Bài giảng Công nghệ đồ họa và hiện thực ảo - Bài 11: Mầu sắc trong đồ họa - Trịnh Thành Trung

©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
Trịnh Thành Trung 
trungtt@soict.hust.edu.vn 
Bài 11 
MẦU SẮC TRONG ĐỒ HỌA 
1 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
- 
NỘI DUNG 
1. Mô hình màu 
2. Mô hình màu thêm 
3. Mô hình màu bù 
4. Mô hình màu HSV 
5. Các mô hình màu khác 
2 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
- 
MÔ HÌNH MẦU 
1 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
4 
• Mô hình mầu (color model) là hệ thống có quy tắc cho việc tạo khoảng 
mầu từ tập các mầu cơ bản. 
• Khoảng mầu mà chúng ta tạo ra với tập các mầu cơ bản goi là gam 
mầu hệ thống đó system’s color gamut. 
• Mỗi mô hình mầu có khoảng mầu hay gam mầu riêng gamut (range) 
của những mầu mà nó có thể hiển thị hay in. 
• Mỗi mô hình mầu được giới hạn khoảng của phổ mầu nhìn được. Gam 
mầu hay khoảng còn được gọi là không gian mầu "color space". Ảnh 
hay đồ hoạ vector có thể nói: sử dụng không gian mầu RGM hay CMY 
hay bất cứ không gian mầu nào khác 
• Một số ứng dụng đồ hoạ cho phép người dùng sử dụng nhiều mô hình 
mầu đồng thời để soạn thảo hay thể hiện đối tượng hình học. Ðiểm 
quan trọng là hiểu và để chọ đúng mô hình cần thiết cho công việc. 
Mô hình mầu 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
5 
• Có 2 loại mô hình mầu là: 
– Mầu thêm - additive: Mô hình mầu thêm sử 
dụng ánh sáng - light để hiển thị mầu. Mầu 
sắc của mô hình này là kết quả của ánh sáng 
tryền dẫn - transmitted 
– Mầu bù - subtractive: mô hình mầ bù sử dụng 
mực in - printing inks. Mầu sắc cảm nhận 
được là từ ánh sáng phản xạ - reflected light. 
Mô hình mầu 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
6 
• Màu thêm 
– CRT 
– LCD 
• Màu bù 
– Tranh vẽ 
– Nhuộm màu 
Phép trộn màu 





+ =





 =
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
- 
MÔ HÌNH MẦU THÊM 
2 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
Mô hình mầu thêm 
• Khi 2 nguồn sáng kết hợp thì kết 
quả thu được là sự thêm vào của 
của phấn bố phổ năng lượng 
• Thomas Young (1801) 3 mầu cơ 
bản red, green, blue từng đôi sẽ cho 
ra 3 mầu thứ cấp yellow, cyan, 
magenta; 
• Mầu trắng thu được khi kết hợp cả 
3 mầu 
• Sự thay đổi cường độ của các mầu 
thành phần sẽ tạo được giá trị mầu 
bất kỳ trong phổ mầu --spectral 
hues 
• Màn hình mầu sử dụng nguyên lý 3 
mầu thêm 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
9 
• C = rR + gG + bB 
– C = color or resulting light, 
– (r,g,b) = color coordinates in 
range 0 1, cường độ cả ánh sáng 
chiếu hay bộ 3 giá trị kích thích 
tristimulus values RGB 
– (R,G,B) = red, green, blue primary 
colors. 
• Nếu 2 mầu tạo ra cùng 1 giá trị kích 
thích thì chúng ta không thể phân 
biệt được 2 mầu 
Mô hình màu thêm 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
- 
MÔ HÌNH MẦU BÙ 
3 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
11 
• Mô hình mầu CMY- xanh tím, Đỏ tươi, 
vàng 
• Mô hình mầu bù - Subtractive color 
models hiển thị ánh sáng và mầu sắc 
phản xạ từ mực in. Bổ xung thêm mực 
đồng nghĩa với ánh sáng phản xạ càng ít. 
• Khi bề mặt không phủ mực thì ánh sáng 
phản xạ là ánh sáng trắng - white. 
• Khi 3 mầu có cùng giá trị cho ra mầu 
xám. Khi các giá trị đạt max cho mầu đen 
• Color = cC + mM + yY 
Mô hình màu bù 
B
G
R
Y
M
C
1
1
1
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
12 
• Mô hình mở rộng của CMY ứng dụng trong máy 
in mầu. Giá trị đen bổ xung vào thay thế cho 
hàm lượng mầu bằng nhau của 3 mầu cơ bản. 
