Guido Stolfi 1 / 59 Gravação Magnética de Vídeo TV Digital Guido Stolfi EPUSP 10/2006.
1 Colorimetria e TV a Cores PTC2547 Princípios de Televisão Digital Guido Stolfi – EPUSP - 2013.
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Colorimetria e TV a Cores
PTC2547
Princípios de Televisão Digital
Guido Stolfi – EPUSP - 2013
2
Experimento de Newton
branco
3
Cores Opostas
(nm) cor (nm) cor
590-560 amarelo 470-430 Azul/violeta
605-590 laranja 430-380 azul/verde
780-605 vermelho 500-470 ciano
- - - magenta 560-500 verde
4
Modelo de Oponentes para Percepção Visual
LogLogLog
ConesVermelhos
ConesConesVerdesAzuis
BrilhoOponente OponenteAzul-Amarelo Vermelho-Verde
RGB
5
Sensibilidade Espectral da Visão
r
g
b R P F dR ( ) ( )
G P F dG ( ) ( )
B P F dB ( ) ( )
6
Processos de Colorimetria
F
FW
FG
FB
FR
(a) (b)
Objetivo: Reproduzir os estímulos visuais R, G e B artificialmente
7
Colorimetria de uma Cor Real
FR + FG + FB X
FG
FB
FR
X`()
=
Estímulos R, G, B iguais nos dois casos
Colorímetro Tri-Estímulos
8
9
Funções de Cromaticidade para Observador Padrão
400 500 600 700 800
Comprimento de Onda (nm)
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
B
G
R
Valor tri-estím
ulos
Primários em 700nm (R), 546.1 nm (G) e 435.8 nm (B)
10
Cálculo das Coordenadas Colorimétricas
R P r d
G P g d
B P b d
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
380
780
380
780
380
780
rR
R G B
gG
R G B
bB
R G Br g
1
11
Coordenadas r-g
(0,0) (1,0)
(0,1)
Branco (0.33, 0.33)
Vermelho
Verde
Azul
12
Cores Espectrais nas Coordenadas r-g
13
Colorimetria com primários X,Y,Z
X R G B
Y R G B
Z R G B
0 490 0 310 0 200
0177 0 813 0 011
0 000 0 010 0 990
. . .
. . .
. . .
R X Y Z
G X Y Z
B X Y Z
2 365 0 897 0 468
0 515 1426 0 089
0 005 0 014 1009
. . .
. . .
. . .
14
Funções de Cromaticidade x,y,z
400 500 600 700
Comprimento de Onda (nm)
0.0
0.5
1.0
1.5
ZZZZ
YX
X
15
Coordenadas de Cromaticidade
ZYX
Yy
ZYX
Xx
16
Diagrama de Cromaticidade CIE
17
Linearidade na Superposição de Cores
A
P
y
z
x
w
A = (yG + xB)/(x+y)
P = (wA + zR)/(w+z)
18
Sensibilidade da Visão para Diferenças de Cromaticidade
19
Exemplo: Colorimetria de uma Lâmpada de Descarga a Gás
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
398 426 457 487 518 548 579 610 640 671
50.30.05.0002.08.2078.06.439.12.2068.01.1)()(
82.5175.05.087.08.271.06.4012.02.20004.01.1)()(
72.3448.05.0916.08.2063.06.4284.02.2014.01.1)()(
780
380
780
380
780
380
dzPZ
dyPY
dxPX
400 500 600 700Comprimento de Onda (nm)
0.0
0.5
1.0
1.5
ZZZZ
Y X
X
20
Exemplo: Colorimetria de uma Lâmpada de Descarga a Gás
446.004.13
82.5
285.004.13
72.3
ZYX
Yy
ZYX
Xx
Comprimento de onda dominante: ~538 nm
21
Exemplo: Colorimetria de um Corpo Negro Aquecido
22
