Digital Image Processing 2013 2/1 1. 可 視 光 波 長 :380nm~780nm の 電 磁 波 Digital Image Processing 2013 2/4 標 準 比 視 感 度 (spectral luminous efficiency) 相 対 感 度 1.0-12 -11 - -9-8 -7-6 -5-4 -3-2 -1 1 0.8 γ 線 X 線 紫 外 線 赤 外 線 マイクロ 波 : サブミリ 波,ミリ 波 センチ 波,UHF 0.6 0.4 0.2 可 視 光 0 350 400 500 0 700 800 比 率 = 目 で 感 じる 明 るさ/ 同 じ 放 射 束 の 光 Digital Image Processing 2013 2/2 2. 光 の 明 るさ 光 のエネルギーに 関 係 する Digital Image Processing 2013 2/5 色 彩 情 報 放 射 束 (radiant flux) 単 位 時 間 あたりの 放 射 エネルギー 単 位 : ジュール 毎 秒 [J/s] = ワット[W] 放 射 パワー(radiant power)とも 呼 ばれる 光 束 (luminous flux) 放 射 束 に 人 間 の 視 覚 特 性 を 取 り 入 れたもの Digital Image Processing 2013 2/3 光 束 (luminous flux)の 定 義 Φ v K m λ V (λ) = K m = 683 Φ e (λ) 780 Φ 380 e ( λ) V ( λ) dλ 最 大 視 感 度 (maximum spectral luminous efficency) 波 長 波 長 = λ の 光 の 放 射 束 標 準 比 視 感 度 (spectral luminous efficiency) Digital Image Processing 2013 2/6 カラー 画 像 の 形 成 観 察 者 (カメラ) RGBカメラの 出 力 光 E(λ) 反 射 光 L( λ) = E( λ) ρ( λ) 物 体 の 反 射 率 ρ(λ) カラー 画 像 の 生 成 に 決 定 的 な 役 割 を 果 たす 要 素 は 照 明 光 源 物 体 イメージセンサー イメージセンサーである 観 測 された 物 体 の 色 はその3 者 に 関 係 する 1
Digital Image Processing 2013 2/7 色 知 覚 Digital Image Processing 2013 2/ 網 膜 の 構 造 色 素 上 皮 杆 体 と 錐 体 我 々が 物 を 見 るとき それらが 色 々な 色 を 持 っ ていることを 感 ずる これが 色 知 覚 である 色 知 覚 の 元 1. 対 象 物 からの 放 射 エネルギーの 分 布 2. 目 の 視 覚 の 特 性 外 膜 ミュラー 細 胞 ( 放 射 状 膠 細 胞 ) 水 平 細 胞 双 極 細 胞 無 軸 索 細 胞 神 経 節 細 胞 神 経 線 維 層 内 膜 光 ttp://webvision.med.uta.edu/ より Digital Image Processing 2013 2/8 網 膜 Digital Image Processing 2013 2/11 色 を 感 知 する 錐 体 細 胞 の 分 布 中 心 窩 (ちゅうしんか) ttp://webvision.med.uta.edu/ より ttp://genepat.med.arvard.edu/~cepko/pdf/downloads/ Nature%20Genetics/NatGen%2700_Giving%20into%20te.pdf Cepko, Connie, Giving in to te blues, Nature Genetics, 24, 99-0 (2000) より Digital Image Processing 2013 2/9 眼 球 脈 絡 膜 強 膜 網 膜 Digital Image Processing 2013 2/12 蛍 光 灯 の 光 のスペクトル 角 膜 瞳 孔 毛 様 体 筋 ttp://webvision.med.uta.edu/ より 視 神 経 From Osram 蛍 光 灯 のスペクトルは 可 視 光 の 波 長 範 囲 とほぼ 同 じである しかし 放 射 光 のパワーが 平 坦 ではない 2
Digital Image Processing 2013 2/13 灰 色 物 体 の 反 射 光 Digital Image Processing 2013 2/16 加 法 混 色 赤, 緑, 青 の3 原 色 光 を 混 ぜて,さまざまな 色 を 表 現 する 方 法 デジタルカメラ ディスプレイ テレビ 放 送 などに 採 用 されている グレーの 対 象 物 からの 放 射 エネルギーの 分 布 は 一 定 である Digital Image Processing 2013 2/14 人 肌 の 反 射 光 Digital Image Processing 2013 2/17 加 法 混 色 の 原 理 適 当 の 割 合 の 赤 緑 青 の 光 を 混 ぜることで 