O documento discute os sistemas de cores e iluminação utilizados em videocirurgia. Brevemente descreve a evolução histórica da laparoscopia e das imagens de vídeo, desde os primeiros desenvolvimentos no século 19 até a popularização da videocirurgia a partir de 1986. Também explica os modelos de cores RGB, CMYK e HSB e os padrões e conectores utilizados para a captação e transmissão das imagens cirúrgicas.

1. VIII CURSO DE CIRURGIAS UROLÓGICAS
POR VÍDEO - BÁSICO E AVANÇADO
SISTEMAS DE IMAGEM E COR
A Compreensão do processo
Elton Francisco Nunes Batista
TCBC- ES
2007

2. Cor e Luz . . .
A videocirurgia
poderia até não existir
sem a adequada e profunda
compreensão
destes dois
fenômenos físicos da natureza !

3. Monalisa (1503)
Elizabetta La
Gioconda, esposa de
Francesco del
Giocondo
“Claro-escuro”
Esfumaçado

4. Van Eyck (o casamento dos Arnolfini)

5. Ordenação das cores

6. Ordenação das cores

7. Ordenação das cores

8. Van Eyck (Adoração do cordeiro)

9. Conjunção de cor e luz - significado
A cor-pigmento advém da luz refletida pelos objetos e as
bases da sua construção não são as mesmas que se utilizam
em cor-luz. A pintura e as artes plásticas baseiam-se na cor-
pigmento que se utiliza do sistema CMYK (cores de
impressão)
A cor-luz origina-se diretamente de corpos luminosos: o sol,
as estrelas, lâmpadas, monitores de computador e etc..
A fotografia, o cinema, televisão e a arte eletrônica são
baseadas na cor-luz e se utiliza do sistema derivado do RGB
(cores de captura e reprodução de imagens)

10. Isaac Newton (1660)
Demonstrou a luz branca incidindo sobre
um prisma e ocorrendo a separação das
cores de acordo com o comprimento de
onda, como também ocorre no arco-íris

11. Faixas de comprimento de onda da luz

12. James Clerk Maxwell (1861)
Importante matemático escocês
que, em 1861, descobriu que se
poderia obter fotos coloridas
utilizando filtros vermelho, verde e
azul (RGB)
R G B é o acrônimo em língua
inglesa de Red, Green e Blue
(vermelho, verde e azul)

13. Base de estudo - cores básicas (RGB)

14. CMYK
Acrônimo em língua inglesa de Cyan, Magenta,
Yellow e Black (ciano, magenta, amarelo e preto).
É sistema de cores baseado na síntese subtractiva,
na qual, a mistura em partes iguais dos três
pigmentos primários subtrativos (ciano, magenta e
amarelo) resulta em preto
Assim, o CMYK contém 4 pigmentos: os 3
pigmentos primários e o preto
CMY(K) funciona pela absorção de luz. As cores que
são vistas vêm da parte da luz que não é absorvida

15. Significado do CMYK
Ciano - cor oposta ao vermelho. Atua como um filtro
que absorve a cor vermelha (-R +G +B)
Magenta – cor oposta ao verde (+R –G +B)
Amarelo – é cor oposta ao azul (+R +G -B)
- Assim, magenta com amarelo produz vermelho
- Magenta com ciano produz azul
- Ciano com amarelo produz o verde

16. Cores básicas

17. Modelo H S B
Hue (matiz) – refere-se ao nome que se
dá a uma cor
Saturation (ou croma) – é a intensidade
da cor
Brightness – é o acréscimo ou remoção
do branco de uma determinada cor

18. Modelo L A B
1931 – a Commision Internationale de
L’Eclairage (CIE) definiu o modelo Lab
baseado na maneira como o olho humano
percebe as cores
1976 – o modelo LAB foi refinado para
proporcionar cores mais consistentes
Os programas de computador usam o LAB
para converter o RGB para CMYK

19. Resumindo ...
R G B – Cores básicas utilizadas na captura e
reprodução de imagens
CMYK – Cores básicas utilizadas na impressão, têm
espectro bem menor que o RGB
H S B – Modelo com variabilidade de cor
dependendo da intensidade da cor e da quantidade
de branco adicionada ou removida à cor
L A B – É como o olho humano percebe as cores

