farbe 6 colour is in the eye of the beholder!. 2/79 colorimetrie farbwahrnehmung reiz empfindung...
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Farbe6“Colour is in the eye of the beholder!”
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Colorimetrie
Farbwahrnehmung Reiz Empfindung
Technische Farbsysteme Farbmischprinzipien CIE Farbnormalsysteme Farbsysteme Farbordnungssysteme
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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”
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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)
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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
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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
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Farbmischkoeffizienten
-0,02
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
39
0
41
5
44
0
46
5
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5
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0
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5
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0
61
5
64
0
66
5
69
0
71
5
b rg
[ ]nm
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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°)
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0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
38
0
42
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50
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58
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66
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78
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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
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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
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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
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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
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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