Hình ảnh và video màu là hai kiểu dữ liệu cơ bản của hệ thống đa phương tiện. Các chi tiết kỹ thuật và khả năng nhận biết của con người về màu rất quan trọng vì các lý do:
Mong muốn hình ảnh hiển thị bởi hệ thống đa phương tiện giống như hình ảnh gốc khi nó được thu, và nó được hiển thị giống như trong các hệ thống khác.
Có thể thực hiên được một hệ số nén cao nếu chúng ta sử dụng một số đặc tính về khả năng nhận biết màu sắc của con người.
Nhiều hoạt động như tìm kiếm hình ảnh được dựa trên các giá trị điểm ảnh hoặc sự biểu diễn màu sắc. Xử lý hiệu chỉnh màu sắc làm cải thiện hiệu quả của các hoạt động này.
Trong phần này, chúng ta sẽ khảo sát về biểu diễn, nhận biết về màu sắc và thảo luận về các vấn đề nêu trên.
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Các thuộc tính của màu sắc: Ánh sáng khả kiến là sóng điện từ có phổ bước sóng trong khoảng từ 400nm đến 780nm. Ánh sáng có bước sóng khác nhau sẽ tạo ra cảm giác màu khác nhau.
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Ba thuộc tính vật lý cơ bản của bức xạ màu là: luminance (độ sáng),
hue (độ màu), saturation (độ bảo hoà)
Luminance là một thuộc tính của thị giác theo đó một vùng xuất hiện
ánh sáng phát ra nhiều hay ít. Thị giác có đáp ứng về cảm giác không tuyến tính đối bới độ sáng.
Hue là một thuộc tính của thị giác theo đó sự phân biệt của thị giác về
các màu: đỏ, vàng, xanh lá và xanh dương hoặc một tổ hợp của hai trong các màu trên. Các màu trong tự nhiên thường là màu đa sắc, nó được pha trộn bởi nhiều bước sóng.
Saturation là độ thuần màu của một vùng được xem xét trong một tỷ lệ
cân đối với độ sáng. Một màu thuần có độ bảo hoà là 100%, trong khi màu trắng có độ bảo hoà là 0%.
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Các hệ thống đặc tả màu sắc: Trong truyền thông hình ảnh và video màu, màu sắc phải được đặc tả bởi một số phương pháp.
Công cụ đặc tả màu độc lập:
Ba thuộc tính vật lý cơ bản của màu có thể được đặc tả bằng sơ đồ phân bố phổ năng lượng (SPD: Spectral Power Distribution), đó là sơ đồ của radian năng lượng đối với bước sóng.
SPD là phương pháp chính xác nhất để đặc tả màu, nhưng không mô tả mối quan hệ giữa các thuộc tính vật lý của màu sắc và thị giác.
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Các hệ thống đặc tả màu sắc
Uỷ ban quốc tế chiếu sáng (CIE: Comite International de l’Eclairage) định nghĩa hệ thống để ánh xạ một SPD thành ba thành phần số là toạ độ toán học của không gian màu.
CIE định nghĩa “chuẩn quan sát” trên cơ sở đo lường khả năng tương hợp màu trung bình của mắt. Một hệ thống ba tác nhân XYZ được phát triển, mà các màu nhìn thấy được có thể được biểu diễn, chỉ dùng các giá trị dương của X,Y,Z. Với Y là độ sáng, X và Z là thông tin màu.
Dạng cơ bản của hệ thống CIE 1931 XYZ là nền tảng của các thiết bị đo màu. Nó hoàn toàn độc lập, và các giá trị X,Y,Z bình thường được định nghĩa trong khoảng [0,1].
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Các hệ thống đặc tả màu sắc
Trong thực hành, màu hiếm khi được đặc tả bằng các số hạng XYZ mà thường dùng toạ độ phối màu (chromaticity) x và y được tính từ giá trị ba tác nhân X,Y,Z:
x = X / (X+Y+Z) và y = Y / (X+Y+Z)
Biểu đồ toạ độ phối màu của ánh sáng thấy được theo sơ đồ phối màu của CIE. Bước sóng của các màu là toạ độ trên đường biên của sơ đồ.
Ánh sáng thấy được nằm bên trong đường bao của sơ đồ, nó là đường nối của các điểm có bước sóng từ 380nm – 800nm.
Trong biểu đồ, các màu có thể được đặc tả bởi các giá trị xyY. X = x * Y / y
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Các hệ thống đặc tả màu sắc
Điểm lợi chính của CIE XYZ là hoàn toàn độc lập.
Điểm bất lợi chính của CIE XYZ là sự phức tạp trong cài đặt và không trực quan.
