Görüntü İşleme - Renk Uzayları

Bilgisayar Mühendisliği Bilgisayarla Görme Dijital Görüntü Görüntü Görüntü İşleme Renk Uzayı Renkli Görüntü

Görüntü kısaca pikseller matrisi olarak ifade edilebilir: I(r,c).
Fotoğraf veya resim gibi iki boyutlu görüntüler yanında hologram gibi üç boyutlu görüntüler yüksekliği ve genişliği olan dikdörtgen şeklinde bir alandır. Piksel(Pixel): Görüntünün en küçük birimidir.

Görüntü Türleri 

1 ) İkili Görüntü

• Sadece siyah ve beyaz piksellerden oluşur. 
• 1 piksel, 1 bit yer kaplar [0,1] 

2) Gri Tonlamalı Görüntü

•  Sadece grinin tonlarından oluşur. 
•  Genelde piksel başına 8 bit ayrılır. [0..255] 

3) Renkli Görüntü

•  RGB renk modeli ve HSV, YUV, CIELab 
•  RGB üç renk katmanından oluşur. 
•  RGB color: 3 8-bit color planes I r , I g , Ib

İnsan gözü ışıklılık tonlarını ayırt etmede zayıfken, renk ve ışık tonlarının bir arada olması durumunda ayırt edicilik çok artmaktadır. Eğer ışık renksiz ise ışığın yalnızca şiddeti (intensity) ya da miktarı vardır. En basit anlamıyla renk maddelerden yansıyarak göze ulaşan ışığın beyinde uyandırdığı duygudur. 

Renkli Görüntü (Color Image)

Göz nm dalga boyundaki ışıkları algılayabilir. Gözümüzdeki renk algılayıcı hücrelerin 3 çeşit olması sebebi ile gördüğümüz bütün renkler kırmızı, yeşil ve mavi renklerden oluşur.

Renk Uzayları

Renk uzayı her bir rengin tek bir nokta olarak temsil edildiği bir koordinat sistemidir. Renkler farklı dalga boylarında farklı reaksiyon göstermelerinden dolayı mavi, yeşil ve kırmızı renklerin karışımından oluşmaktadır. Bu sebepten dolayı bir rengi renk uzayı içerisinde tanımlayabilmek için üç bileşen (renk koordinat değerleri) gereklidir.
Renkleri ölçmek ve temsil etmek amacıyla çok fazla araştırma yapılmıştır, ama tek bir koordinat sisteminde anlaşılamamıştır. Bugün literatürde farklı uygulamalar ve amaçlar için geliştirilmiş 20 den fazla renk uzayı bulunmaktadır. Bu kadar fazla renk uzayı tanımlanmasının altındaki sebep renkleri tanımlamada kullanılan sistemlerin ya teknik özelliklere ya da algısal kaliteye dayanmasıdır.
Teknik özellikler bir rengin nasıl üretildiğini veya dalga boyu anlamında fiziksel olarak nasıl ölçüldüğünü gösterir.
Algısal kalite ise insan beyninin rengi nasıl gördüğüne gösterir.
Dolayısıyla renk algılaması hem fizilsel anlamda renge hem de insan beyninin rengi görsel anlamda nasıl işlediğine bağlıdır ve bu da hem ışık şartlarından hem de etraftaki diğer renklerden etkilenir.
Bazı renk uzayları hem fiziksel hem de algısal özellikleri modellemek amacıyla tanımlanmıştır.

1)RGB renk uzayı

RGB renk sistemi tüm renkleri üç ana renk olan mavi, yeşil ve kırmızıdan üretir.Görüntü işlemede en yaygın kullanılan renk uzaylarından biridir. RGB renk uzayı üç boyutlu kartezyen bir koordinat sistemi olarak tanımlanabilir.

Her bir eksen mavi, yeşil ve kırmızı renklerden oluşur. Koordinat sisteminin orijininde siyah vardır ve maksimum mavi, yeşil ve kırmızı beyazı oluşturur. Eşit miktarda mavi, yeşil ve kırmızı farklı gri tonları oluşturur, ve bu renkler siyah ve beyaz noktaları birleştiren doğru üzerinde yer alır. Bütün diğer renkler, mavi, yeşil ve kırmızı eksenler üzerinde aldıkları değerlere göre oluşan küpün içerisinde veya küpün üzerinde yer alır.

Her renk 8 bit ile temsil edilir. 1 pixel toplam 24 renk biti ile temsil edilir.
2^(8^3 )= (256)^3=16 777 216

RGB resim uint8, uint16 veya double olabilir.

2)HSV (HSB) Renk Uzayı

HSV Hue, Saturation, Value yani renk özü, doygunluk ve parlaklık olarak adlandırılmıştır. Renk özü (Hue), rengin baskın dalga uzunluğunu belirler. Doygunluk(Saturation), rengin "canlılığını" belirler. Yüksek doygunluk canlı renklere neden olurken, düşük olasılık rengin gri tonlarına yaklaşmasına neden olur. Parlaklık ise rengin aydınlığını yani içindeki beyaz oranını belirler.

