoài của tế bào gậy mảnh, của tế bào nón dày hơn, hình chóp. Đoạn trong chứa nhiều ty thể. Vùng xináp tiếp xúc với tế bào ngang và tế bào lưỡng cực; chất dẫn truyền thần kinh là glutamat được phóng thích liên tục vào khe xináp. Con ngươi mắt bình thường có đường kính là 3.4 – 4.5 mm, khi đường kính đó hơn 5 mm, người ta nói đó là chứng dãn đồng tử (mydriaso) và khi nó ít hơn 2 mm thì đó là chứng co đồng tử (miozo). Thông thường thì người đàn bà có con ngươi mắt lớn hơn ở đàn ông, người cận thị hơn ở người viễn thị, người trẻ hơn ở người già. Biến thái khác của con ngươi (metamorphocoria) được thấy ở trường hợp con ngươi bị dính (sinekio) hoặc ở trường hợp biến chứng giang mai (metasifilo). Những thay đổi con ngươi đột ngột xảy ra là do phản ứng ánh sáng và phản ứng hội tụ. Khi tia sáng rọi vào mắt, con ngươi bé lại (phản ứng ánh sáng trực tiếp) đồng thời con ngươi kia cũng bé lại (phản ứng ánh sáng gián tiếp). Sự phản ứng con ngươi do tia sáng là hiện tượng cơ bản nhất chỉ rõ những thay đổi bệnh lý khác nhau. Con ngươi mất vận Page | 10 [...]... 534 nm và 420 nm Ví dụ, màu vàng thấy được khi các tế bào cảm nhận màu xanh ánh vàng được kích thích nhiều hơn một chút so với tế bào cảm nhận màu xanh lá cây và màu đỏ cảm nhận được khi các tế bào cảm nhận màu vàng - xanh lá cây được kích thích nhiều hơn so với tế bào cảm nhận màu xanh lá cây Mặc dù biên độ cực đại của các phản xạ của các tế bào cảm quang không diễn ra ở các bước sóng của màu "đỏ",... việc tính đặc trưng và so sánh sự giống về màu sắc của hai ảnh nên thích hợp cho việc tìm kiếm ảnh dựa vào màu Sự giống và khác nhau giữa hai ảnh về màu sắc đối với mắt người chỉ là tương đối 3.4 Các hệ biểu diễn màu khác 3.4.1 Mô hình HSB Không gian màu HSB, còn gọi là không gian màu HSV, là một không gian màu dựa trên ba số liệu: • H: (Hue) Vùng màu • S: (Saturation) Độ bão hòa màu • B (hay V): (Bright... và việc cảm nhận được thế giới nhiều lúc mang lại cho ta cảm giác thực sự thú vị và hấp dẫn Qua bài tập lớn này chúng ta biết thêm các tri thức về giác quan quan trọng của con người: thị giác để từ đó khám phá được thực chất việc cảm nhận về hình ảnh xung quanh ta diễn ra như thế nào Cũng từ đó mà ta biết được các hệ thống biểu diễn màu sắc mà mỗi loại tùy vào sự cảm nhận hay chức năng mà có cách biểu. .. ra mạnh yếu khác nhau, ta sẽ thấy những màu sắc khác nhau trên giấy Một cách khái quát, màu bất kỳ của vật phản xạ được xác định bằng bộ ba trị số biểu diễn cường độ màu xanh da trời, tím đỏ và vàng Người ta gọi cách thức xác định màu sắc như vậy là mô hình màu CMY (CMY color model) CMY là viết tắt của CyanMagenta-Yellow Màu trắng trong mô hình này được biểu diễn dưới dạng: (C = 0, M = 0, Y = 0) hoặc... hệ thống màu HSV dùng Value thay vì Intensity Hệ thống màu HSI thì thích hợp hơn với một số thiết kế đồ họa bởi vì nó cung cấp sự điều khiển trực tiếp đến ánh sáng và sắc độ Hệ thống màu HSI cũng hỗ trợ tốt hơn những thuật toán xử lý ảnh vì tiêu chuẩn hóa về ánh sáng và tập trung vào hai tham số về độ hội tụ màu và cường độ màu Hệ thống màu HSI có sự phân chia rõ rệt giữa ánh sáng và màu sắc do đó... quyết định việc cảm nhận màu sẽ rơi vài một trong các trường hợp trên Ánh sáng phản xạ hay truyền qua đối tượng được mắt người ghi nhận và chuyển thành các xung thần kinh kích hoạt cảm nhận màu trong bộ não Võng mạc của mắt người có vô vàn tế bào nhạy sáng Có hai loại tế bào: tế bào hình que và tế bào hình nón Tế bào hình que phân biệt độ sáng tối trong khi tế bào hình nón ghi nhận màu sắc Có 3 loại... suốt cùng với thông tin về màu trong cùng một tệp • Màu sắc trong thiết kế Web Màu sắc được sử dụng trong thiết kế web thông thường được biểu diễn với việc sử dụng RGB; xem các màu web để có giải thích cho việc sử dụng màu sắc trong ngôn ngữ HTML và các ngôn ngữ liên quan khác Ban đầu, sự giới hạn độ sâu màu của phần lớn các màn hình đã dẫn tới sự giới hạn bảng màu là 216 màu RGB - được định nghĩa bởi... sáng xanh dương có màu vàng (yellow) do sự pha trộn của màu đỏ và màu xanh chuối trong ánh sáng phản xạ Ba màu xanh trời nhạt, tím đỏ và vàng (lần lượt tương ứng với sự hấp thụ hoàn toàn màu đỏ, xanh chuối, xanh dương của ánh sáng phát xạ) được xem là ba màu căn bản của ánh sáng phản xạ Tùy liều lượng của mực xanh trời nhạt, tím đỏ và vàng, sự hấp thụ các thành phần đỏ, xanh chuối và xanh dương trong... bào hình nón, 1 loại phản ứng các bước sóng cố định trong dải quang phổ từ 400 đến 500 nm cho cảm giác màu Blue; một loại phản ứng với bước sóng từ 500 đến 600nm cho cảm giác màu Green và một loại phản ứng với bước sóng từ 600 đến 700nm cho cảm giác màu Red 2.3 Cảm nhận chuyển động Mắt người cảm nhận hình ảnh và truyền lên não để xử lý quá trình đó cần một khoảng thời gian nhất định Khi quan sát chuyển... ngả đỏ, màu có giá trị a* âm thì ngả lục Tương tự b* dương thì ngả vàng và b* âm thì ngả lam Còn độ sáng của màu thì thay đổi theo trục dọc Ngoài ra còn nhiều hệ biểu diễn màu khác mà chưa thể đề cập hết ở đây Page | 28 Bài tập lớn Xử lý ảnh 4 Chuyển đổi giữa các hệ biểu diễn màu Lập trình mô phỏng 4.1 Chuyển đổi giữa các hệ biểu diễn màu 4.1.1 Chuyển đổi RGB - CMY (CMYK) Từ RGB sang CMY: giá trị của