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Quan hệ giữa CIE XYZ và các không gian màu khác
Theo lý thuyết Tristimulus, một màu bất kỳ có thể chứa sự pha trộn của ba màu sơ cấp với một tỷ lệ thích hợp.
Màu sơ cấp thì độc lập với ý nghĩa là nó không chứa sự pha trộn của hai màu sơ cấp khác. Một đặc tính khác để chọn màu sơ cấp là nó có thể trình bày được nhiều màu khác.
Lý do tại sao ba màu sơ cấp là đủ để trình bày tất cả các màu là do có ba kiểu bộ tiếp nhận màu trong mắt người. Sự kích thích của ba kiểu bộ tiếp nhận này sẽ tạo ra cảm giác màu.
Để đặc tả duy nhất một không gian màu bằng ba màu sơ cấp, chúng ta cần đặc tả độ phối màu (chromaticitie) của các màu sơ cấp và một điểm tham khảo trắng
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Quan hệ giữa CIE XYZ và các không gian màu khác
Điểm tham khảo trắng có các giá trị R=G=B=Y=1.
Với một điểm màu cụ thể các giá trị xr, yr, xg, yg, xb, yb, xn, yn là các hằng số. Một điểm màu khác sẽ có một tập hằng số khác.
Bốn điểm này (ba điểm toạ độ của ba màu sơ cấp và một điểm tham khảo trắng) có thể vẽ nên một sơ đồ phối màu.
Color component x y
Red xr yr
Green xg yg
Blue xb yb
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Quan hệ giữa CIE XYZ và các không gian màu khác
Phạm vi của các màu có thể được tạo ra từ một tập hợp của ba màu sơ cấp RGB trên sơ đồ pha màu trong một tam giác có ba đỉnh là toạ độ ba màu sơ cấp.
Phạm vi này được gọi là gamus của một không gian màu.
R
B G G
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Quan hệ giữa CIE XYZ và các không gian màu khác
Từ không gian màu XYZ ta có thể đổi sang một không gian màu bất kỳ khác bằng một phép biến đổi tuyến tính.
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Những không gian màu đồng dạng
Trong hình ta thấy toạ độ phối màu của G luôn có một khoảng cách với toạ độ phối màu của bước sóng 510 nm, Điều đó cho thấy rằng nhiều màu không thể được tao ra bằng cách dùng ba màu sơ cấp RGB.
Kết luận này là sai, bởi vì không gian màu xyY không phải là không gian màu đồng dạng: Thị giác của con người không đáp ứng bằng nhau theo khoảng cách của sơ đồ phối màu.
Trong một không gian màu đồng dạng, khoảng cách trên sơ đồ phối màu gần bằng nhau thì sự nhận biết về màu sắc là như nhau đối với các màu khác nhau.
Tổ chức CIE đặc tả hai không gian màu đồng dạng gần bằng nhau: CIEL*u*v* (hay LUV) và CIEL*a*b* (hay LAB).
Những không gian màu đồng dạng thường dùng trong đo lường màu và phục hồi hình ảnh màu, theo đó các điểm ảnh có giá trị khác nhau sẽ tương ứng với sự nhận biết màu sắc khác nhau.
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Khác biệt của các biểu diễn màu
Biểu diễn RGB được sử dụng trong hầu hết các hệ thống đa phương tiện. Hình ảnh số được biểu diễn bởi ba mảng hai chiều ứng với ba thành phần màu đỏ, xanh lá, xanh dương.
Nếu tất cả hình ảnh được biểu diễn bằng RGB thì nó được biểu diễn trong cùng không gian màu và có thể được sử dụng và so sánh một cách trực tiếp bất kể hình ảnh đến từ đâu.
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Khác biệt của các biểu diễn màu
Trong thực tế các giá trị của điểm ảnh trong biểu diễn RGB có thể có ý nghĩa khác nhau. Hai nguyên nhân chính của sự khác nhau này là:
Các giá trị hiệu chỉnh gamma có thể khác nhau khi sử dụng các thiết bị thu hình khác nhau.
Để đặc tả duy nhất một không gian màu, sự phối màu của 3 màu sơ cấp và tham khảo trắng phải được đặc tả.
Trong thực hành nhiều không gian màu RGB được sử dụng và sự phối màu của chúng hiếm khi được đặc tả, dẫn đến, chất lượng hiển thị và hiệu quả phục hồi hình ảnh kém.
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Hiệu chỉnh gamma
Hiệu chỉnh gamma là một phép tính phi tuyến dùng để mã hoá và giải mã độ sáng hoặc độ phối màu của hình ảnh và video.
Đối với màn hình CRT, cường độ sáng của màn hình không tuyến tính với điện thế tín hiệu vào mà theo một hàm mũ với số mũ [2.2 - 2.5]. Giá trị
số mũ gọi là gamma.