Grundlagen der Farbbildverarbeitung: Unterschied zwischen den Versionen
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Version vom 14. März 2009, 10:49 Uhr
Link zum Vip toolkit
Einführung (GF_a 8 - 47)
Geschichtliches zur Farbe
Newton
- 1672: New Theory about Light and Colours
- Sonnenlicht = Mischung einzelner Farben
- Spektralfarben sind objektive Eigenschaft des Lichtes
[...]
Goethe
[...]
Begriff der Farbe
- Farbe im engeren Sinn, stellt eine spezielle menschliche Sinneswahrnehmung dar
- Leistungsdichte stellt dagegen den Farbreiz dar, der die Farbempfindung hervorruft
- Vektoren sind je nach Dimension mehr oder minder genaue Approximationen des Farbreizes
- Orientierung am menschlichen visuellen System und die Betrachtung psychologischer und physiologischer Grundlagen sind von Interesse:
- zur richtigen Bewertung der Schwierigkeiten und Herausforderungen bei der Schaffung technischer Lösungen
- zur Anpassung technischer Lösungen der Bildwiedergabe an das visuelle System
- zur Nutzung optimaler Naturprinzipien für technische Lösungen
- weil technische Systeme im allgemeinen auf dem inneren Modell des Menschen von der Welt beruhen und dieses Modell in hohem Maße durch den visuellen Kanal des Menschen beeinflusst ist
- weil optoelektronische Sensoren, Bildverarbeitung und Bildanalyse wichtige Schnittstellen zwischen Mensch und Maschine darstellen
- weil viele Objekteigenschaften durch visuelle Eindrücke beschrieben werden
- menschliches Auge kann ca. 100 Graustufen / ca. 300 000 Farben unterscheiden
- Drei grundsätzliche Anwendungen von Farbinformation:
- Pseudokolorierung
- Falschfarbendarstellung
- Echtfarbdarstellung (True Color) hier Schwerpunkt
Farbtäuschung
- Zuordnung zwischen Physik und Wahrnehmung nur eindeutig wenn bunte Dinge isoliert betrachtet werden
- Werden bunte Objekte in bunte Umgebungen eingebettet/bewegt, dann können abweichende Farbwahrnehmungen auftreten, so genannte Farbtäuschungen
- es existieren unterschiedliche Arten solcher Täuschungen:
- Farbinduktion oder simultaner Farbkontrast (Farbe wird durch ihre Umgebung modifiziert)
- Farbkonflikt (es konkurrieren verschiedene Sehinformationen miteinander)
- Subjektive Farben (es werden bunte Farbtöne wahrgenommen, die nicht vorliegen)
Simultaner Farbkontrast:
- erstmals 1839 beschrieben
- wo der Effekt entsteht (Auge, Cortex) ist unklar
Farbinduktion:
- bei kleinteiligen, sich wiederholenden Strukturen erfolgt Angleichung
- kann zur Rauschunterdrückung oder zur Unterdrückung von Feintexturen zugunsten der Erkennung größerer Objekte wichtig sein
Farbkonflikt:
- Formen und Strukturen konkurrieren mit Farben (White'sche Illusion)
Subjektive Farben:
- durch Bewegung ist es möglich Farben zu erzeugen die ursprünglich nicht vorhanden waren (Drehwurm in Farbe)
Farbwahrnehmung beim Menschen
[...]