HSV uzayında siyah renk için renk ve doygunluk değerleri 0 ile 255 arasında herhangi bir alabilir. Siyahın parlaklık değeri sıfırdır. Beyaz renkte ise ise parlaklık değeri 255'dir. Herhangi bir bilgisayarlı görme uygulamasında belirli renkteki bir nesneyi ayırt etmek istediğimizde HSV renk uzayını kullanmak daha elverişlidir. Çünkü RGB’nin aksine sadece HUE değerini kullanarak eşik değer uygulama suretiyle renkleri daha net ayırt edebiliriz.

HSV renk uzayında kırmızı rengi ayırt etmek için ise Saturation ve Value değerlerinin ne olduğuna bakmaksızın sadece Hue değerine bakarak filtreleme yapabiliriz.
Kırmızı için renk değeri 160-180 arası bölgeyi, sarı için ise 20-30 arasındaki renk değerlerini filtreleyerek istediğimiz sonuca ulaşabiliriz. Böylece hem daha kolay hem de daha hassas sonuç elde ediyoruz.

RGB – HSV Dönüşümü

YCbCr Renk Uzayı

YCbCr Renk Uzayı digital videolarda kullanılan bir renk formatıdır. Dünya çapında sayısal video standardı oluşturmak amacıyla ortaya çıkmıştır.

• Y – Parlaklık(Luminance) 
• Cr – Chroma (blue minus luma) 
• Cb – Chroma (red minus luma) 

Giriş hangi veri türünde ise çıkış da o veri türündedir. Y ile luminance (parlaklık) sinyalini, Cb ve Cr ile ise chrominance (renk) bilgilerini saklayan bir renk uzayıdır. Y, 8 bitliklik 16-235 aralığında tanımlanmaktadır. Cb ve Cr ise de 16-240 arasında tanımlanmaktadır.

İnsan gözü luminance a duyarlı fakat chrome’a duyarlı değildir. YCbCr resimleri daha verimli sunabilmektedir. YCbCr encoding, decoding ve saklama esnasında RGB yerine kullanılan bir renk uzayıdır.

CIE L*a*b Renk Uzayı

L*a*b* renkleri, insan gözü algılamasına yakın olarak tasarlanmıştır. Bir rengin uyarımı değiştiği zaman, gözlemci bir süre sonra renkte bir farklılık algılayacaktır. CIE Lab renk uzayının en belirgin özelliği renk uzayının algılama yönünden düzgün değişim göstermesidir.
CIE Lab renk uzayı 1976 yılında görsel medya için tasarlanıp oluşturulmuştur. Günümüzde CIE Lab renk uzayı çeşitli alanlar için standart renk uzayı olarak seçilmiştir ve bugün pek çok uygulamada kullanılmaktadır.

İnsan gözünün algılayabildiği tüm renkleri tanımlar. Tüm dünyada, tekstil, boya, plastik, kağıt, basılı malzeme ve benzeri cisimlerde renk kontrolü yapmak için çok sık kullanılır. CIE L*a*b* renk uzayındaki, 3-boyutlu renk koordinatları aşağıda sıralanmıştır:

• L* - Açıklık (lightness) koordinatı (L* = 0 siyahı gösterir ve L* = 100, beyazdır). 
• a* - kırmızı/yeşil koordinatıdır, +a* kırmızıyı, - a* ise yeşili belirtir .
• b* - sarı/mavi koordinatıdır ve +b* sarıyı, -b* ise maviyi belirtir.

CIE L*a*b* kullanımındaki en önemli sınırlama, renk uzayının düzensiz olmasından kaynaklanır. Bu sorun renklerin kabul edilebilirliğini zorlaştırır. Renk uzayında bulundukları yere göre, farklı standart renk gruplarına, farklı nümerik toleranslar uygulanmalıdır. Bu renk alanı, RGB renk uzayı yerine birçok sayısal görüntü işleme için daha uygundur. Örneğin, LAB renk uzayı görüntüleri keskinleştirmek ve JPEG resimlerde veya dijital kameralar ve tarayıcılardan alınan görüntülerde artifaktları kaldırmak için kullanışlıdır.

XYZ renk sistemindeki bir sorun, tek tek renkler arasındaki kolorimetrik mesafelerin algılanan renk farklarına karşılık gelmediğidir. Örneğin, yandaki şekilde, yeşil ile yeşilimsi sarı arasındaki fark oldukça büyük iken, mavi ve kırmızı ayıran mesafe oldukça küçüktür. CIE bu sorunu 1976'da üç boyutlu Lab renk alanının geliştirilmesi ile çözdü. Bu modelde, algıladığınız renk farkları, kolorimetrik olarak ölçülen uzaklıklara karşılık gelir.

Paylaş

Benzer Yayın

Görüntü İşleme - Renk Uzayları

4/ 5

Oleh Kubra Cosar

Mayıs 20, 2018 Yorum Ekle