Imagens+em+níveis+de+cinza

As imagens em nível de cinza têm enorme importância no Processamento de Imagens porque, apesar de conterem muito menos informação do que as imagens coloridas, conseguem preservar informações suficientes na imagem para obter resultados satisfatórios em uma grande quantidade de aplicações.

A grande maioria das aplicações que envolvem processamento de imagens tem como primeiro passo converter a imagem original colorida em uma imagem em níveis de cinza. Uma imagem em níveis de cinza preserva os principais contornos dos objetos presentes na imagem, preserva a maior parte da informação do contraste entre regiões da imagem e ainda permite que humanos possam identificar visualmente os objetos presentes na imagem e isso com um terço da informação presente em uma imagem colorida. Portanto, processar uma imagem em nível de cinza é pelo menos três vezes mais rápido do que processar uma imagem colorida. Então, se for possível obter o mesmo resultado com a imagem em níveis de cinza é extremamente vantajoso utilizá-la retirando da imagem colorida a informação da cor.

Mas se retirarmos a cor de uma imagem, o que sobra? O que sobra é a informação da **luminância** da imagem.

A luminância é a quantidade de luz emitida/refletida por um objeto, conforme percebida pelos nossos olhos. No caso de imagens é a quantidade de luz que conseguimos perceber da imagem. Note que nossos olhos não percebem todas as frequências com a mesma sensibilidade. Somos mais sensíveis às frequências intermediárias no espectro luminoso e menos sensíveis às frequências nas extremidades.

A figura 1 mostra a sensibilidade do olho humano para as diversas frequências de luz.



Então, se formos tirar a informação da cor de uma imagem e manter a informação da luminância, precisamos levar em consideração que nossos olhos percebem muito melhor o componente verde dos que os componentes vermelho e azul das cores. A proporção de sensibilidade entre os 3 componentes RGB é a que segue abaixo:

Para um total de 100% temos:

Verde: 59% Vermelho: 30% Azul: 11%

Como temos mais sensibilidade para o verde do que o azul, conseguimos perceber mais tons de verde do que tons de azul. Além disso, precisamos de menos de luz para enxergar o verde do que para enxergar o azul. É por essa razão que o verde puro no sistema RGB nos parece muito mais claro do que o vermelho ou o azul puro.

Conversão para níveis de cinza
Nos sistemas RGB e CMY, os níveis de cinza possíveis estão localizados ao longo da diagonal em que os valores dos três componentes de cor são iguais. No caso do sistema RGB, os componentes vermelho, azul e verde precisam ter valores iguais para representar um nível de cinza. No sistema CMY, os níveis de cinza são gerados igualando o valor dos componentes ciam, magenta e amarelo.

A conversão de uma imagem colorida em níveis de cinza envolve descobrir para cada cor, qual é o nível de cinza que tem a mesma luminância, ou seja, que emite a mesma quantidade de luz que a cor que está sendo convertida. Como temos sensibilidades diferentes para frequências de luz diferentes, a luminância que percebemos depende da frequência e isso precisa ser levado em conta durante a conversão fazendo uma média ponderada entre os três componentes de cor para obter o nível de cinza correspondente:

Nc = (R*30 + G*59 + B*11) / 100

ou

Nc = R*0.30 + G*0.59 + B*0.11

Onde Nc é o nível de cinza com a mesma luminância que a cor RGB. Uma vez obtido o valor de Nc, ele precisa ser atribuído aos três componentes RGB para compor o nível de cinza.

Ao aplicar essa proporção a cada pixel da imagem, obtemos uma imagem em níveis de cinza que mantém a mesma luminância que a imagem colorida original.