Rezeptive Wahrnehmung
- 1807 stellte Young die Hypothese auf das Farbsehen auf drei Arten von Sinneszellen beruht (rout,grün,blau)
- erst 1964 konnten dies bewiesen werden, durch die Messung der Absorptionsspektren
Postrezeptive Wahrnehmung
- Mit dem 3 Farbenmodell konnten einige psychologische Erscheinungen nicht erklärt werden
- Es werden 4 Farben als besonderst "rein" empfunden (Rto, Geln,Grün, Blau)
- Unbunte Farben werden werden als das fehlen von Farben wahrgenommen
- Schwarz schein gleichberechtigt zu Weiß
- keine wahrgenommene Farbe erscheint zugleich rötlich und grün
- das führte zur Gegenfarbentheorie die anfangs nur Psychologisch begründet war 1958 aber physiologisch Nachgewiesen werden konnte
- Rot - Grün
- Gelb - Blau
- Schwarz - Weiß
- → CIELab-Farbraum
Kortikale Kodierung
- Weder die 3 Farbentheorie noch die Gegenfarbentheorie beschreiben die bewusste Wahrnehmung des Menschen
- Deshalb erweitertes Modell
- Farbton / Buntton beschreibt die als besonderst rein empfundenen Spektralfarben
- Sättigung beschreibt wie stark eine Farbe verblasst ist
- Helligkeit beschreibt, wie hell oder dunkel eine Farbe ist
- Wo/Wie genau die neuronale Verarbeitung erfolgt, ist noch nicht sicher belegt
Die Ordnung in der Welt der Farben
- Newton kannte die Wellenlänge noch nicht → er ordnete die Farben nach dem Regenbogen
- Goethe verwendete das Gegenfarbenmodell
- Munsell schlug 1905 ein Farbordnungssystem vor bei dem alle Abstände zwischen den Farben Empfindungsmäßig gleich sind
- führt zu einem geometrisch nicht regelmäßigen Körper
Das Modell der Farbe
- Definition
- Farbe ist diejenige Gesichtsempfindung eines dem Auge strukturlos erscheinenden Teils eines Gesichtsfeldes durch die sich diser Teil bei einäugiger Betrachtung mit unbewegtem Auge von einem gleichzeitig gesehenen ebenfalls strukturlos angrenzendem Bezirk allein unterscheidet (unbunte Farben: Schwarz, Weiß und Graustufen, bunte Farben: Helligkeit; Buntheit setzt sich aus Buntton und Farbsättigung zusammen)
- Farbe ist durch Helligkeit, Buntton, Sättigung eindeutig bestimmt → 3D Modell
- drei linear unabhängige Größen
- Additive Mischung zur Reproduktion von Farbe (aus Rot, Grün, Blau)
- drei linearunabhängige Größen spannen immer einen Raum auf → Rot,Grün und Blau werden die Achsen dieses Raumes
Farbvalenz
- Mit unserem Modell läßt sich jede Farbe als linearkombination unserer drei Basisvektoren aufschreiben
- ... Farbvalenz
- ... die drei Basisvektoren die den Raum aufspannen (Rot, Grün und Blau)
- ... die Farbwerte
- ... die drei Primärvalenzen
- Ermittelt werden die Farbwerte mit Hilfe der Vergleichsmethode
- Eine Person vergleicht ein Target mit einer Farbe die aus den drei Primärvalenzen gemischt wird
- wenn die Empfindung der beiden Farben gleich ist, dann notieren wir die Werte
- Innere Farbmischung
- das Target wird mit weißen Licht beleuchtet und wir drehen nur an dem Farbmischgerät
- Äußere Farbmischung
- Wir beleuchten das Target mit farbigen Lichte
Farbreizmetrik
- Die Farbreizfunktion beschreibt die spektrale Zusammensetzung der Farbempfindungen
- Selbstleuchtende Objekte
- beschreibt die spektrale Verteilung der Quelle
- Wahrnehmung:
- Auflicht Vorlagen
- beschreibt den spektralen Remisionsgrad der Vorlage
- Wahrnehmung: Licht reflektiert von der Vorlage
- Durchlichtvorlagen
- spektraler Transmissionsgrad der Vorlage
- Wahrnehmung von Licht welches die Vorlage durchdrungen hat
- Selbstleuchtende Objekte
- Damit haben folgende Faktoren Auswirkung auf die Wahrgenommene Farbe
- Die Beleuchtung des Objektes (Spektrale Zusammensetzung des Lichtes der Lampe)
- Das Remmisionsverhalten der beleuchteten Oberfläche
- Die wellenlängenabhängige Empfindlichkeit der drei Zapfen des Auges
- Es besteht die Möglichkeit die pdt Kurven direkt zur Beschreibung des Farbempfindens zu nutzen
- Die Farbwerte könnte man dann wie folgt ermitteln:
- Für die technische Darstellung von Farbe werden allerdings R,G,B werte benötigt
