Procesamiento de VdeoProcesamiento de VdeoLuminancia, Luminosidad, Color y FrecuenciaLuminancia, Luminosidad, Color y Frecuencia

Juan A. SigenzaJuan A. SigenzaDepartamento de Ingeniera InformticaDepartamento de Ingeniera InformticaUAMUAM

IntroduccinIntroduccin

Luminancia (Y) es la cantidad lineal de luz, directamente proporcional a la intensidad fsica y ponderada por la sensibilidad al espectro de la percepcin humana a la luminosidad.La luminancia puede ser calculada como la suma poncerada de los componentes lineales Rojo, Verde y Azul.

LuminanciaLuminancia

La CIE (Comisin Internacional sobre Iluminacin) define la brillantez como:

El atributo de una sensacin visual de acuerdo con el cual un rea aparece mostrar mas o menos luz.

La brillantez es una cantidad subjetiva.La CIE considera a la luminancia como la forma objetiva de medir la cantidad relacionada con el brillo.

Luminancia a partir del Rojo, Luminancia a partir del Rojo, Verde y AzulVerde y Azul

El clculo de la luminancia Y a partir de los tres componentes espectrales de la luz es el siguiente:

Y = 0.2125 R + 0.7154 G + 0.0721 B

Sensibilidad a la luminosidadSensibilidad a la luminosidad

En un estado particular de adaptacin, la visin humana puede distinguir diferentes niveles de luminancia.La razn entre la luminancia de la zona mas luminosa de una escena y la mas oscura se llama razn de contraste.Sensibilidad al contraste y resolucin espacial.

Luminosidad (el parmetro L*)Luminosidad (el parmetro L*)

L* es una funcin de la potencia de la luminancia, modificada por la introduccin de un segmento lineal cerca del negro.Y es la luminancia (proporcional a la intensidad) segn CIE. Yn es la luminancia de referencia al blanco, normalizada a 1 0 100.L* = 903.3 (Y/Yn) si Y/Yn =< 0.008856L* = 116 (Y/Yn)1/3-16 si 0.008856 < Y/Yn

GammaGamma

En fotografa, vdeo y grficos por ordenador, GAMMA significa un parmetro numrico que describe la no-linealidad de la reproduccin de la intensidad. Un TRC es no-lineal debido a que la intensidad de la luz reproducida en la pantalla es una funcin no-lineal de su voltaje de entrada.La correccin Gamma puede ser considerada como el proceso de compensar dicha no-linealidad.

Gamma en vdeoGamma en vdeo

En un sistema de vdeo la correccin Gamma se aplica a la cmara para un doble propsito:

Codificar en un espacio perceptualmente uniforme.Precompensar la no-linealidad del TRC.

Funciones de transferenciaFunciones de transferencia

Estndar Rec.709 para la HDTVR' = 4.5 R si R =< 0.018R' = 1.099 R 0.45- 0.099 si R > 0.018

Estndar 240M para la HDTVR' = 4.0 R si R =< 0.0228R' = 1.115 R 0.45- 0.115 si R > 0.0228

Detalles sobre la funcin de Detalles sobre la funcin de transferenciatransferencia

En el caso del TRCIntensidad = Voltaje cIntensidad = (Voltaje + e)2.5

Seal = Intensidad (1/ c)

Funciones de ajuste del colorFunciones de ajuste del color

Modelan la percepcin del color mediante la relacin entre el espectro fsico y el color percibido.

Fig 7.4 pag 123 Libro vdeo

Codificacin del color de una Codificacin del color de una imagen (RGB => XYZ)imagen (RGB => XYZ)

Tri-estmulo CIE XYZLa luminancia Y de una fuente es obtenida por la integracin de la Distribucin del Espectro de Potencia (DSP) ponderada por la funcin de ajuste del color y.Cuando la luminancia se aumenta con otros dos componentes X, Z, ponderados por sus funciones de ajuste del color x, z pasamos a los valores tri-estmulo XYZ.