• Công thức chuyển đổi: 
– K = min(C, M, Y) ; 
– C = C - K ; 
– M = M - K; 
– Y = Y - K ; 
– C-Cyan, M-Magenta, Y-Yellow; K-blacK 
Mô hình mầu CMY- K 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
- 
MÔ HÌNH MẦU HSV 
4 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
14 
• Hue - sắc mầu dùng để phân biệt sự khác nhau 
giữa các mầu như xanh, đỏ, vàng... 
• Saturation - độ bão hoà: chỉ ra mức độ thuần của 
một màu hay khoảng cách của mầu tới điểm có 
cường độ cân bằng (mầu xám) 
• Lightness - độ sáng: hiện thân về mô tả cường độ 
sáng từ ánh sáng phản xạ nhận được từ đối tượng. 
• Brightness (độ phát sáng). cường độ ánh sáng mà 
tự đối tượng phát ra chứ không phải do phản xạ từ 
các nguồn sáng khác. 
Mô hình mầu HSV 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
15 
• Mô hình mầu RGB, CMY, YIQ được 
định hướng cho phần cứng 
• HSV=HSB định hướng người sử dụng 
dựa trên cơ sở về trực giác về tông 
màu, sắc độ và sắc thái mỹ thuật 
• HSV, 1978 by Alvey Ray Smith 
– Hue: sắc độ 0-360 
– Value-Brightness:(độ sáng) 0-1 
– Saturation: Độ bão hoà 0-1 
• odd and anti-intuitive when the 
strength of the colour of white is 
considered 
Mô hình mầu HSV 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
16 
• Không gian mầu trực quan 
– H = Hue 
– S = Saturation 
– V = Value (or 
brightness) 
Mô hình mầu HSV 
Value 
Saturation 
Hue 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
17 
• Khi S=0 H ko tham gia //đen trắng 
– R = V; 
– G = V; 
– B = V; 
• Else //CHROMATIC case 
– H = H/60; 
– I = Floor(H);// lấy giá trị nguyên 
– F = H — I; 
– M = V*(1 — S); 
– N = V*(l — S*F); 
– K = V*(1—S*(1—F)) 
• if I = 0 then (R,G,B) = (V,K,M); 
• if I = 1 then (R, G, B) = (N, V, M); 
• if I = 2 then (R, G, B) = (M, V, K); 
• if I = 3 then (R, G, B) = (M, N, V); 
• if I = 4 then (R, G, B) = (K, M, V); 
• if I= 5 then (R, G, B) = (V, M, N); 
Chuyển đổi HSV-RGB 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
Mô hình mầu HSV 
• Mô hình thường được sử 
dụng trong kỹ thuật đồ hoạ. 
• Ưu điểm 
– intuitive(trực giác): 
choose hue, vary 
lightness, vary 
saturation 
• Nhược điểm 
– Chuyển đổi với RGB có 
sai số (cube stood on 
end) thay đổi trên trên 
các loại màn hình khác 
nhau. 
– không có cảm nhận đều 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
- 
MỘT SỐ MÔ HÌNH MẦU 
TIÊU CHUẨN 
5 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
21 
• Mô hình mầu YIQ là mô hình mầu được ứng dụng 
trong truyền hình mầu băng tần rộng tại Mỹ, và do 
đó nó có mối quan hệ chặt chẽ với màn hình đồ hoạ 
màu raster. 
• YIQ là sự thay đổi của RGB cho khả năng truyền 
phát và tính tương thích với ti vi đen trắng thế hệ 
trước. Tín hiệu truyền sử dụng trong hệ thống NTSC 
(National Television System Committee). 
• Sự biến đổi RGB thành YIQ được xác định theo 
công thức sau: 
Mô hình mầu YIQ 
B
G
R
Q
I
Y
0.311 0.5230.212
0.3210.2750.596
0.114 0.587 0.299
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
22 
• Kết quả thực nghiệm cho thấy rất nhiều những ánh sáng mẫu 
không thể tạo thành từ 3 thành phần mầu cơ sở với nguyên 
nhân do vỏ của võng mạc - retinal cortex. 
• Với mầu Cyan: cường độ của ánh sáng 2 mầu green và blue 
kích thích cảm nhận mầu đỏ trong mắt ngăn không cho thu 
được mầu chính xác 
• Cách duy nhất để thu được mầu này là loại bớt phần mầu đỏ 
bằng cách thêm ánh sáng đỏ vào mẫu ban đầu. 
