多媒體科技應用
Multimedia Technology Applications 授課老師: 羅崇銘
時間: Thursday 7, 8
色 彩
色彩的形成 光源
色彩重製
視覺特性
色彩空間
色彩管理
什 麼 是 色 彩
?
色彩是一個物體的特性
紅色的蘋果
綠色的樹
藍色的貓
色彩是光的特性
光的不同波長:紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫
凌晨/白天/黃昏/黑夜
色彩是被人看到的
不同人種看到的色彩不盡相同
睜眼/閉眼
什 麼 是 色 彩
?
色彩是一個三者合併的事件
光源(物理性質),物體(化學成份),觀察者(生理構造)
=
三者有一個改變的話,就會有不同的色彩
醫學影像
超音波、電腦斷層、核磁共振
灰階個數256~2048
光 源
光源
可見光在380nm ~ 700nm
紫外線
臭氧層吸收
X光, 1nm, 波長短、能量強
UV glasses 紅外線
影響數位相機感光，可以濾光片去除
微波: 10000nm
雷達: 1000000nm
無線電: 1000000000nm = 1m太陽能面板的大 突破：透明面板
(2015/03, IThome)
想像全世界的透明玻璃窗，不論是大樓窗戶、公寓落地窗、汽車 擋風玻璃、甚至是眼鏡上的玻璃都可以蒐集太陽能，那麼，太 陽能就有機會徹底取代石油，成為新時 代的能源。戴著智慧眼鏡的 人們，只要到戶外曬一下太陽，就可以有足夠的電力持續使用。
傳統的太陽能板很難做到高度透明，而侷限了用途，只能裝設在不 影響視線的地方，例如頂樓屋頂。但要供應一棟大樓所需電力，需 要相當大面積的太陽能板，往往遠超過了大樓屋頂的面積。若有 透明太陽能板，就能利用整棟大樓的窗戶來提供更多 電力。Ubiquitous Energy研發的透明太陽能板不一樣，只利用可見 光譜中的紫外線和紅外線波段來發電，而讓可見光穿透，讓面板 看起來像是透明的。
Ubiquitous Energy成員大多來自MIT和哈佛，2011年，擔任執行長的 Miles Barr剛從MIT化工所畢業，就和他的指導教授之一Vladimir Bulovic一起創立了Ubiquitous Energy公司，致力將MIT研究成果 商品化。光 源
折射後的光有不同波長
彩虹、鑽石
主色:紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫
連續色調的色彩總數已超越人辨識力 不同顏色也就是不同的波長光譜
白色,全反射,包含所有波長的光譜
綠色(555nm)、洋紅色(紅+藍)光 源
光源的色溫
黑體輻射(Blackbody Radiation)實驗
標準黑體加熱
深紅→淺紅→橙黃→白→藍白→藍
內燄紅(能量低),外燄藍(能量高)
以絕對溫度K值來形容色彩 對應陽光的折射
白天(5000K), 黃昏黃/紅(2500K)
白平衡修正陽光的色偏 室內光源
鎢絲燈(2800K)、蠟燭(1850K)
白平衡修正光源色偏 標準光源
接近白色
D50(5000K), D65(6500K)
攝影、出版業螢
光 螢光(Fluorescence)
光致螢光
把不可見光的光子激發為可見光
例如:紫外線(Ultraviolet, UV)波長短、能量強
以UV檢驗鈔票或證件上的防偽油墨 陰極射線螢光
CRT(陰極射線管螢幕)
以高能量電子束流打到螢光劑-螢光幕 化學螢光
螢光棒
兩種化學液體混合後發生化學反應發光螢 光
生物螢光
螢火蟲
自身發光細胞的生化反應 螢光劑添加
光變多了,比白色還要亮
以藍色補黃色,看起來更白
日光燈、白紙、洗潔劑、牙膏
好賣相視 覺
眼睛
水晶體((crystalline)Lens)
以睫狀肌調節屈光度
過度收縮凸度大近視(看不清遠處)
吸收紫外線保護視網膜