Clculo de los valores Clculo de los valores tri-estmulos mediante producto tri-estmulos mediante producto de matricesde matrices

Fig. 7.15 pag 124 libro vdeo

Cromaticidad CIE (x,y)Cromaticidad CIE (x,y)

Significa la representacin de color puro en ausencia de brillo.

x = X / X + Y + Zy = Y / X + Y + Z

Fig 7.6 pag 126 libro vdeo

Primarias RGBPrimarias RGB

Fig 7.12 pag 135 libro vdeo

Transformacin entre RGB y CIE XYZTransformacin entre RGB y CIE XYZ

Fig 7.10 y 7.11 pag 148 libro vdeo

Transformaciones entre sistemas RGBTransformaciones entre sistemas RGB

Figs 7.12 y 7.13 pags 148 y 149 Libro vdeo

Cubos de color RGB y Y, B-Y, R-YCubos de color RGB y Y, B-Y, R-Y

Figura 8.1 pag 156 libro vdeo

Frecuencia de muestreo estandarFrecuencia de muestreo estandar

En los sistemas de 525 y 625 lneas la frecuencia de muestreo estandar para los componentes del vdeo digital es de 13.5 MHz. Esta razn produce un nmero entero de muestras por linea en ambos sistema. En los sistemas de HDTV se muestrea a un mltiplo de la anterior.

Frecuencia de campoFrecuencia de campoLos sistemas de TV se originaron con una frecuencias de campo basadas en la frecuencia de la lnea elctrica: 60 Hz en USA y 50 Hz en Europa.La razn para ello es que el acoplamiento de la ondulacin de la fuente de alimentacin de un receptor de TV sobre los circuitos, tiene efecto sobre el brillo instantneo de la pantalla.

Frecuencia de campo Frecuencia de campo (continuacin)(continuacin)

Las interferencias causan unos artefactos en forma de barras (hum bars), estos se eliminan haciendolos estacionarios utilizando la misma frecuencia que la lnea elctrica.

Frecuencia de lneaFrecuencia de lnea

El nmero de lneas elegidas para cada sistema (525 / 625) es el producto de unos pocos nmeros enteros:

525 = 7 x 52 x 3625 = 54

La utilizacinde estos valores deriva del uso de los circuitos divisores del tubo de vacio, para derivar la frecuencia de campo a partir de la frecuencia de lneas.

Frecuencia de lneaFrecuencia de lnea (continuacin)(continuacin)

Otro factor importante a tener en cuenta es que el barrido entrelazado divide por dos la frecuencia de lneaLos factores anteriores combinados dan las diguientes frecuencias de lnea en monocromo:

525/60 es 60 x 525 / 2 = 15.750 Hz625/50 es 50 x 625 / 2 = 15.625 Hz

Subportadora de sonidoSubportadora de sonido

El sonido afecta distorsionando la imagen, este efecto puede minimizarse si la frecuencia de lnea de la imagen y la subportadora de sonido son coherentes.En la TV monocromo de 525/60, la subportadora de sonido se situ a 4.5 MHz, es decir a 2000/7 veces la frecuencia de lnea.

Subportadora de color en PALSubportadora de color en PAL

Esta frecuencia subportadora esta basada en un mltiplo impar de 1/4 de la frecuencia de lnea, utilizando el factor 1135/4.El clculo de dicha frecuencia es:

625 x (50/2) x (1135/4 + 1/625) = 4.33618750 MHz

Frecuencia de framesFrecuencia de frames

El video 625/50 representa imagenes bidimensionales estacionarias o en movimiento, muestreadas a una frecuencia constante de 25 frames/seg.

EntrelazadoEntrelazado

Un frame esta compuesto por 625 lneas horizontales de igual duracin, escaneadas uniformemente de arriba a abajo y de izquierda a derecha, numeradas consecutivamente comenzando por la 1, con un entrelazado 2:1 para formar un campo impar y un campo par.

EntrelazadoEntrelazado (continuacin) (continuacin)

Las lneas escaneadas en el campo par son desplazadas verticalmente por la mitad de la frecuencia de muestreo vertical y retrasadas temporalmente por la mitad del tiempo de duracin del frame.

Componentes de video 625/50Componentes de video 625/50

Componentes primarios de RGB

Rojo Verde Azul Blanco D65

x 0.640 0.290 0.150 0.3127

y 0.330 0.600 0.060 0.3290

z 0.030 0.110 0.790 0.3582

Componentes de video 625/50Componentes de video 625/50(continuacin)(continuacin)

Funcin de transferencia no linealA partir de los valores RGB anteriores se efecta la denominada correccin Gamma:R' = 4.5 R si R =< 0.018R' = 1.099 R 0.45- 0.099 si R > 0.018

LumaY' = 0.299 R' + 0.587 G' + 0.114 B'