- Die dafür notwendigen Spektralwertkurven können mit Hilfe der Vergleichsmethode ermittelt werden
- Man erhält damit folgende Kurven
- Mit der gleichen Formel wie bei der pdt Kurve lassen sich nun die R,G,B Werte rechnerisch ermitteln
Farbanalyse, Zusammenhang mit der Farbwidergabe
- Das Kammera - Monitor System soll die Farbe exakt wiedergeben
- Der Monitor verwendet EBU Phosphore für die Farbdarstellung
- haben selbst Spektralwert kurven => keine Monochromatischen Lichter mehr
- Die notwendigen spektralwertkurven die die Kamera realisieren muss um die Bilder auf dem Monitor exakt darzustellen lassen sich mit Hilfe der pdt Kurven herleiten (Über forderung der Gleicheit der Farben)
- Sie besitzen stark negative Anteile => Auch die Filter der Kamera müssten negative Transsmissionsgrade besitzen
- technisch ist das nicht möglich
- es bleibt also nur die Möglichkeit die notwendigen Parameter zur Ansteuerung des Monitors aus positive one-peak Kurven zu berechnen
Subtraktive Farbmischung
- Die Subtraktive Farbmischung lässt sich auf die Multiplikation der Transmissionsgrade zurückführen (ein Filter lässt 50% rotes licht durch, wenn man zwei dieser Filter hintereinander legt, dann geht nur noch 25% rotes Licht durch die Anordnung (0.5*0.5 = 0.25) )
- wenn die Transmission eines Filters für die normierte Dicke 1 und die normiert Dichte 1 ist dann kann man
- mit dem Lambertschen Absorbtionsgesetzt die Absortption von dickern/düneren Material berechnen
- w ... Dicke des Materials im Verhältnis zum norm Material
- mit dem Beerschen Gesetz die Transmission von Meterial mit anderer Dichte berechnen
- c... Das Verhältnis der neuen zur alten Dichte
- kann man auch kombinieren zu (Lambert-Beersches Gesetz)
- mit dem Lambertschen Absorbtionsgesetzt die Absortption von dickern/düneren Material berechnen
- Da sich die Transmission Multiplikativ zusammensetzt wird auch gerne mit dem logarithmus der Transmission gerechnet (optische Dichte)
- Damit vereinfacht sich das Lambert-Beersche gesetz zu:
- selbstverständlich sind die Transmission und die optische Dichte D von der Wellenlänge abhänig ... zur Übersichtlichkeit wurde das in den Formeln nur weggelassen
- Bei einem Papierbild kommt zu dem Filter noch die Reflexion an der Farboberfläche und an der Papieroberfläche
- Beachte das Licht was an der erste Schicht wegreflektiert wird kann icht tiefer eindringen. Nur noch dringt an Licht durch den ersten Filter!
- ... Remmisionsgrad der ersten Farbe
- ... Spektrale Verteilung der Lichtquelle
- Beachte das Licht was an der erste Schicht wegreflektiert wird kann icht tiefer eindringen. Nur noch dringt an Licht durch den ersten Filter!
Farbmetrische Schnittstellen - Farbräume (GF a 49 - 55)
Unterschiedliche bildgebende Systeme z.B. Farbkameras Farbscanner Spezialkameras
Widerspruch Farbmetrische Schnittstelle
Unterschiedliche Bildwiedergabesysteme "True-Color-Darstellung" - unterschiedliche Monitore, Beamer, Drucker etc.
Leuchtdichte (Luminanz)
- Luminanz Y ist die Strahlungsleistung, bewertet mit der spektralen Empfindlichkeitsfunktion des Auges für das Hellempfinden
- Y ist Leistungsproportional, wenn Lichtzusammensetzung (Leistungsdichte konstant bleibt
\\ Bild
- Leuchtdichte berechnet sich nach dem Abneyschen Gesetz:
-
- Leuchtdichtebeiwert: gibt an wie groß der Beitrag jedes Farbwertes der Farbvalenz zum Helleindruck ist, abhängig vom gewählten Farbwiedergabesystem
- Leuchtdichte L Intensität I
- die perzeptuelle Antwort unseres Auges auf die Leuchtdichte wird Helligkeit (Lightness) genannt
\\ Bild mit Kommentar: Eine Quelle die nur 18% der Luminanz einer Referenz hat, erscheint uns immer noch halb so hell wie die Referenz
Gammakorrektur und Luma
- Gammakorrektur:
- Aufgrund der Ansteuerung von CRT Monitoren und der verwendeten Phosphore ergibt sich ungefähr eine quadratische Abhängigkeit der Luminanz vom Videosignal
- Die Luminaz der drein einzelnen Farbkanäle muss den gleichen Verlauf aufweisen. Sie dürfen sich nur in ihren Maximalwerten unterscheiden!
