Color

김성영교수

금오공과대학교

컴퓨터공학과

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

444

5

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

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%)

888

망막에서의 원추 및 간상 세포의 분포

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

111111

감광 조절기700nm

546.1nm

435.8nm

C(𝛾𝛾)

Tri-stimulus Value

121212

색 정합 함수

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Normalized tri-stimulus value (r, g, b)

from Wikipedia.org

14

Normalized tri-stimulus value (x, y, z)

from Wikipedia.org

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

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

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

212121

222222

H

S V

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

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

33

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

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