학습 목표
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Color란 무엇인지 설명할 수 있다.
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눈의 구조와 빛의 흡수 과정에 대해 설명할 수 있다.
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칼라 모델의 종류와 특성을 구분하여 설명할 수 있다.
색의 개념
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색(color)
물체에서 반사되는 빛의 성질에 의해 결정되는 특성이다.
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빛(light)
전자기파(electromagnetic wave)의 일종이며 매질이 필요 없는 파동으로 다양한 파장(wavelength)으로 구성
태양광은 파장에 따라 빛은 가시광선, 적외선, 적외선, 감마선 등으로 구분
가시광선은 약 380nm에서 780nm 파장의 빛에 해당
광원에 대한 용어 및 기본 단위
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방사 휘도(radiance)
광원으로 나오는 총 에너지 양 (W, 와트)
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휘도(luminance, intensity or gray-level)
관찰자가 광원으로부터 인지하는 에너지의 양 (lm, 루멘)
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명도(brightness)
관찰자의 주관적인 밝기 (측정 불가)
(※ 광원 : 빛을 발산하는 지점 ex. 태양)
눈의 구조
- 수정체 : 가까운 물체와 멀리 있는 물체를 볼 때 수정체를 조정한다.
- 모양체 : 수정체의 두께를 수정하는 역할을 가지고 있다.
- 홍채 : 빛의 양을 조절 한다.
- 망막 : 망막의 상이 맺히면 사물을 볼 수 있다.
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빛은 망막을 통해 흡수되며 망막에는 원추세포(cone cell)와 간상세포(rod cell)가 존재
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원추세포는 색상, 간상세포는 명암을 구분
원추세포는 빨간색, 초록색, 파란색에 반응하는 세 가지 종류로 세포로 구분
파랑 원추세포(β): 445nm 주변 (300nm ~ 550nm) 파장 흡수 (분포 2%)
초록 원추세포(γ): 535nm 주변 (400nm ~ 680nm) 파장 흡수 (분포 33%)
빨강 원추세포(ρ): 575nm 주변 (450nm ~ 710nm) 파장 흡수 (분포 65%)
☞ 가장 많이 존재하는 세포는 빨강 원추세포 이다.
☞ 원추세포가 0˚일때 계수의 분포값이 급격하게 줄어든다. => 상이 제대로 맺혀 있지않으면 Color를 구분하기 어렵다.
☞ 간상세포는 밝기를 구분하기 쉽다.
삼색 정합 (trichromatic matching)
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세 가지 빛(R, G, B)의 혼합 정도를 알 수 있으면 모든 색의 표현이 가능함
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색 측정법(colorimetry)에서는 우리 눈으로 구분할 수 있는 색에 대해 세 가지 빛의 비율을 정의
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빨간색, 초록색, 파란색의 세 가지 파장을 사용하여 표현가능한 색을 조합하기 때문에 이 실험을 삼색 정합(trichromatic matching)이라고 부름
- 감광 조절기 : 빛의 세기를 조절
- 단파장 광 : 단일 파장의 빛을 발생시키는 장치
Normalized tristimulus value (r, g, b)
- 3가지 색을 사용해서 다른색을 표현하는 방법
- 삼자극치(tristimulus value) : 람다 함수의 [x,y,z], 즉 눈의 센서를 수치화 한것을 3자극치(tristimulus value) 라고 한다.
- 경계를 따라 존재하는 컬러는 단일컬러이다.
- 내부의 있는 파장은 색이 섞여서 만들어진디ㅏ.
RGB 모델
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빛의 삼원색인 빨간색(R), 초록색(G), 파란색(B)을 기본 색(primary color)으로 사용
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표현 가능한 모든 색은 단위 크기의 육면체(cube)를 사용하여 표현 가능
☞ 초록색과 자홍색 노란색과 파란색을 보색이라고 부른다.
☞ 보색 : 서로 반대되는 색이니 그만큼 두색의 대비가 강하게 느껴진다.
RGB to Gray-scale 변환
𝐘 = 0.299𝐑 + 0.587𝐆 + 0.114B TV 또는 모니터 등에서 사용
𝐘 = 0.333𝐑 + 0.333𝐆 + 0.333B 나머지 응용에서 사용 (평균내서 1/3을 곱한것)
☞ R, G , B에 각각의 가중치를 곱해서 더해주면 Gray scale로 변환 할 수 있다.
