farbe 6 colour is in the eye of the beholder!. 2/79 colorimetrie farbwahrnehmung reiz empfindung...

Farbe6“Colour is in the eye of the beholder!”

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Colorimetrie

Farbwahrnehmung Reiz Empfindung

Technische Farbsysteme Farbmischprinzipien CIE Farbnormalsysteme Farbsysteme Farbordnungssysteme

3/79

Farbwahrnehmung

Reiz

Elektromagnetische Strahlung

10 12 10 10 10 8 10 410 6 10210 2 100

UV IR RadioRöntgen Mikrowelle

sichtbares Licht

700400 500 600

[ ]nm

[ ]m

4/79

Farbwahrnehmung

Reizaufnahme photosensitiver Teil des

Auges

Foveaphotopisches

Sehen

Netzhaut

skotopisches Sehen

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Auge

~120 Mio Stäbchen

~120 Mio Stäbe

~7 Mio Zapfen

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Begriffe

Radianz: Energie, welche eine Lichtquelle ausstrahlt (Watt, W)

Luminanz: Anteil der Energie, welche beim Beobachter wahrgenommen wird (Lumen, lm)

Helligkeit: subjektive Wahrnehmung von “Hell” und “Dunkel”

7/79

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

38

0

43

0

48

0

53

0

58

0

63

0

68

0

73

0

78

0

Spektrale Helligheitsempfindung

V ( )

Photopisches Sehen

V ( )

Skotopisches Sehen

[ ]nm

Re

lativ

e s

pe

ctra

le E

mp

find

lich

keit

555 nm505 nm

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Farbwahrnehmung

Retinale Prozesse

- Rezeptoren (Zapfen) Sehnerv

Helligkeit & Gegenfarben (R-G,B-Y) Empfindung

Helligkeit (Luminance)

Farbton (Hue)

Sättigung (Saturation)

SUBJEKTIV

, ,

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Zapfenmosaik der Fovea

10% -Rezeptoren (blau)

48% -Rezeptoren (grün)

42% -Rezeptoren (rot)

10/79

Wellenlängeabhängige Empfindlichkeit

Stäbchen Zäpfchen

11/79

Wellenlängenabhängige Absorption

12/79

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

38

0

42

0

46

0

50

0

54

0

58

0

62

0

66

0

70

0

74

0

78

0

Relative spektrale Empfindlichkeit

[ ]nm

R

ela

tive

sp

ect

rale

Em

pfin

dlic

hke

it

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Einfaches Modell für Gegenfarben

R

G

B

Chrominanz(R - G)

Luminanz

Chrominanz(B - Y)

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Farbmessexperiment

Beobachter

Rote Lichtquelle

Grüne Lichtquelle

Blaue Lichtquelle

Monochromator

Maskeweißer Schirm

schwarze Trennwand

15/79

Farbmischkoeffizienten

-0,02

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

39

0

41

5

44

0

46

5

49

0

51

5

54

0

56

5

59

0

61

5

64

0

66

5

69

0

71

5

b rg

[ ]nm

16/79

RGB Farbvalenzbestimmung

drPR )(

dgPG )(

dbPB )(

)(P = Spektrale Zusammensetzung des Reizes

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Farbmessung

Standardisierung 1931 durch CIE

Commision International de l’Eclairage

Normalbeobachter für Farbmischversuche Helladaptiert 20 / 100 Sehfeld 3 monochromatische Lichtquellen

700,0 nm CIE Rot

546,1 nm CIE Grün

435,8 nm CIE Blau

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Farbmessexperiment

Beobachter

Rote Lichtquelle (700.0 nm)

Grüne Lichtquelle (546.1 nm)

Blaue Lichtquelle (435.8 nm)

Monochromator

Maskeweißer Schirm

schwarze Trennwand

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Farbmischkoeffizienten

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FarbwahrnehmungGrassmansche Gesetze (1853)

1. Jeder Farbeindruck kann eindeutig als additive Mischung dreier “Grundfarben” dargestellt werden

2. Farbempfindung ändert sich linear zu den Farbmischanteilen

3. Nur die Farbvalenz ist für die Wirkung in Farbmischungnen entscheidend, nicht die spektrale Zúsammensetzung

es gilt das Superpositionsgesetz

In Mischungen kann jede Farbe durch gleichaussehende (Metamerie) ersetzt werden

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Metamere Spektren

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Lineare Tranformation der reellen Primärvalenzen RGB zu virtuellen Primärvalenzen XYZ ausnahmslos positive Koeffizienten für reale