任 意 の 色 ( 波 長 の 光 )と 同 じように 見 せる( 見 える) 白 人 (ことができると 考 えられている) 東 洋 人 黒 人 つまり 任 意 の 色 C(λ)=R+G+B この 式 に 使 われる 赤 緑 青 の 基 準 とする 光 は 原 刺 激 である Digital Image Processing 2013 2/15 植 物 と 土 壌 の 反 射 光 Digital Image Processing 2013 2/18 赤 緑 青 の 原 刺 激 土 草 木 国 際 照 明 委 員 会 (CIE)では1931 年 に 波 長 700nm, 546.1nm, 435.8nmの 三 つの 単 色 光 を 赤 緑 青 の 原 刺 激 と 規 定 等 エネルギースペクトル 白 色 光 を 基 礎 刺 激 として スペクトル 光 ( 単 一 波 長 の 光 )の 色 度 座 標 (CIE1931rgb 系 の 等 色 関 数 も 呼 ぶ)を 決 定 一 般 的 に 異 なる 対 象 物 からの 放 射 エネルギーの 分 布 は 異 なる 3
Digital Image Processing 2013 2/19 任 意 の 色 ( 波 長 )の 光 と3 原 色 の 光 の 強 度 との 関 係 任 意 の 色 C(λ) と 同 じ 色 を 作 り 出 す3 原 色 の 強 度 を 実 験 で 調 べる( 決 める) 3 原 色 の 基 準 の 光 をそれぞれ R, G, Bとし それぞれの 光 の 強 さを 調 整 するフィルターの 透 明 度 (0%~0%)を r, g, b とする C(λ) と rr+gg+bb が 同 じ 色 に 見 えるとき C(λ) = r + g + b とする Digital Image Processing 2013 2/22 等 色 した 時 第 1 法 則 について C = r + g + b とする 試 料 光 の 色 の 種 類 ( 波 長 )により r,g,bをどの ように 調 整 しても 等 色 にならないときがある その 場 合 3 原 色 のうちの 一 つ( 例 えば 赤 ) の 原 色 を 試 料 光 側 に 移 して 調 整 してみる 等 色 した 場 合 C+ r= g + b とする Digital Image Processing 2013 2/20 IとIIは 白 色 拡 散 反 射 面 Iに3 原 色 光 を 濃 度 フィルタを 通 して 照 射 IIに 試 料 光 を 照 射 する 赤 の 原 色 の 光 をIIに を 移 動 する RGBの 量 を 適 当 に 調 整 し I,II が 同 じ 色 に 見 えるとき C=r+g+b とする RGBの 量 を 適 当 に 調 整 し I,II が 同 じ 色 に 見 えるとき C+r=g+b とする Digital Image Processing 2013 2/21 Digital Image Processing 2013 2/23 視 野 の 大 きさは 角 度 θにより 表 される C+r=g+b より, C = - r + g + b つまり rが 負 になる 場 合 がある 等 色 の 特 性 は 視 野 の 大 きさによって 異 なる これは 人 間 の 網 膜 の 構 造 からくる 現 象 である 2 度 と と 度 視 野 の 実 験 結 果 を 基 に 各 種 の 規 定 が 定 め 4
Digital Image Processing 2013 2/24 スベクトル 光 を 等 色 したときの3 刺 激 値 のグラフ Digital Image Processing 2013 2/27 波 長 700nm, 546.1nm, 435.8nm の 三 つの 単 色 光 を 赤 緑 青 の 原 刺 激 と 規 定 これらは2 度 視 野 標 準 観 測 者 の 特 性 として 規 定 されたも のであり 明 度 係 数 の 比 は: l : l : l = 1: 4.5907 : 0. 01 R G B Digital Image Processing 2013 2/25 XYZ 表 色 系 RGB 表 色 系 では スペクトル 光 を 等 色 する3 刺 激 値 に 負 の 部 分 が 生 じる これを 避 けるため CIEでは 原 刺 激 として 新 たに X,Y,Z を 規 定 し 新 しい 表 色 系 を 定 めた Digital Image Processing 2013 2/28 Digital Image Processing 2013 2/26 X = 0.49r + 0.31g + 0.2b Y = 0.17697r + 0.8124g + 0.063b Z = 0.01g + 0.99b x = y = z = X X + Y + Z Y X + Y + Z Z X + Y + Z Digital Image Processing 2013 2/29 5