• Bằng cách thêm từ từ ánh sáng đỏ vào thu được (test + red) sẽ 
cho ra mầu đúng bằng (blue + green) 
• C + rR = gG + bB C = gG + bB - rR 
• Vấn đề đặt ra là việc phức tạp trong phân tích mầu và chuyển 
đổi mầu với đại lượng âm của ánh sáng đỏ độc lập thiết bị. 
Nhược điểm RGB 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
23 
• Commission thành lập 1913 tạo một 
điễn đàn quốc tế về tảo đổi ý tưởng 
và thông tin cũng như tập chuẩn - 
set standards cho những vấn đề liên 
quan đến ánh sáng. 
• Mô hình mầu CIE color phát triển 
trên cơ sở hoàn toàn độc lập thiết bị 
• Dựa trên sự cảm nhận của của mắt 
người về mầu sắc. 
• Yếu tố cơ bản của mô hình CIE định 
nghĩa trên chuẩn về nguồn sáng và 
chuẩn về người quan sát. 
Mô hình màu CIE 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
24 
• Nguồn chuẩn - Standard Sources 
– Source A tungsten-filament lamp with a color temperature of 
2854K 
– Source B model of noon sunlight with a temperature of 4800K 
– Source C model of average daylight with a temperature of 
6500K 
– Nguồn B và C có thể thu từ nguồn A thông qua lọc từ phân bố 
phổ của nguồn A. 
• Người quan sát chuẩn - Standard Observer 
CIE 1931 có 2 đặc tả cho chuẩn người quan sát và bổ xung năm 1964 
– Standard observer là sự kết hợp cả nhóm nhỏ các cá thể (about 
15-20) và là đại diện cho hệ quan sát mầu sắc của người 
thường-normal human color vision. 
– Các đặc tả sử dụng kỹ thuật tương tự để để thu được những 
mầu có 3 giá trị kích thích tương đương với 3 kích thích tố RGB - 
RGB tristimulus value 
Mô hình màu CIE 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
25 
• CIEXYZ: mô hình CIE gốc sử dụng sơ đồ mầu được chấp nhận 
năm 1931. 
• CIELUV: là mô hình thiết lập năm 1960 và bổ xung 1976. mô 
hình thay đổi và mở rộng sơ đổ mầu gốc để hiệu chỉnh tính 
không đồng đều non-uniformity. 
• CIELAB: Một cách tiếp cận khác và phát triển của Richard 
Hunter in 1942 địng nghĩa mầu theo 2 trục phân cực cho 2 mầu 
(a and b) và đại lượng thứ 3 là ánh sáng (L). 
Mô hình màu CIE 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
26 
• CIE - Cambridge, England, 1931. với ý 
tưởng 3 đại lượng ánh sáng lights mầu X, 
Y, Z cùng phổ tương ứng: 
• Mỗi sóng ánh sáng  có thể cảm nhận 
được bởi sự kết hợp của 3 đại lượng X,Y,Z 
• Mô hình - là khối hình không gian 3D 
X,Y,Z gồm gamut của tất cả các mầu có 
thể cảm nhận được. 
• Color = X’X + Y’Y + Z’Z 
• XYZ tristimulus values thay thế cho 3 đại 
lượng truyền thống RGB 
• Mầu được hiểu trên 2 thuật ngữ 
(Munsell's terms). mầu sắc và sắc độ 
Mô hình màu CIE - XYZ 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
27 
• CIE sử dụng 3 giá trị XYZ tristimulus để hình thành nên 
tập các giá trị về độ kết tủa mầu - chromaticity mô tả 
bằng xyz 
• Ưu điểm của 3 loại mầu nguyên lý cơ bản là có thể sinh ra 
các mầu trên cơ sở tổng các đại lượng dương của mầu 
mới thành phần. 
• Việc chuyển đổi từ không gian mầu 3D tọa độ (X,Y,Z) vào 
không gian 2D xác định bởi tọa độ (x,y),theo công thức 
dưới phân số của của tổng 3 thành phần cơ bản. 
• x = X/(X+Y+Z) , y = Y/(X+Y+Z) , z = Z/(X+Y+Z) 
– x + y + z = 1 
• toạ độ z không được sử dụng 
CIE XYZ 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
28 
• Chuẩn CIE xác định 3 mầu giả 
thuyết hypothetical colors, X, Y, and 
Z làm cơ sở cho phép trộn mầu theo 
mô hình 3 thành phần kích thích - 
tristimulus model. 
