Luz e Cor

Luz e Cor

Luz • Espectro de fontes luminosas • Processos de formação de cor

v l = v / f Natureza da luz Ondulatória ou partículas? c = velocidade da luz @ 3.0x108 m/s c = l f

102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 Micro-Ondas Ultra-Violeta FM,TV RaiosX rádioAM Infra-Vermelho 106 104 102 10 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 10-12 vermelho (4.3 1014Hz), laranja, amarelo,..., verde, azul, violeta (7.51014Hz) Ondas eletromagnéticas f (Hertz) l (m) VISÍVEL

Luz branca (Newton) vermelho alaranjado amarelo verde azul violeta luz branca prisma Corl Violeta 380-440 nm Azul 440-490 nm Verde 490-565 nm Amarelo 565-590 nm Laranja 590-630 nm Vermelho 630-780 nm 1 nm = 10-9 m luz branca (acromática) tem todos os comprimentos de onda

780 nm 380 nm Espectro de fontes luminosas Energia E 100 luz branca 50 luz colorida 0 l (nm) 400 500 600 700 comprimento de onda

780 nm 380 nm Medidas do espectro da luz solar made by J. Parkkinen and P. Silfsten.

780 nm 380 nm Espectro CIE D65 e da lâmpada incandecente (illuminant A) made by J. Parkkinen and P. Silfsten.

Espectros Idit Haran

780 nm 380 nm Espectro de quatro fontes luminosas artificiais made by H.Sugiura.

Color temperature e back body temperature Color temperature - Any light source that has the same chromaticity coordinates as a black body can be described as having the color temperature of that black body . The terms color temperature and black body temperature are not synonymous. Color temperature is derived from colorimetric calculations. There are limitless different spectra that possess a particular color temperature and have little or no resemblance to the black body curve for that temperature. Black Body – a heated material that emits light as a result of being hot. The spectrum of a black body is determined by the temperature alone. An incandescent lamp and a hot electric stovetop have spectra that are good approximations to black body spectra. Correlated Color Temperature - the color temperature of the the black body that is closest to the chromaticity coordinates of the light source. http://www.sunriseinstruments.com/terminology.html

Temperatura da cor Monitor ideal http://webphysics.davidson.edu/alumni/MiLee/java/bb_mjl.htm

Electromagnetic Wave Spectral Power Distribution Illuminant D65 Reflectance Spectrum (nm) Spectral Power Distribution What is Color? Frédo Durand and Barb Cutler MIT- EECS

Spectral Power Distribution Illuminant F1 Reflectance Spectrum Spectral Power Distribution Under D65 Spectral Power Distribution Under F1 What is Color? Neon Lamp Frédo Durand and Barb Cutler MIT- EECS

Reflectâncias espectrais de flores Measurements by E.Koivisto.

E comprimento de onda dominante define a matiz (hue) E intensidade define o brilho (brightness) l (nm) l (nm) 400 500 600 700 matiz (hue) brilho (brightness) a concentração no comprimento de onda dominante define a saturação ou pureza E 400 500 600 700 l (nm) 400 500 600 700 saturação Características das fontes luminosas cores pastéis são menos saturadas ou menos puras

Características das fontes luminosas

Ea Ea+b a l a+b Eb b l l Processos aditivos de formação de cores O olho não vê componentes!

filtros Ef Ei t l l l Filtro verde Luz branca Luz verde Processos subtrativos de formação de cores transparência

tons mais claros (tints) tinta colorida (saturada) tinta branca Cinzas (greys) tons mais escuros (shade) tinta preta Processos de formação de cores:por pigmentos por pigmentação A sucessão de reflexão e refração determinam a natureza da luz refletida índices de refração distinto do material base tons PALHETA DO PINTOR

Colorimetria e Sistemas de Cores • CIE (Commission Internationale de l’Eclairage) • RGB • XYZ • xyY • Lu*v* • La*b* • Sistemas por exumeração • Munsell • Pantone • Sistemas dependentes de dispositivos • mRGB • CMY • CMYK • Sistemas para especificação interativa • HSV • HLS

Luminância Matiz(Hue) Saturação 3D Color Spaces • Tri-cromatico sugere espaço 3D Cartesiano Polar G B R