Digital Image Processing 2013 2/30 ディスプレイの 色 再 現 性 の 図 Digital Image Processing 2013 2/33 赤 外 線, 紫 外 線 の 範 囲 に 近 づくと, 目 の 色 知 覚 が 曖 昧 になり, 似 たような 色 として 認 識 してしまう ほぼ 同 じ 色 Digital Image Processing 2013 2/31 人 間 の 目 の 特 性 可 視 光 : 波 長 が400nm~750nmの 間 の 電 磁 波 目 の 反 応 と 光 の 波 長 との 関 係 Digital Image Processing 2013 2/34 RGB 色 空 間 Digital Image Processing 2013 2/32 目 と 光 センサー 目 の 反 応 カメラの 反 応 RGB 色 空 間 Digital Image Processing 2013 2/35 (R=0,G=0,B=1) (R=0,G=1,B=1) (R=1,G=0,B=1) (R=1,G=1,B=1) 人 間 の 目 とセンサーの 色 知 覚 が 異 なる 反 射 光 のスペクトルがR, G, Bより 表 現 される (R=1,G=0,B=0) (R=1,G=1,B=0) (R=0,G=1,B=0) 6
(R=0,G=0,B=1) RGB 色 空 間 Digital Image Processing 2013 2/36 Digital Image Processing 2013 2/39 カラー 情 報 の 表 現 (R=1,G=0,B=1) (R=1,G=1,B=1) (R=0,G=1,B=1) カラー 情 報 の 表 現 法 : 1. 三 原 色 : 赤 成 分 緑 成 分 青 成 分 (R=1,G=0,B=0) (R=1,G=1,B=0) (R=0,G=1,B=0) 2. HSV/LSH: 明 度 ( 明 るさ) 彩 度 (カラーの 濃 さ) 色 相 ( 色 合 い) Digital Image Processing 2013 2/37 色 光 3 次 元 表 示 と 単 位 面 3 次 元 空 間 で ベクトル(R,G,B)とベクトル(r,g,b)は 同 一 の 色 をもち 明 るさだけが 異 なっている (r,g,b)はベクトル(r,g,b)が 座 標 (1,0,0), (0,1,0), (0,0,1)の3 点 を 頂 点 とする 正 三 角 形 の 平 面 ( 単 位 面 )と 接 する 点 の 座 標 で 次 式 のよう に 示 される G R r = R + G + B G g = R + G + B B b = R + G + B r + g + b =1 (r,g,b)のことを 色 光 Cの 色 度 座 標 と 称 する B 単 位 面 (0, 0, 1) (0, 1, 0) (r, g, b) C (R, G, B) (1, 0, 0) R 明 度 色 相 彩 度 脳 脳 の 中 : RGB 明 るさ + 色 光 受 容 体 目 には 赤 緑 青 の 三 種 類 の 光 を 感 知 する 光 受 容 体 がある 脳 の 中 では RGBを 明 るさ と 色 に 分 ける (LHSのように). Digital Image Processing 2013 2/38 色 度 図 (Cromaticity Diagram) 単 位 面 上 の 点 (r,g,b)はrg 面 上 で(r, g)となるが bの 値 は 一 義 的 決 定 される(=1-r-g) RG 面 による 色 度 座 標 を 表 示 でき これを 色 度 図 (Cromaticity Diagram)という 色 相, 彩 度, 明 度 1.0 g ( b = 1.0 ) (0, 0) r rg 色 度 図 1.0 7
Digital Image Processing 2013 2/40 HSI, HSL, HSV Good for uman interaction H=ue S=saturation I=intensity L=luminance V=value HSI Family Digital Image Processing 2013 2/43 r = m if H 0 b = n g = n HSV からRGB m = V if (- < H ) n = m( 1 S) H g = ( ) + b H b = ( ) + g if ( < H 180) g = m, = H 120 if 0 r = n b = ( ) + r b = n r = ( ) + b if (180 < H 300) b = m, = H 240 if 0 g = n r = ( ) + g r = n g = ( ) + r Digital Image Processing 2013 2/41 Digital Image Processing 2013 2/44 Digital Image Processing 2013 2/42 RGBからHSV Digital Image Processing 2013 2/45 RGBからHLS m = max( r, g, b) n = min( r, g, b) m = max( r, g, b) n = min( r, g, b) V = m S = m g b ; if m = r b r H = + 120; if m = g r g + 240; if m = b m + n L = 2 m n ; if L 0.5 S = m + n ; oterwise 2 g b ; if m = r b r H = + 120; if m = g r g + 240; if m = b 8