20. O espaço de cores R G B

21. Transformação HSB para RGB

22. Transformação HSB para RGB

23. Transformação HSB para RGB

24. Luz e imagem
A cirurgia tradicional
ainda não havia sequer formado
completamente a sua base técnica,
quando os primeiros passos
já estavam sendo dados para a lenta e
progressiva caminhada,
para o futuro da videocirurgia

25. Desde o início até 1986...
William Thompson Kelvin - Físico escocês do Séc. XIX ,
mediu os desvios proporcionais da composição da luz
branca (mistura das cores básicas presentes no arco-iris).
Estabeleceu a Escala Kelvin de Temperatura de Cor
1861 - James Clerk Maxwell > cores na fotografia
1877 – Max Nitze (Berlim) – construção do cistoscópio
1882 – Langembuch – 1ª colecistectomia por laparotomia
1901 – Kelling – 1ª laparoscopia em cão (cistoscópio de
Nitze)

26. Desde o início ...
1910 – Jacobeus (Suécia) – 1ª laparoscopia no Homem
1929 – Kalk (Alemanha) – Lentes de visão oblíqua – atlas de
laparoscopia após realizar 100 laparoscopias
Década de 30 – Goetz e depois Janos Veress (1938) –
agulha para o pneumoperitônio
1952 – Narinder Singh Kanpany (Indiano) – fibras ópticas
Década de 60 – Kurt Semm (Alemanha) – desenvolveu
os nós e o aplicador de clipes, criou o insuflador e vários
instrumentos e realizou 14.000 laparoscopias

27. Até 1986 ...
1969 – Willard Boyle e George E. Smith – CCD (chip)
1976 – Bryce Bayer estabeleceu um padrão de cores do
sistema RGB para a captura de imagens
1978 – Hasson – Desenvolveu o trocarte com cone para
permitir o pneumoperitônio pelo método aberto
Até 1986 – a visão laparoscópica era possível a apenas uma
só pessoa
À partir de 1986 surgiu a imagem de vídeo

28. Até 1986 a visão laparoscópica era possível a uma
só pessoa. Depois, com das imagens de vídeo, a
visão ficou acessível a toda a equipe
Em 1987, a 1ª colecistectomia videolaparoscópica
A partir de então, a história que já conhecemos

29. Willard Boyle e George E. Smith - 1969

30. Registro de imagens nos chipes

31. Registro de imagens e cores
Variações individuais (daltonismo)
É um processo complexo
Computadores registram até 16 milhões de cores
Ainda não está completamente compreendido
Envolve estruturas e/ou mecanismos em evolução
O registro artificial das imagens busca simular a
tradução da visão animal
A visão animal tem sido base de pesquisa para a
visão artificial

32. Em alguns animais ...

33. ... Há olhos que parecem chipes !

34. E enxergam como pixels independentes ...

35. O olho artificial ...

36. E o olho humano ...

37. Cones e bastonetes: representação esquemática

38. Projeção de imagens

39. Padrão Bayer de cor das imagens

40. Câmera de 3 CCDs - Padrão RGB

41. Compensação de tonalidade das cores
O olho humano compensa as diferenças nas
temperaturas de cor e a câmera de vídeo não é
capaz de compensar e corrigir desvios na
temperatura de cor
A câmera digital “vê” cores distorcidas e necessita
definir o padrão ideal através de um ponto de
referência (o branco), daí o termo “white balance”
Ajustes sem a cor branca engana o circuito do “white
balance” e resulta uma falsa tonalidade

42. “White balance”
As cores são obtidas através de micro-janelas
coloridas sobre o CCD (câmeras de um chip) ou
prismas que desviam luz para os CCDs (câmeras de
três chips), sempre nas três cores básicas do
sistema RGB. Para haver o equilíbrio, basta analisar
a intensidade dos componentes de cor vermelha (R),
verde (G) e azul (B), ou seja, o circuito eletrônico da
câmera compensa as variações de tonalidade
ajustando cada uma dessas três cores, que resulta
no processo de balanceamento do branco