- Sonst ist es nicht möglich die Helligkeit zu ändern und dabei die Farbe konstant zu halten
- Die Gammakorrektur sorgt dafür das die Farbwiedergabe auf dem Monitor linear verläuft und nicht quadratisch
- Notwendig damit wir die gleich Wahrnehmung erzielen können als währe das Kamera-Monitor System nicht vorhanden
- Luma:
- Luma ist die gewichtete Summe der drei Gammakorregierten Farbwerte R',G',B'
- Damit ist Luma nicht gleich Luminanz
- Brightness
- Brightness ist ein Begriff der beschreibt wie stark eine Fläche Licht emmitiert oder sie hell sie erscheint
- Besitzt kein festes Maß und wird daher sehr frei verwendet -> HSL
Farbsysteme, Farbräume, reduzierte Farbräume
- Die Intensität einer Farbe ist
- Wählt man die Intensität konstant mit so ergibt sich eine Ebene die den RGB-Farb Würfel Diagonal schneidet und durch die R,G,B Eckpunkte geht
- Jede Farbkoordinate kann auf diese Ebene projeziert werden -> Ermöglicht die Nutzung dieser Ebene als einfache Farbtafel
- Diese Ebene kann dann noch auf die 0RG- Fläche des RGB Würfels projeziert werden ohne das die Ordnung der Farben gestört werden würde -> Der Farbton einer Farbe lässt sich allein durch r und g beschreiben
- in die rg-Ebene können nun alle in RGB - darstellbaren Farben und alles existierenden Farben eingetragen werden
- Danach erkennt man das sich technisch mit dem RGB-System nur ein kleiner Teil der exisiterenden Farben realisieren lässt
Das Normvalenz- oder XYZ-System (GF a 76 - 86)
- Alle Farbwerte sollen durch positive Farbwerte darstellbar sein
- Für Farbmessung von Interesse
- Das XYZ- Dreieck muss den spektralen Kurvenzug voll umschließen
- Eine weitere Forderung ist das die Leuchtdichte als unabhängige Komponete auftreten soll
- Die Fläche des Dreiecks soll so klein wie möglich sein
- Die dadurch berechnbaren Normalvalenzen sind physikalisch nicht erzeugbar -> Die Spektralwertkurven für das System müssen berechnet werden
- Die Berechneten Spektralwertkurven sind stets nichtnegativ -> immer positive Transmissionsgrade und Sensorempfindlichkeiten
- Mit dem XYZ-System kann man nun Farbdreiecke vergleichen und Bewerten
- Abstände, Fehler und Systemeigenschaften sollten aber in einem empfindungsmäßig gleichabständigen Farbraum bewertet werden (u'v'w' und CIELab)
- Optimalfarbkörper
- Beschreibt die Grenze aller darstellbaren Körperfarben
- Zur Erstellung schneidet man rechteckförmige Stückchen aus dem Spektrum von Idealweißem Licht aus
Das UVW-System
- Informationsgehalt der Farbe für den Menschen hängt davon ab welche Farbunterschiede er wahrnehmen kann
- Vor allem ist das interessant wenn Bildverarbeitungsprobleme auf der menschlichen Wahrnehmung formuliert sind
- xy-Farbtafel hat starke Unterschiede zwischen örtlichen Abstenden und empfindungsmäßigen Abständen -> ungeeignet
- erste Lösung
- lineare Transformation
- W' -> Helligkeit
- U' -> Rot-Grün Bundheit
- V' -> Gelb-Blau Bundheit
- Ergebnis
- Wesentlich besseres Darstellung der Empfindung (Faktor 10 gegenüber dem XYZ-System)
- verbesserte Lösung
- verwenden einer nicht linearen Abbildung (Auge wird mit berücksichtigt)
L*a*b* oder CIELAB-Raum
- Gegenfarbmodell
- empfindungsmäßig gleichabständiger Raum
- Grundsätzlich zur Angabe von Farbabweichungen verwendet