隨著年齡增長，水晶體會變黃
較無法察覺藍或綠色的細微改變
觀察紅和洋紅不會變
辨識黃色總是相當弱 視網膜(Retina)
感光細胞將光轉化為神經信號
桿狀細胞(1.2億個)
低光源視覺,讓我們看清楚物體輪廓
錐狀細胞(6百萬個)
在明亮環境下,讓我們看清楚物體色彩
Apple Retina Display (2010年, iPhone4~)
高像素密度使人眼無法分辨出單一像素點
326ppi, 每英吋326個像素視 覺
感光細胞
一種桿狀細胞
三種錐狀細胞
光波長的反應範圍
紅錐, 負責長波光譜反應
綠錐, 負責中波光譜反應
藍錐, 負責短波光譜反應
三原色, RGB
對綠色最敏感,感覺最明亮(因為桿狀細胞)
缺乏紅、藍或綠錐細胞,導致不同的色盲
狗和大部分哺乳動物缺乏紅錐無色盲(RGBW) 紅色盲(RGBW) 綠色盲(RGBW) 藍色盲(RGBW)
全色盲只剩桿狀細胞,只有灰階分布當色盲患者戴上矯 色眼鏡後，看他們 重新認識這個世界 的感動
(2015/04,TechNews)
https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=ea_x OqNvntA
視盲者的成因大約是吸收紅光的視錐細胞吸收過多綠光；或吸收 綠光的視錐細胞吸收過多紅光，導致光譜信號重疊，而引起辨 色困難的視覺缺陷。Enchroma 矯色眼鏡在眼鏡上覆蓋不同的光 學塗層，以校正眼睛所能辨識的顏色。
目前只能協助紅綠色盲患者，也無法協助色盲患者辨識電腦裡面的 顏色─畢竟這個世界的顏色是因為太陽光帶來的不同波長。
目前世界上約有三億人口為色盲所苦，色盲患者無法在美術 設計、醫學等需要辨色能力的工作，同時在許多國家也無 法考駕照，其中也包括台灣（台灣是以能辨別紅、黃、綠才能考取 駕照）。
或許在不久的將來，色盲患者可重新融入不同的產業與生活、更能 發揮所長。你可以看看下面這支影片，了解你所認知再自然不過的「顏色」，對於他們來說有多麼珍貴。
色 彩 重 製
色彩重製
人類開始做實驗來重製色彩
以RGB三種色光來模擬其他色彩
實驗結果
三原色的組合可以模擬任何顏色
只有兩種是不夠的,四種是不必要的 光的加法性
黑色(無任何波長的感光)
白色(所有波長均有感光)
Ex: 螢幕的色彩顯示 染料的減法性
黑色(所有染料均有,接近黑)
白色(無任何染料)
Cyan(靛青),Magenta(洋紅),Yellow(黃)
與RGB互補
要減少藍(B)就加黃(Y),或減少靛青及洋紅(C,M)
CMYK印表機色 彩 重 製
條件等色(Metamerism)
是人類視覺系統的缺陷?
還是讓色彩重製成為可能的特色?
兩個不同色彩(光譜分佈)的物體看起來有一樣的色彩
色彩是一個事件
觀察者+光源+物體=色彩
某些光源下,兩個不同色彩的物體可以看起來有一樣 的色彩
真正完全一樣色彩的兩個物體,在所有光源下看起來
都一樣
色 彩 重 製
條件等色(Metamerism)
光源造成物體反射出的光譜不同,而色彩感受大部 份來自於三原色
不需完全一樣光譜,只需三原色反應相同
比如室內和室外的光源環境不同
Ex 1:(室內)在賣場買顏色一樣的包包和鞋子
(室外)出門要穿時,發現在日光下它們不太一樣
Ex 2:(室內)有一雙一樣白的襪子
(室外)某隻比較藍,可能用不同的螢光洗潔劑洗
視 覺 特 性
色彩對比
觀看色彩時,會受到周圍色彩影響而產生不同觀感
色相(Hue)、飽和度(Saturation)、亮度(Brightness)
左邊的X看起來比較黃、比較飽和、比較亮
其實左右兩邊的X是一樣的色彩，只是背景不同
視覺暫留與視覺疲勞
光對視網膜產生視覺刺激後,大腦視覺不會馬上消失
連續對某個色彩刺激後,對該色彩靈敏度會降低
轉視白色時,互補色轉強
看白色十字10秒後再看黑十字
看到像右方的國旗了嗎?