43. Sistema de lentes: óptica

44. Fontes de luz fria
Equipamento gerador de cor-luz,
utilizado na produção de luz “fria e
branca”, característica da
iluminação que se procura para
procedimentos endoscópicos
Na verdade, a luz produzida por
essas fontes não é nem fria e nem
branca

45. Fontes de luz e temperatura de cor

46. Temperatura de cor

47. Fibras ópticas – Narinder 1952

48. Cabos de luz (fibra óptica)

49. Cabos de luz

50. Na prática, a qualidade da imagem depende ...
• Do tipo e qualidade da câmera, do receptor
de imagem e da fonte de luz
• Do padrão de cores, da emissão e recepção
dos sinais de imagem:
RGB
Vídeo componente
S-vídeo (Y/C)
Vídeo composto

51. Padrão de cores e transferência de imagens
• Padrão RGB – formato capturado nas cores básicas,
geralmente por câmeras de 3 chips que produzem,
transmitem e exibem imagens sem perdas. A qualidade é
superior porque exibe as imagens realmente nas cores
básicas. Tem custo elevado
• Vídeo componente – mais compacto e econômico do
RGB com 3 sinais: Y - luminância (brilho) com informação do
preto e branco; e sinais de diferença de cor (B-Y) indicam a
quantidade de azul e (R-Y), do vermelho. O verde resulta da
combinação de (Y), (B-Y) e R-Y) e não necessita sinal
separado

52. Padrão de cores e transferência de imagens
• S-vídeo (Y/C) – depois do videocomponente é a melhor
configuração. As imagens são transmitidas em 2 sinais
separados: um para luminância (Y) e o outro para a
crominância (C) que combina (B-Y) e R-Y). Sinal pior que o
video componente e um pouco melhor que o composto
• Vídeo composto – tem a menor qualidade porque sofre a
maior compactação e não há separação de cores. A
compressão e descompressão dos sinais resultam em perda
de qualidade. Corresponde ao conector RCA amarelo da
maioria dos equipamentos de TV

53. Sistema de cores e dos receptores de imagens
• NTSC (National Television Standards Committee) éo
sinal de cores americano associado ao sinal de transmissão
M de RMA(Radio Manufacturers Association)
• PAL (Phase Alternate Lines), sinal de cores desenvolvido
na Alemanha e adotado no Brasil com adaptação ao
sistema americano até então aqui existente
• SECAM (SÉquentiel Couleur Avec Mémoire), sinal de
cores utilizado na França, não pode ser utilizado no Brasil
por causa da largura de banda de 6 MHz

54. Sistema de cores e dos receptores de imagens
• PAL-M é o sistema brasileiro onde foi adaptado o sistema
de cor europeu PAL ao de transmissão americano “M” com
resolução de 525 linhas. Daí a denominação PAL-M
• PAL-N é utilizado na Argentina, uruguai e paraguai que
têm freqüência de rede elétrica de 50 Hz
• Outros sistemas adaptados também existem na
Europa onde alguns paises apresentam derivação do
sistema PAL de acordo com a freqüência de rede e largura
de banda. São identificados com letras após a sigla PAL

55. Conectores
• São adaptadores para conexão de equipamentos
para transmissão de sinais de áudio e vídeo
• B N C (para R G B e Video composto)
• Y/C
• R C A (para R G B e Video composto)
• DVI

56. Conectores

57. BNC
• Idealizado pelos americanos
Paul Neil e Carl Concelman,
utiliza fios coaxiais. É do tipo
girar / travar e a sigla tem
várias traduções:
British Naval Connector
Bayonet Neil Concelman
Bayonet Nut Connector

58. Y / C ou Supervídeo
• Originado da simbologia
de luminância (Y) e
crominância (C), serve
para transmissão de
imagens em dois sinais
separados, sem grande
perda da qualidade

59. RC A
• Sigla de Recording
Corporation of America, é
utilizado para sinal de
som e imagem do tipo
vídeo composto.
Convencionada a cor
amarela para diferenciar
dos plugs para sinal de
som

60. E ainda há muito ainda
para se aprender e ensinar,
com a videocirurgia !

61. Pela atenção, muito obrigado !
E-mail: eltonmed@yahoo.com.br