Digital Image Processing - Color Image Processing

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Backgrounds of Color

색의 3속성은 흔히 색상(Hue), 명도(Brightness,value), 채도(Purity,saturation,chroma)로 불린다.

색상

명도

채도

Primary color(원색)은 서로 혼합되어 다른 컬러를 생성하는 기본 색상으로 일반적으로 R,G,B의 3색을 이용한다. 100% 모든 color를 생성하지는 못하지만 practically 충분하다.
Color gamut은 Primary color의 조합으로 만들어낼 수 있는 모든 컬러를 말한다.

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CIE XYZ Color Model

CIE(CommissionInternationaledeI'Eclairage,International Commission on Illumination)에서 제정한 모델로 CIE primary color를 정했다.

총 energy로 XYZ값을 정규화 한다.

아래는 CIE Chromaticity diagram이다.

CIE diagram의 용도 및 특징

- 원색 조합으로 만들 수 있는 컬러의 집합인 colorgamuts 판별

- 보색(complementary color) 판별

- 색의 purity와 wave length 판별 

- 모니터, 필름, 프린팅에서는 diagram의 일부 color만 cover

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RGB Color model

인간 망막의 색 인지 특성을 반영한 color model이다. 원추세포(cone)는 파장630nm의 Red, 530nm의 green, 450nm의 blue에
민감한 3가지 종류의 세포이다. 이러한 인간 망막의 특성을 반영하여 R,G,B를 primarycolor로 하여 RGB 조합으로 다른 색을 생성하도록 하는 모델이다.

RGB color space와 color gamut을 CIE chromaticity diagram에 올리면 아래와 같다.

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YIQ and related color model

YIQ model은 Y신호만을 사용하던 흑백TV와의 호환성을 유지하며 컬러신호를 표현하기 위해 I,Q(U,V)를 추가한 모델이다. 이때 I는 orange-cyan (flesh tone)을 표현하고 Q는 green-magenta를 표현하는 특성이다.

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B 

I = R −Y
Q = B −Y

YIQ의 단점은 Bandwidth가 낮아 컬러 신호(I, Q)를 제대로 인코딩하기 위한 정밀도가 부족하다는 것이다.

이제 관련된 모델들을 살펴보자.

YUV model은 YIQ와 유사하나(I≅V,Q≅U), PAL방식의 colorTV에서 사용(better quality)한다.
YCrCb model은 YIQ와 유사하나, JPEG과 MPEG등 디지털영상에 사용한다.
YPrPb model은 YCrCb의 아날로그 버전으로 TV에서 사용된다.

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CMY and CMYK color model

Subtractive color model로 세개의 primary color가 Cyan(red흡수), magenta(green흡수), yellow (Blue 흡수)이다.
혼합사례를 보면 아래와 같다.
Cyan + magenta : Red와 green을 동시에 흡수하므로 blue만 반사 => Blue

Cyan + yellow : Red와 Blue를 동시에 흡수하므로 green만 반사 => Green

Printer에서 주로 이용한다.
CMYK model은 정확한 gray level 표현을 위해 black (K)를 추가한 것이다. 흔히 프린터에 4개의 색상 토너가 있는 것이 이러한 연유에서이다.

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HSV color model

원색의 조합이 아닌 인간 직관에 보다 유사한 특성을 이용한다.
색의 3요소인 Hue, Saturation, Value을 이용하여 color space를 HSV hexcone으로 나타낸다.

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HSI color model

HSI double cone으로 표현한다. HSV모델과 매우 유사하고 Hue, Saturation, Intensity (Lightness)로 표현한다. S=0일때 gray scale color이고 H의 각도에 따라 색상이 변화한다. Intensity=0.5일때 purecolor라고 한다.
HSV 모델과 함께 computer vision에서 많이 이용된다.

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Comparison

각 color model들의 특징을 종합하여 비교해보자.

아래는 각 공간에서 색이 나타내지는 방식이다.

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