• Không gian mầu hình móng ngựa -
horseshoe-shaped là kết hợp của 
không gian tọa độ 2D mầu-
chromaticity x, y và độ sáng. 
• x = 700 nm; y = 543.1 nm; z = 
435.8 nm 
• Thành phần độ sáng hay độ chói 
được chỉ định chính bằng giá trị đại 
lượng Y trong tam kích tố 
tristimulus của mầu sắc. 
CIE XYY 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
29 
• Thang đo của Y xuất phát từ điểm 
trắng trên đường thẳng vuông góc 
với mặt phẳng x,y với giá trị từ 0 to 
100. 
• Khỏang mầu lớn nhất khi Y=0 tại 
điểm trắng và bằng CIE Illuminant 
C. Đây là đáy của hình. 
• Khi Y tăng mầu trở nên sáng hơn và 
khoảng mầu hay gam mầu giảm 
diện tích trên tọa độ x,y cũng giảm 
theo 
• Tại điểm trên không gian với Y= 
100 mầu có sác xám bạc và 
khoảng mầu ở đây là bé nhất. 
Mô hình CIE xyY 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
30 
Mô hình CIE xyY 
 Không sử dụng sơ đồ mầu xyY 
như là ánh xạ cho việc chỉ ra 
quan hệ giữa các mầu. 
 Sơ đồ là là không gian phẳng 
giới hạn bởi đường cong mà 
phép ánh xạ quan hệ mầu của 
không gian quan sát được bị 
vặn méo. 
 Ví dụ: mầu không thuộc khoảng 
xanh lục sẽ thuộc phần đỏ hay 
tím. 
• X = x(Y/y) , Y = Y , Z = (1 - x - 
y)(Y/y) 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
31 
Cung cấp 
• Chuẩn chuyển đổi giá trị mầu mà độ bão hoà thành 
thông tin của các mô hình mầu khác. 
• 1 cách định nghĩa và xác định trực quan và đơn 
giản về mầu bù thông qua giải thuật hình học có 
thể tính toán. 
• Định nghĩa tự nhiên về sắc thái tint và đơn giản hoá 
việc định lượng giá trị của thuộc tính này 
• Cơ sở cho định nghĩa gam mầu (space) cho màn 
hình hay thiết bị hiển thị. Gam của màn hình RGB 
có thể mô tả bằng sơ đồ mầu CIE. 
• Sự thay đổi mầu sắc của đối tượng có thể ánh xạ 
thành quỹ đạo trên sơ đồ CIE. 
• Ví dụ maximum của blackbody spectrum cả đối 
tượng nung nóng cố thể biểu diễn trên sơ đồ mầu. 
Ưu điểm 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
32 
• Để hiệu chỉnh điều đó, sơ đồ tỉ lệ mầu đồng 
dạng-uniform chromaticity scale (UCS) được 
đưa ra. 
• Sơ đồ UCS sử dụng công thức toán để chuyển 
đổi giá trị XYZ hay tọa độ x,y thành 1 cặp các 
giá trị mới (u,v) biểu diễn 1 cách trực quan và 
chính xác mô hình 2 chiều 
• 1960, CIE chấp nhận loại UCS vày với tên 1960 
CIE u,v Chromaticity Diagram: 
CIE-LUV 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
33 
• Trong sơ đồ mỗi đoạn thẳng mô tả 
sự khác biệt về mầu sắc tương đồng 
với tỉ lệ bằng nhau. 
• Khoảng cách giữa 2 đầu của mỗi 
đoạn thẳng được cảm nhận là như 
nhau theo CIE 1931 2° standard 
observer. 
• Chiều dài đoạn thẳng là biến thiên 
và có thể rất lớn phụ thuộc vào vị trí 
cả chúng trên biểu đồ 
• Sự khác biệt giữa chiều dài của 
đoạn thẳng cũng chính là sự biến 
dạng méo giữa các phần của đồ thị. 
CIE-LUV 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
34 
• So sánh UCS với sơ đồ 1931 diagram 
trước đó,khác biệt là sự kéo dài vùng 
mầu lam-đỏ blue-red của sơ đồ và sưh 
thay đổi vị trí của điểm chói trắng đẫn 
đến giảm trông thấy sự khác biệt của 
vùng mầu lục. 