Exemplo: Colorimetria de LED’s RGB
LED Nichia NSCM315C
23
LED Comprimento de Onda
Intensidade Luminosa a 20 mA
Vermelho 640 nm 80 mcd
Verde 570 nm 130 mcd
Azul 470 nm 25 mcd
F() Pot X Y Z
R 640 0.175 457 204 80 0
G 570 0.952 137 104 130 0.3
B 470 0.091 274 53 25 353
Aplicando a função de luminância:
Características dos LED’s:
Exemplo: Balanceamento de LED’s
24
r (204 X + 80 Y + 0 Z) ++ g (104 X + 130 Y + 0.3 Z) ++ b (53 X + 25 Y +353 Z) =
= 1000 X + 1000 Y + 1000 ZResolvendo, temos:
r = 0,745 0,112 2,23 mAg = 6,68 1,00 20 mAb = 2,83 0,423 8,47 mA
Intensidade luminosa de R + G + B = branco: 0,112 x 80 + 1 x 130 + 0,423 x 25 = 150 mcd
Exemplo: Balanceamento de LED’s
25
Primários de um Cinescópio (NTSC)
26
Coordenadas de Cromaticidade dos Primários (NTSC e P22)
27
Funções de Cromaticidade Correspondentes aos Primários (NTSC e EBU)
EBU
NTSC
28
Requisitos de Fidelidade Colorimétrica
• Fidelidade Física (espectral)
• Fidelidade de Valores Tri-estímulos (R, G, B)
• Fidelidade Colorimétrica (x, y)
• Reprodução Correspondente (mesma luminância)
• Fidelidade Subjetiva (ao gosto do usuário)
29
Diagrama de um Sistema de TV a Cores
MatrizControle de Ganho
Filtros
Separador
Lente
Sensores
Yr
Yg
Yb
Corretor Gama
Codificador
R
G
B
R
G
B
G'
R'
B'
Canal de Transmissão
G'
R'
B'
DecodificadorMatrizControles deImagem
Cinescópio
Rd
Gd
Bd
30
Banda Passante Necessária para Sistema RGB
t
L
t
R
t
G
t
B
f
f
f
4.2 MHz
31
Banda Passante para Luminância e Oponentes Cromáticas
f
f
f
4.2 MHz
~1.5 MHz
t
L
t
Y
t
CB
t
CR
32
Testes Subjetivos de requisitos de Banda Passante
Nu
mero
de O
bse
wrv
açõ
es
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0.1 0.15
0.2 0.25
0.3 0.4 0.5 0.75
1 1.5 2 2.5 3 4
Freqüência de Corte, MHz
Imagem Satisfatória
Completa-menteAceitável
Inaceitável
33
Componentes de Luminância e Crominância (NTSC)
Y' = 0.299 R' + 0.587 G' + 0.114 B‘ (4.2 MHz)
I' = 0.74 (R' - Y') - 0.27 (B' - Y') = = 0.60 R' - 0.28 G' - 0.32 B‘ (1.5
MHz)
Q' = 0.48 (R' - Y') + 0.41 (B' - Y') = = 0.21 R' - 0.52 G' + 0.31 B' (0.5
MHz)
34
Modulador NTSC
Q'
I'
0.5 MHz
1.5 MHz 4.2 MHz
R'
G'
B'
Y'
R' - Y'
B' - Y'
Matriz
Matriz
Oscilador Sub-portadora
90o
Croma
VideoComposto
Sincronismo Composto
3.579545 MHz
35
Exemplo: Padrão de Barras Coloridas (RGB)
G
R
B
(100 IRE)
36
Padrão de Barras YUV
G
R
B
Y=0.299R+0.578G+0.114B
100 89
70 59
41 38
11 0
0 9.6
-61 --52
52 61
-9.6
0 V=0.877(R-Y)
0
-44
44
0 15
-15 -20
20 U=0.493(B-Y)
(100 IRE)
37
Formas de Onda na Modulação NTSC
38
Padrão de Barras Modulado em NTSC
39
Intercalamento Espectral
40
Intercalamento Espectral no Tempo
41
Freqüência da Sub-portadora de Cor
Intercalamento Espectral:
fsc = (2n+1)/2 fhfsc – 4.5 MHz = (2p+1)/2 fhfh = 15734 Hz fv = 59.94 Hzfsc = 455/2 fh = 5 7 13 / 2 fh = 3.579545 MHz