Observer Stimulus What is Color? Frédo Durand and Barb Cutler MIT- EECS

M L Spectral Sensibility of the L, M and S Cones S Ganglion Cells Horizontal Cells Rod Bipolar Cells Cone Light Light Amacrine Cells Retina Optic Nerve Distribution of Cones and Rods Rods Cones What is Color? Frédo Durand and Barb Cutler MIT- EECS

bastonetes retina cones vermelho verde azul Anatomia do olho humano

780 nm 380 nm Sensibilidade dos cones do olho humano Olho humano: Cones (SML) e Bastonetes (cegos para cor) .20 .18 .16 .14 .12 fração de luz absorvida por cada cone .10 .08 .06 .04 .02 Curvas se sobrepõe! Não temos como saber qual a sensação de um dado cone! 0 400 440 480 520 560 600 640 680 l comprimento de onda (nm)

400 500 600 700 780 nm 380 nm Sensibilidade do olho em função do comprimento de onda Fração da luz absorvida pelo olho 100% sensibilidade relativa 50% 0% l (nm)

Percepção de cor Luz Colorida c( ) Luz Branca Intensidade 400 440 480 520 560 600 640 680 l não é assim! comprimento de onda (nm)

Metamerismo • Two lights that appear the same visually. They might have different SPDs (spectral power distributions) Idit Haran

O problema de reprodução de cor em CG Mundo Real E l 400 700 Espaço Virtual E R G B l • objetivo: produzir a mesma sensação de cor • olho só distingue 400 mil cores (< 219) Þ19 bits deveriam ser suficientes

CIE RGB 1931 - 2o 1964 - 10o

Representação perceptual da cor CIE RGB R = 700 nm G = 546 nm B = 435.8 nm r(l) R g(l) G b(l) B Cor Monocromática C(l) C(l ) = r(l) R + g(l) G + b(l) B Problema: Não consegue se representar todas as cores visíveis (falta saturação)

colour Matching Experiment 1 Image courtesy Bill Freeman

colour Matching Experiment 2 Image courtesy Bill Freeman

Artifício para “subtrair” uma componente g(l) G b(l) B r(l) R C(l) C(l ) + r(l) R = g(l) G + b(l) B C(l ) = r(l) R + g(l) G + b(l) B, onde r(l) = - r(l)

400 500 600 700 Componentes das cores monocromáticas- CIE RGB - C(l ) = r(l) R + g(l) G + b(l) B 0.4 b(l ) r(l ) g(l ) 0.2 Valores dos tri-esimulos l (nm) 0 546 nm 438 nm - 0.2 Combinação de três cores (RGB) para reproduzir as cores espectrais http://www/cvision.ucsd.edu/

Componentes das cores monocromáticas- CIE RGB - C(l ) = r(l) R + g(l) G + b(l) B b(l ) g(l ) r(l ) Valores dos tri-esimulos l (nm) R = 700 nm G = 546 nm B = 435.8 nm Combinação de três cores (RGB) para reproduzir as cores espectrais http://cvision.ucsd.edu/

400 500 600 700 Componentes das cores monocromáticas- CIE RGB - r(l ) b(l ) 0.4 g(l ) 0.2 Valores dos tri-esimulos l (nm) 0 - 0.2

Conversão da base CIE RGB para CIE XYZ C(l) = r(l) R + g(l) G + b(l) B X R 0.490 0.310 0.200 0.177 0.813 0.011 0.000 0.010 0.990 = Y G Z B

2.0 1.8 1.6 1.4 Nota: Y foi escolhida de forma a y(l) ser semelhante à curva de sensibilidade do olho (luminância) 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 Componentes das cores monocromáticas- CIE XYZ - Cores Básicas do CIE 1931 Valor l (nm) 400 500 600 700

CIE XYZ (2o e 10o)

Y X Z Cores visíveis representadas no sistema CIE XYZ

Retirando a luminosidade ou brilhoda definição da cor em CIE XYZ • Um parenteses sobre luminosidade ou brilho Valores típicos de luminosidade de um de uma superfície Modo Valores (lux) Luz do dia (máximo) 100 000 Luz de dia sombrio 10 000 Interior próximo a janela 1 000 Minimo p/ trabalho 100 Lua cheia 0.2 Luz das estrelas 0.0003 … e o olho se acomoda!

Y Plano X+Y+Z=1 X Z Retirando a luminosidade ou brilhoda definição da cor em CIE XYZ • Retirar o fator luminosidade ou brilho projetando no plano X+Y+Z=1 X = (x/ y) Y Y = Y Z= (1-x-y ) Y/ y x = X/(X+Y+Z) y = Y/(X+Y+Z) z = Z/(X+Y+Z) note que x+y+z =1

Luz e Cor

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COR