- Geeignet zur Bewertung von Druckern, Monitoren und Abweichungen von Nachfärbungen
- als Farbdifferenzmaß wird der euklidische Abstand benutzt (<1 nicht mehr Wahrnehmbar)
L*u*v* oder CIELUV
- für additive Mischung vorgesehen
- wie der CIELAB- Raum ein empfindungsmäßiger gleichabständiger Raum
YCbCr - Crominanzwertsystem
- Entwickelt damit Farbfernsehen und S/W-Fernsehen Parallel betrieben werden konnten
- Crominanzwerte
- sind von Leuchtdichte befreite Werte
- verschwinden für alle unbunten Farben
- Cr= R-Y, Cg = G-Y, Cb = B-Y
- Das System aus CrCbCg und Y ist überbestimmt => Es reicht die Übetragung von Cr , Cb und Y
- Da das Auge auf Helligkeitsunterschiede empfindlicher reagiert als auf Farbunterschiede können die Crominanzwerte mit geringerer Auflösung übertragen werden
ΘSY - System
- Der Bunttonwinkel Θ berechnet sich aus dem Verhältnis der Crominanzwerte Cb und Cr
- Die Sättigung S ist der Betrag des Vektors CrCb
HSI - Farbraum
- Intensität:
- Sättigung:
- Hue:
- Raum ist nicht gleichmäßig gefüllt
- bei kleinen Intensitäten I in Buntton und Sättigung Instabil
- Es kann bei Farbmanipulationen dazu führen das es keine Entsprechungen im RGB gibt
- Lösungen:
- Dachförmige Begrenzung des HSI Raums -> sehr Aufwendig
- Normieren der Intensitäten -> Bild kann ins dunkle verschoben werden
- Maximalwert setzen -> Falsche Farbwerte (werden ins unbunte verschoben)
- proportionales skalieren bis Farbe im RGB-Würfel liegt
- Lösungen:
- Farbunterschiede sind nicht empfindungsmäßig gleichabständig
HSL - Farbraum
- Gern für Computergrafik verwendet
- einfache Beziehungen
- Die Verwendeten Biegriffe H,S,L entsprechen nicht der Bedeutung in der Farblehre und Form des Raumes
- Farbunterschiede sind nicht empfindungsmäßig gleichabständig
- Buntton ist extrem instabil bei kleinen Sättigungen
- Form des Raumes ist unpraktisch
Farbmessung (GF 1 - 11)
- Farbmessung = Ermittlung der drei zu einer Farbvalenz gehörigen Farbmaßzahlen
- 3 Messmethoden:
- Vergleichsmethode oder Gleichheitsverfahren
- Spektralverfahren
- Dreibereichsverfahren
Gleichheitsverfahren
- Vergleiche:
- Vorlage mit additivem Gemisch
- Vorlage mit Farbmusterkarten (DIN-Karten)
- unverzichtbar bei physiologischen Untersuchungen
- aufwendig und bei kleinen Probandengruppen ungenau
- d.h. für technische Messungen ohne Bedeutung
Messbedingungen nach DIN:
- helladaptiertes und blendfreies Sehen
- unbunter Messraum
- neutrale Gesichtsfeldumgebung mit gleicher oder etwas kleinerer Leuchtdichte als im Messfeld
- gut ausgeruhtes und neutral gestimmtes Auge
- farbnormalsichtiger Beobachter
Spektralverfahren
- zu messende Farbvalenz = Summe spektraler Farbvalenzen
- greift auf gemessene Normspektralwertkurven zurück
- spektrale Messung zur Ermittlung der Farbreizfunktion
- Selbststrahler: direkte Messung der Strahlungsfunktion
- remittierende Vorlage: Remissionsfunktion der Vorlage messen, d.h. Strahlungsfunktion S ist vorher zu bestimmen und aus heraus zu rechnen
- farbvalenzmetrische Auswertung
- wenn ermittelt wurde, kann jede beliebige (tabellierte) Lichtquelle eingesetzt werden
- Normierungskonstante k:
- Selbststrahler: nur Farbwertanteile gefragt, d.h. k ist beliebig
- Körperfarben: Y für mattweißen Körper = 100, d.h.