• Ty nhiên điều đó vẫn không thoả mãn 
cho đến năm1975, 
• 1976 CIE đưa ra sự sửa đổi của sơ đồ 
u,v thay bằng 2 giá trị mới (u',v') bằng 
cách nhân v với 1.5. 
• Sơ đồ mới có dạng chuyển đổi. 
– u' = u 
– v' = 1.5v. 
CIE UV 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
35 
• Ty không phải là toàn diện nhưng sơ đồ u',v' đưa ra sự 
đồng dạng tốt hơn hẳn so với u,v. 
• đoạn thẳng trong sơ đồ u',v' cũng có hình dạng giông như 
trong x,y nhưng quan sát cho thấy chúng gần như đồng 
dạng với nhau. 
• Một điểm khác biệt tạo để tạo nên mô hình CIELUV là sự 
thay thang đo giá trị độ sáng Y bằng thang đo L*. 
• Thang đo của Y là tỉ lệ đồng dạng của độ sáng với các 
bước thay đổi là bằng nhau. 
• Tuy nhiên tỉ lệ này chưa thoả đáng khi biểu diễn sự khác 
biệt tương đương về độ sáng. 
CIE u’v’ 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
36 
• Độ sáng Y được cho là không khác biệt với giá trị là cường độ là 
khoảng là 70 hay 75. Về con số sự khác biệt là 5 tuy chúng ta không 
phân biệt được sự khác biệt giữa giá trị thấp hay cao cũng như điểm 
nằm giữa. 
• Sử dụng công thức toán, giá trị Y chuyển thành giá trị khác xấp xỉ và 
đồng dạng để chỉ ra sự khác biệt 1 cách dễ dàng. 
• Thang đo mới L*, gần giống với thang đo hệ thống Munsell. Sự khác 
biệt rõ ràng nhất là L* sử dụng thang đo 0-100, trong khi Munsell's sử 
dụng thang đo 0-10. 
• Thang đo độ sáng L* được sử dụng trong CIELAB cũng như CIELUV. 
Giá trị của CIELUV tương tự CIEXYZ và CIE xyY là tính độc lập thiết bị 
và vì vậy ore not restrained by gamut. 
• Việc phát triển theo CIEXYZ và xyY sẽ cho phép biểu diễn không gian 
mầu đồng dạng tốt hơn. 
CIE LUV 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
37 
• CIELAB là hệ thống thứ 2 được CIE chấp nhận năm 
1976 như là mô hình mầu để biểu diễn tốt hơn giá 
trị mầu đồng dạng. 
• CIELAB là hệ thống mầu đối nghịch dựa trên hệ 
thống của Richard Hunter [1942] gọi là L, a, b. 
• Sự đối mầu được phát hiện ra vào khoảng giữa 
năm 60s hat: tại 1 vị trí giữa thần kinh thị giác và 
não hay võng mạc sự kích thích mầu được chuyển 
thành sự khác biệt gữa tối và sáng (light and dark) 
giữa đỏ và lục( red and green), giữa lam và vàng( 
blue and yellow). 
• CIELAB biểu diễn các giá trị này trên 3 trục: L*, a*, 
and b*. CIE L*a*b* Space.) 
• Trục đứng trung tâm biểu diễn độ sáng L* với các 
giá trị chạy từ (black) tới 100 (white). 
CIE-LAB 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
38 
• Trục mầu dựa theo nguyên lý: mầu không thể cả đỏ lẫn lục hay lam và 
vàng vì chúng là mầu đối lẫn nhau. Trên mỗi trục giá trị chạy từ dương 
đến âm. 
– Trên trục a-a', giá trị dương chỉ ra tổng của mầu đỏ trong khi đó 
âm chỉ ra tổng mầu xanh. 
– Trên trục b-b', mầu vàng dương và lam âm. 
– Trên cả 2 trục zero cho mầu xám 
• Như vậy giá trị chỉ cần 2 trục mầ còn độ sáng hay mức độ xám sử 
dụng trục (L*), khác biệt hẳn với RGB, CMY or XYZ độ sáng phụ thuộc 
vào tổng tương quan của các kênh mầu. 
• CIELAB và desktop color. 
– Độc lập thiết bị (unlike RGB and CMYK), 
– Là mô hình mầu cơ sở cho Adobe PostScript (level 2 and level 3) 
– được dùng là mô hình quản lý mầu độc lập thiết bị cho ICC 
(International Color Consortium 
CIE-LAB