視 覺 特 性
幻覺
眼睛盯著中間黑點, 然後將頭前後移動
輪子也在轉動
靜止的圖片看起 來卻在轉
上下兩條線,那條 比較長?
A,B兩方塊,哪個淺
哪個深?
視 覺 特 性
幻覺
一模一樣的黑白格子，下圖只是加上圓點，看起來就變 扭曲
虛擬實境不需要複製「真實世界」只要滿足人類的感官需求，便可模擬大腦去重構
Jaguar Land Rover 集團最新安全科技 把A柱變透明了！
(2014/12)
360度虛擬城市擋風玻璃系統以嵌入在A柱、B柱與C柱的螢幕 為基礎，並透過環車的攝影機擷取畫面，將原先A柱、B柱與C柱所造成的盲點直接顯示於A柱、 B柱與C柱的顯 示螢幕，彌補行車時被A柱、B柱與C柱所形成的視覺死 角。當駕駛想要進行轉向，並因此而轉動頭部時，系統也會自動判別 所要轉向的方向，顯示 於該側的A柱，以消弭行車時的視線死角。
將建議行車路線、車輛狀態等資訊投影於擋風玻璃，創造猶如科 幻電影一般的虛擬檔風玻璃系統所整合。在以液晶螢幕彌補視覺死角 的同時，也可依靠圖形辨識系統，判別接近的車輛、行人 與自行車等物品，以提形駕駛注意周遭的狀況。並且能將附近的 店家、景點、加油站或是停車場的導航資訊 直接投影於 建築物上方，讓駕駛的視線可以不需離開擋風玻璃便可 接收各種所需資訊。視 覺 特 性
人類感官系統的非線性(Non-linear)
光的強度和眼睛所感覺到的亮度,不是成等比例
當光的強度大於9倍的時候,我們才感覺兩倍亮
各感官同樣屬於非線性,只是程度不同
Ex:加2顆糖不會感覺到2倍甜
這樣的感官系統讓我們可以感受大範圍的刺激
Ex:噪音,以log倍數計算人的感受-分貝(dB)
亮度的重製
很多量測設備是線性的,需要做非線性的轉換
相機,螢幕,印表機的明暗設計
Gamma曲線
色 彩 空 間
色彩空間(Color Space)
為了表示不同原色建構出的色彩總數
3色:RGB, ex:螢幕
4色:CMYK, ex:印表機 以座標軸刻度作為各原色飽和程度
1931, 國際照明協會CIE
CIE 1931 XYZ色彩空間
以數位化的座標表示色彩(2D平面化易於觀察)
曲線邊界是光譜波長
表達人類視覺所能見到的所有色彩
所有設備所能表達的色彩範圍皆在內 1996, 惠普與微軟制定標準RGB空間
sRGB, 以D65作為純白
通用於網際網路瀏覽的影像色彩
A網頁在B電腦和C電腦上顯示相同色彩?