Digital Image Processing 2013 2/46 if (- < H ) r = m if H 0 b = n g = n HLSからRGB H g = ( ) + b H b = ( ) + g if L 0.5 b = as b = (1 a) S m = a + b, n = a b; if ( < H 180) g = m, = H 120 if 0 r = n b = ( ) + r b = n r = ( ) + b if (180 < H 300) b = m, = H 240 if 0 g = n r = ( ) + g r = n g = ( ) + r Digital Image Processing 2013 2/49 カラープリントは カラープリントは シアン(C) マゼンタ(M) 黄 (Y) 3 層 の 画 像 から 構 成 される カラープリントに 入 射 した 光 は C 層 でRを で を M 層 でGを で を Y 層 でBを で 吸 収 する 反 射 光 として 我 々の 目 に 入 り カラー 画 像 として 知 覚 される Digital Image Processing 2013 2/47 カラー 画 像 の 印 刷 と 減 法 混 色 Digital Image Processing 2013 2/50 カラー 画 像 の 印 刷 本 来 magenta, cyan, yellowで 十 分 のはずだが 黒 も 必 要 Digital Image Processing 2013 2/48 減 法 混 色 減 法 混 色 では R, G, Bの 補 色 (Complementary Color) シアン(C) マゼンタ(M) 黄 (Y)を3 原 色 として 用 いる 補 色 : 二 つの 色 光 を 加 えて 白 色 になる 場 合 そ れら 二 つの 色 光 は 互 いに 補 色 の 関 係 がある カラープリントの 場 合 は 減 法 混 色 の 原 理 に 基 づいて 色 を 再 現 している Digital Image Processing 2013 2/51 補 色 の 計 算 RGB CMYK C' = 1 R M ' = 1 G Y ' = 1 B K = min( C', M ', Y ') C M Y = C' K = M ' K = Y ' K 9
Digital Image Processing 2013 2/52 印 刷 のテクニック:ハーフトンスクリーン 印 刷 される 点 のパターンは できるだけ 不 均 一 に 不 規 則 になるため Digital Image Processing 2013 2/55 Color Separation / Halftoning Cyan: 5 Yellow: 90 Magenta: 75 Black: 45 それぞれを 対 応 する スク リーン と 掛 算 する Cyan Magenta 元 々 正 方 形 の 格 子 パターンを 回 転 し てから 重 なって 印 刷 する Yellow Black スクリーン された 画 像 はそ れぞれの 色 で 印 刷 される Digital Image Processing 2013 2/53 Color Separation / Halftoning Digital Image Processing 2013 2/56 Color Separation / Halftoning カラー 画 像 をCMYKの 四 つ の 濃 淡 画 像 に 分 解 される Digital Image Processing 2013 2/54 Color Separation / Halftoning Digital Image Processing 2013 2/57 宿 題 2 1. 家 電 販 売 店 等 に 行 き, 同 じメーカーの 同 じ 消 費 電 力 の 白 色 LED 電 球 と 電 球 色 のLED 電 球 の 明 るさルーメンの 数 値 を 調 べて, その 結 果 を 標 準 比 視 感 度 を 用 いて 説 明 しなさい 2.CIEの 色 度 図 に, 赤 成 分 は 負 である 部 分 がある その 意 味 と, 加 法 混 色 の 問 題 点 について 述 べなさい 3.ペイントソフト(Potosop,gimpなど)を 使 って, 下 記 の 色 の 12 個 の 正 方 形 を 描 き,それぞれの 色 の 赤 青 緑 の 値 を 調 べて, 描 いた 図 形 と 調 べた 結 果 を 印 刷 して 提 出 してください 赤 暗 い 赤 橙 色 黄 色 黄 緑 薄 い 緑 深 緑 紫 水 色 薄 い 黄 色 灰 色 茶 色 4. 下 記 の(a,b)から 正 しいと 思 われるものを 選 択 して,その 理 由 も 説 明 しなさい 複 数 の 光 を 混 ぜると, 混 ぜる 前 の 光 に 比 べると, 明 るさは(a,b)になる 一 方, 白 い 紙 に 複 数 の 顔 料 を 塗 り 付 けると, 塗 れれば 塗 るほど, 紙 は(a,b)に 見 える a: 明 るく b: 暗 く