42
Diagrama Fasorial da Sub-portadora de Crominância
AMARELO
VERMELHO
MAGENTA
VERDECIANO
AZUL
A
A
A
A
A
A
FASE
0.30 A 270
43
Referência de Fase: “Burst”
44
Espectro de um Canal NTSC
6 MHz
4,5 MHz
3,58 MHz1,25 MHz
Som (FM)Luminância (AM-VSB)
Croma (Q-DSB)
45
Espectro Real de um Canal de TV
46
Modulador PAL-M
U'
V'
1.5 MHz
1.5 MHz 4.2 MHz
R'
G'
B'
Y'
R' - Y'
B' - Y'
Matriz
Oscilador Sub-portadora
90o
Croma
VideoComposto
Sincronismo Composto
3.575611 MHz
0.493
0.877
fh/2
47
Formas de Onda na Modulação PAL-M
48
Outros Sistemas de Codificação
PAL-B/G/H/I (Europa)
50 Hz / 625 linhasfsc = 4,433618 MHz BW (Y) = 5 MHz (padrões B/G/H) ou 5,5 MHz (padrão I)BW(canal) = 7 MHz (B) ou 8 MHz (G/H/I)
f f fSC H V 1135
4
1
2
49
Outros Sistemas de Codificação
PAL-N (Argentina, Paraguai, Uruguai)
50 Hz / 625 linhasfsc = 3,582056 MHz BW (Y) = 4,2 MHzBW(canal) = 6 MHz
(Resolução diferente na Vertical e Horizontal)
50
Outros Sistemas de Codificação
SECAM (França, URSS)
51
Formas de Onda no Sistema SECAM
52
Outros Sistemas de Codificação
S-VHS (Super-Video)
Sinais separados para Luminância (Y’ + Sync)e crominância ( I’, Q’ e “burst” modulados em 3,58 MHz)
Componentes (YUV)
Sinais Y’, (R’-Y’) e (B’- Y’) separadosAplicação profissional
53
Colorimetria para HDTV
Primário x (CIE) y (CIE)
R 0.640 0.330
G 0.300 0.600
B 0.150 0.060
Branco 0.3127 0.3290
SMPTE 274M
1018.0099.0099.1
018.005.4' 45.0 VV
VVV
Y’ = 0.2126 R’ + 0.7152 G’ + 0.0722 B’
''2126.01
5.0'
''0722.01
5.0'
YRP
YBP
R
B
54
Equipamentos para Testes de Vídeo
Monitor de Forma de Onda
2H
55
Equipamentos para Testes de Vídeo
Vetorscópio
56
Vetorscópio
57
Sinais de Teste: “Black Burst”
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
Sinal com presença de ruído aditivo
58
Pulso e Barra
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
-50
0
50
100
-100
0
100
200
Atenuação do sinal de croma: Atraso do sinal de croma:
59
Multiburst (0.5, 1, 2, 3, 3.58, 4.2 MHz)
-40
-20
0
20
40
60
80
-50
0
50
100
Efeito da limitação da resposta em freqüência:
60
Combinado NTC7 (Multiburst + Escada)
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
-50
0
50
100
Efeito de intermodulação luma-croma (Filtro de rejeição de croma ativado):
61
Escada de Luminância
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
-40
-20
0
20
40
60
80
Efeito de não-linearidade (Filtro de rejeição de croma ativado):
62
GCR (Ghost Cancelling Reference)
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
-50
0
50
100
Efeito de multipercurso na recepção do GCR:
63
Rampa Modulada
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
-50
0
50
Efeito de não-linearidade (filtro de croma ativado):