Farben Primärvalenz Y entspricht der

Helligkeitsempfindung Ergebnis sind die

CIE-Farbmischkoeffizienten

Farbmessung

x y z, ,

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CIE-Normalfarbsystem XYZ

Virtuelle Primärvalenzen Farbmischung mit stets positiven Anteilen Y-Valenz identisch zu der Hellempfindung für

Tagessehen „Normbeobachter“ (2° & 10°)

24/79

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

38

0

42

0

46

0

50

0

54

0

58

0

62

0

66

0

70

0

74

0

78

0

82

0

CIE-Normspektralkurven

xy

z

[ ]nm

zyx

zyx

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CIE-Normalfarbsystem XYZ

X k P x d ( )

Y k P y d ( )

Z k P z d ( )

kP y dw

100

( )

Y 100 ideale nichtfluoreszierende weiße Fläche

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CIE-Normfarbwertanteile xyz

xX

X Y Z

y

Y

X Y Z

z

Z

X Y Z

Xx

yY Y Y Z

x y

yY

1

x y z 1 Yxy

Chromazitätskoordinaten

Helligkeit

27/79

CIE-Chromazitätskoordinaten Yxy

x

y

Y

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CIE-Chromazitätskoordinaten xy

Farbmischung

Farbton(dominante Wellenlänge)

Weißpunkt

Farbsättigung(Farbreinheit)

SAB

ACA

C

B

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CIE-Chromazitätskoordinaten xy

Farbkomplement

Komplementfarbe

Farbe

AD

AE

AB

AC

A

E

D

WeißpunktCB

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CIE-Chromazitätskoordinaten xy

MonitorphosphorePrimärvalenzen

Weißpunkt(einstellbar, aber fest)

Farbgamut

Drucker

Farbfilm

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Verschiedene Farbräume

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Monitor & Drucker

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Lichtquellen

Objektfarben entstehen durch

1) Beleuchtung

2) Interaktion mit dem Körper Brechung Reflektion (diffus oder spektral) Transmission Emission

3) Wahrnehmung durch das Auge

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Schwarzer Strahler

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CIE-Normallichtquellen Sonnenlicht Leuchtstoffröhre CIE-Normallichtquellen

A: Schwarzer Strahler T= 2.856 K

: “Tageslicht”, ~ Mittag, bedeckter Himmel,Farbtemperatur 6.500 K

C: Approximation von D. Besteht aus einer A Quelle und vorgesetztes C-Filter. Farbtemperatur 6.774 K

65D

65,, DAC

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CIE-Normallichtquellen 65,, DA C

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Schwarzer Strahler & thermische Emission

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Thermische Emission

6500 K

2854 K

1500 K

K

A

D65

Chromazitäts-koordinaten eines Lambertschen Strahlers bei verschiedenen absoluten Temperaturen

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Farbtemperatur

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Daylight Approximationen

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CIE-Chromazitätskoordinaten xy

Kalibrierung von RGB Werten durch Angabe der Primärvalenzen & Weißpunkt möglich

ABER keine Übereinstimmung mit der menschlichen

Farbwahrnehmung Ähnlichkeit von Farben Farbabstände MacAdams Ellipsen

weitere Transformationen nötig

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Farbwahrnehmung

MacAdam

Ellipsen “gerade wahrnehmbarer Farbunterschiede”

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CIE-UCS Farbsystem (1960)

u

v

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

,315

4

ZYX

Xu

ZYX

Yv

315

6

45/79

CIE-UCS Farbsystem (1960)

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Farbwahrnehmung

)(13 **nuuLu

sonstY

Y

Y

Yfür

Y

Y

L

n

nn

3.903

008856.0160.1163

1

*

)(13 **nvvLv

2*2*2**** vuLvuL

CIE L* u*v* 1976

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CIE-LUV Farbsystem (1976)

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Phase 1: Tooth Detection

Interactive Selection of a Tooth with a Polygon

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Phase 1: Tooth Detection

Approximation of the Polygon with a closed B-Spline

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Phase 1: Tooth Detection

Enhancement of Contours by:

Karhunen-Loewe-Transformation

Edge Detection

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Phase 1: Tooth Detection

Fitting of the

B-Spline to the Tooth-Contour by Energy Minimization

(B-Snake-Method)