CMY 모델
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색의 삼원색인 청록색, 자홍색, 노란색을 기본 색으로 사용
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표현 가능한 모든 색은 단위 크기의 육면체(cube)로 표현
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물체에서 일부 파장이 흡수, 나머지 파장은 반사되어 관측자에 도달하는 방식에 대한 색의 표현
☞ 색을 다 섞으면 검정색이 된다.
HSV 모델
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색상(hue), 채도(saturation), 명도(value)를 기본 색으로 사용
색상은 색의 주 파장을 구분하는 특징
채도는 색의 순수성(purity)을 구분하는 특징
순색에 백색광이 혼합된 정도를 나타냄
색상에 백색광이 혼합될수록 색의 순수성은 감소하여 채도는 낮아짐
명도는 색의 밝고 어두운 정도를 구분하는 값
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실린더 좌표(cylindrical coordinate) 사용해 모든 색 표현
Color = Brightness(밝기) + Chromaticity(색도)
HSL 모텔
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H는 색상(hue), S는 채도(saturation), L은 밝기(lightness)를 기본 색으로 L사용
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두 개의 원뿔을 맞붙여 놓은 형태로 표현
YUV 및 YIQ 모델
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아날로그 TV의 전송에 사용하는 색 모델
YIQ는 한국을 포함하여 미국, 캐나다 등의 NTSC 방식에서 사용
YUV는 주로 유럽의 PAL, SECAM 방식에서 사용
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색에서 밝기 성분과 색도(chromaticity) 성분을 구분 가능
Y 성분: 휘도(luminance)
U&V 및 I&Q 성분: 색차(chrominance)
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색차는 색의 차이(color difference)를 의미
YCbCr 모델 참조(디지털형식)
☞ 위와 같은 계산식에 의해서 계산할 수 있다.
YCbCr 모델
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Developed as part of ITU-R BT.601
YUV 모델의 디지털 형태 (scaled & offset version)
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영상 및 비디오 압축(JPEG, MPEG 등)에서 주로 사용
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Y 성분 : 휘도(luminance), Cb & Cr 성분 : 색차(chrominance)
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휘도
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색차
색도 성분은 R, G, B 성분과 Y 성분의 차이(color difference)로 표현
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Y는 다음과 같이 표현 가능
Lab 모델
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균일 색 모델(uniform color model)
색의 차이를 수치적으로 계산할 경우 색 모델에서의 두 색 사이의 거리(distance)를 사용
☞ 거리가 가까울수록 유사한 색이다.
이렇게 계산한 거리와 우리가 시각적으로 인지하는 색의 차이는 일치하지 않음 ➡ 균일 색 모델 사용
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L은 밝기(lightness), a와 b는 색도(chromaticity) 성분
L은 0에서 100사이의 값을 가지며 0은 검은색, 100은 흰색에 해당
a는 초록색에서 자홍색 사이의 색을 나타내며 음수 값은 초록색, 양수 값은 자홍색에 해당 b는 파란색에서 노란색 사이의 색을 나타내며 음수 값은 파란색, 양수 값은 자홍색에 해당
학습정리 (1)
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색(color)
물체에서 반사되는 빛의 성질에 의해 결정
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빛(light)
전자기파(electromagnetic wave)의 일종이며 매질이 필요 없는 파동으로 다양한 파장(wavelength)으로 구성
태양광은 파장에 따라 빛은 가시광선, 적외선, 적외선, 감마선 등으로 구분
학습 정리 (2)
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눈의 구조
모양체, 홍채, 수정체, 망막 등으로 구성
빛은 망막을 통해 흡수됨
망막에는 원추세포(cone cell)와 간상세포(rod cell)가 존재
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칼라 모델
표준적인 방법으로 칼라를 규격화하여 표현하는 방법
좌표 체계 내에서 각 칼라가 단일 점으로 표현
RGB, CMY, HSV, HSL(I), YIQ/YUV, YCbCr, Lab 등
- Reference
영상처리 및 패턴 인식 - 금오공과대학교 김성영
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