如果所有設備顯示皆遵循sRGB 看起來就可以都一樣了
色 彩 空 間
Adobe RGB色彩空間
1998, Adobe研發出Adobe RGB
為了印刷出版業
使用螢幕編輯 使用印刷輸出 sRGB CMYK
sRGB太小無法對應至CMYK色彩空間Ex: JMPA(Japan Magazine Publishers Association) 日本雜誌協會標準
螢幕廠商研發可顯示Adobe RGB的色域
過去CRT能顯示更豔麗更多色彩
隨著技術進步已經不是問題
CRT LCD LED
Adobe RGB/sRGB是虛擬色彩空間
每個螢幕有自己不同形狀的實體RGB色域
每個印表機有自己不同形狀的實體CMYK色域色 彩 空 間
色彩的數位化
數位影像的像素值(Pixel Value)
以R、G、B,3個頻道組成一個色彩
每個頻道用8個bits(2
8)表示值的範圍(0~255)
紅色(255,0,0)、綠色(255,0,0)、藍色(255,0,0)
白色(255,255,255)、黑色(0,0,0)
中性灰(128,128,128)、亮灰(228,228,228)
總共可表示的色彩數為2
24=16777216
24bits全彩, 32bits(多了透明度), 32bits(CMYK)
24bits 8bits
色 彩 空 間
HSV色彩空間
三原色數值適合設備(三色光)數位化
描述色彩並不直觀
色相(Hue)
紅是色相、粉紅不是 飽和度(Saturation)
純度,是否夾雜其他色彩 亮度(Value, Brightness)
RGB已是色彩數值標準,HSV非設備空間
轉換色彩空間的公式
http://www.rapidtables.com/convert/color/rgb-to-hsv.htm
RGB HSV Color
(104, 6, 17) (353 0 ,94%,40%)
(164, 79, 89) (353 0 ,52%,64%)
(121, 164, 79) (90 0 ,52%,64%)
色 彩 空 間
Lab色彩空間
亮度(Luminance) 、 紅-綠(a) 、 黃-藍(b)
灰色的(a,b)=(0,0) 色彩感知等距(Perceptually Uniform)空間
色彩空間數據差等同視覺感受差
方便預測及計算 非設備空間
大到包含所有真實設備
方便比較不同設備 轉換色彩空間的公式
http://colormine.org/convert/rgb-to-lab
RGB Lab Color
(104, 6, 17) (20, 40, 23)
(164, 79, 89) (44, 36, 10)
印表機
紙的種類(螢光劑含量)
染料種類及數目(墨水、色帶)
白: 紙白
黑: C+M+Y (混黑) or K(純黑)
動態範圍(Dynamic Range),越深越好 灰: C+M+Y的組合從白到黑(混黑)中間的亮度變化
人眼感知為曲線變化 其他色彩調整,Ex: 藍綠色
Lab
數據差異等同視覺差異
非設備空間 分光光譜儀
A紙 B紙
色
彩
空
間
色 彩 管 理
色彩描述檔(ICC Profile)
照片分享,但
每個人的螢幕都不同
小明的螢幕RGB vs. 小玲的螢幕RGB
小明的(20,20,20)和小玲的(20,20,20)看起來不同
小明的(20,20,20)看起來可能是小玲的(25,20,19)
各自對應至標準色彩空間-sRGB 印刷出版或列印照片
傳統色票
螢幕對印表機(RGB vs. CMYK)
數位Lab值(色彩描述檔) 螢幕
符合sRGB或Adobe RGB
可自行利用螢幕校正工具 相機
高階相機會有自己的ICC Profile
專業攝影師比較著重原色呈現 印表機
很少,可自行製作熱 鍵 操 作
Windows快速鍵 - 左手使用鍵盤+右手使用滑鼠
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關閉程式Alt+f4
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利用記事本去除文字格式後貼入Word富士通展示虹膜辨 識技術：看一眼就 能解鎖手機或登入 銀行
(2015/03, iThome)
https://www.youtube.com/watch?v=JidCNq3Yq7w
日本富士通(Fujitsu)於MWC 2015上展示虹膜辨識認證技術，使用者只要看著螢幕就能將手機解鎖，不必動用到手指輸 入密碼或執行指紋辨識，帶來更方便的解鎖途徑。
與指紋一樣，每個人都有不同的虹膜紋路，因此得以用來辨 識個人身份，而且虹膜的紋路不太會改變，也不容易受傷，也很難 偽造。利用虹膜辨識，使用者只要用眼睛看著手機就能解鎖，或登 入銀行帳號、執行網路或行動購物。
虹膜辨識系統包括紅外線LED、紅外線攝影機、攝影機控 制技術與生物辨識技術，當使用者看著手機螢幕時，手機上 的紅外線LED燈便會閃爍， 再由紅外線攝影機拍下虹膜紋路，據此 辨識使用者身份。不同於既有虹膜辨識系統需於10公分內才能運作，該系統適用於一般的智慧型手機可視距離，此外，富士 通強調此一
紅外線LED的光線對眼睛相當安全。