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Phase 2: Plaque Detection

Detection and Removing of specular effects on the tooth

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Phase 2: Plaque Detection

Interactive Selection of a Plaque-area

Detection of Plaque: HSV-Transformation Discriminance analysis

Marking of the detected Plaque

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Examples

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Results I

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Results II

58/79

User Interface

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Farbordnungssysteme

Grundlegende Farbsysteme, welche die Farben nach einem logischen Plan ordnen

Technische Sichtweise

Ordnung der Farben gemäß der

Farbrepräsentation technischer Geräte

Psychologische Sichtweise

Ordnung der Farben gemäß der

menschlichen Wahrnehmung

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RGB physikalisch additives Farbmodell ausschließlich positive Koordinaten im

Wertebereich [0,1] Einheitswürfel im 3-D kartesischen

Koordinatensystem

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RGB

eignet sich ideal für die Darstellung von Farbenauf selbstleuchtenden Kathodenstrahlröhren von Monitoren

die Wahl der Lage der Primärfarben R, G und B ist geräteabhängig

das RGB Farbsystem istdaher nicht standardisiert

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RGB

die Mischung der Primärfarben mit gleicher Intensität ergibt den Weißpunkt

als Quasi-Standard wird in der Regel ein Weiß definiert, das einem auf 6.500° Kelvin erhitzten Schwarzen Körper entspricht

Z

Y

X

B

G

R

105.1332.0137.0

034.0028.2118.1

426.0147.1741.2

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216 „Sichere Farben“

R,G,B Werte = 0, 51, 102, 153, 204, 255

6³ = 216 Farben

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RGB / CMY

R

G

B YW

M

C

M

Y

C RK

B

G

Additives FarbmodellRGB

Substraktives FarbmodellCMY

CMYK

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Psychologische Farbsysteme

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Psychologische Farbsysteme

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Psychologische Farbsysteme

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Munsell

Albert Henry Munsell (*1858, †1918) Amerikanischer Künstler

Konstruktion eines Farbordnungssystems, dass auf der empfindungsgemäßen Gleichabständigkeit der Farben beruht

Rationales Konzept zur Beschreibung des Phänomens Farbe, das ohne irreführende Benennungen mittels Farbnamen auskommt

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Munsell

Startpunkt für seinen Entwurf ist die Kugel Anordnung von ausgewählten Farben entlang des

Äquators in gleichen Abständen, so dass sich gegenüberliegende Farben jeweils zu Unbunt mischen

Prinzip der Kompensativität Anordnung von unbunten Grautönen entlang der Achse,

beginned mit Schwarz am Südpol bis zu Weiß am Nordpol

Anordnung von Abstufungen der Farben horizontal zur Achse, beginnend von Grau an der Achse bis zu voll saturierten Farben an der Hülle

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Munsell

Munsell’s Nomenklatur der 3 definierenden Parameter des kugelförmigen Modells Hue (Farbton) Value (Helligkeit) Chroma (Sättigung)

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Munsell

Hue Intuitive Wahl von

5 Hauptfarbtönen 5 Zwischenfarbtönen

Zehnteiliger Farbkreis um das neutrale Grau

Unterteilung jedesFarbsegmentes in 10 Farbstufen

Eindeutige Kennzeichnung durch Farbsegment und -stufe (z.B. 8YR, 2G, oder 10PB)

5R5YR

5Y5G

Y

5G

5BG5B

5PB

5P

5RP

N

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Munsell

Value / Chroma Einteilung der Value-Skala (Helligkeit) zwischen

Schwarz und Weiß in 10 Stufen Stufen entsprechen der gleichmäßigen

Änderungder gemessenen reflektierten Intensität Chroma-Skala besitzt ein offenes Ende

Notation: H V/C Zinnoberrot ist 5R 5/26

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Munsell

0 /

1 /

2 /

3 /

4 /

5 /

6 /

7 /

8 /

9 /

Val

ue

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

Chroma

74/79

Munsell

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Munsell

Entgegen der ursprünglich von Munsell angestrebten Form einer Kugel ist der Farbkörper ein hochgradig unsymmetrischer Torso

Aus der Vorgehensweise Munsells ohne Zuhilfenahme technischer Hilfsmittel ergibt sich keine explizit verwendbare Abbildungs-vorschrift eines existierenden Farbsystems in den Munsell Farbraum

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Falschfarbe

Menschen diskriminieren ca 6 Mio Farben aber ca 200 Intensitäten

Abbildung von Intensitäten auf Farben

=> bessere Diskrimination von subtilen Änderungen

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Falschfarbe

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Falschfarbe: Regenhöhe

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Anwendungen

RGB Visible R = Infrared

Infrarot

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Anwendungen

81/79

Anwendungen

Histogramm

Ausgleich

Sättigung Ausgleich