Messgeometrien:
\\ Bildergalerie (45°,8°,Transmission)
- 45°-Geometrie: Beleuchtung unter 45° schließt Glanzeinfluss aus Sensor blickt senkrecht auf Probe
- 8°-Geometrie: Beleuchtung diffus über Ulbricht-Kugel Sensor blickt unter 8° auf Probe; Messung mit/ohne Glanz möglich
- Transmissionsgeometrie: Probe wird durchleuchtet
Dreibereichsverfahren
- die drei Farbwerte werden direkt photometrisch gemessen
- Filter und spektrale Empfindlichkeite der Strahlungsempfänger müssen an die spektrale Bewertungsfunktion angepasst sein
- Luther-Bedingung:
- ... Filtertransmission
- ... Sensorempfindlichkeit (hier im ersten Kanal)
- ... Gerätekonstante
- Für den Y und Z Kanal ist die Formel analog
- Der notwendige Filter kann gut durch ein Set von Schmalbandigen Filtern realisiert werden
Spektralmaskenverfahren
- spezielles Dreibereichsverfahren
- Lichtzerlegung erfolgt mit einem Prisma
- Das zerlegte Lich beleuchtet eine Maske (Papier, Plaste, Metal .... ne richtige echte Maske)
- Messen der spektralen Verteilung (CCD-Zeile)
- Ähnlich dem Spektralverfahren nur das das spektrum bereits im analogen entsprechend gewichtet wird
Metamerie
- zwei Farbproben die bei einer bestimmten Beleuchtung gleich aussehen können bei einer anderen Beleuchtung ganz anderst aussehen
- Der Metermarie-Index beschreibt diesen durch Beleuchtungswechsel entstehenden Farbwechsel
- KEIN Maß für die Farbkonstantheit sondern für den Unterschied von zwei Proben
- Berechnung erfolgt im L*a*b* Raum
- T ... Testlicht
- B ... Bezugslicht
- 1,2 ... Probennummern
Klassifikation von Messaufgaben (GF 82 - 86)
- Messung von objektiven Eigenschaften, die sich in der Veränderung spektraler Charakteristika niederschlagen
- vordergründig ist Zusammenhang zwischen Veränderungen in den physikalischen Eigenschaften von Interesse (z.B. Waferinspektion)
- Zusammenhang sollte eindeutig und von hinreichender Empfindlichkeit sein
- Wahrnehmung unterschiedlicher Farben eher Nebeneffekt
- Überwachung der Stabilität von farblichen Erscheinungen
- ist bei einer oder mehreren Beleuchtungen zu überwachen
- absolute Farbmessung nicht nötig; "Anlernen" auf Farben genügt
- Abstände im Farbempfinden müssen sich in gleicher Weise in Veränderungen der Sensorsignale wiederspiegeln
- absolute Farbmessung
- d.h. Ermittlung der korrekten Farbvalenz unter beliebigen Messbedingungen
- Spektralwertkurven müssen realisiert werden
- Messung des spektralen Remissions- und/oder Transmissionsverhaltens von Materialien
- ausschließlich spektrale Messverfahren
- Messung der Strahlungsfunktion und der remittierten Leistungsdichte
- Berechnung der Farbvalenz bei beliebiger Beleuchtung und des Metamerie-Index
steigende Ansprüche mit steigender Nummerierung
Einfache Farbkalibrierung (GF 16 - 41)
- Farben sollen möglichst exakt Wiedergegeben werden
Ausgleich von Beleuchtungseinflüssen
- Körperfarben werden durch ihre Remmision bestimmt
- Bei unterschiedlicher Beleuchtung sehen Farben unterschiedlich aus aber das Auge kann sich an die Beleuchtung adaptieren
- Funktioniert bei Fotos aber nicht -> Beleuchtungsausgleich ist wichtig
- Bei Farbvergleich noch viel mehr
- Wird realisiert durch Weißabgleich (auf integraler Farbebene nicht möglich )
- Direkte Vermessung der spektralen Eingenschaften der Kamera nicht möglich (Da Werte in Kamera bereits verrechnet werden um z.B. die negativen Anteile der Spektralkurven zu realisieren)
- sehr Aufwendig (Kamera auseinanderbasteln um an die echten werte zu kommen + das durchgehen durch das Spektrum in kleinen Schritten)
- Daher Verwendung von Testfarben
- Führt auf Lösung eines linearen Gleichungssystem
- Für menschliches empfinden -> Optimieren im CIELAB-Raum
- Vorsicht bei nichtlinearen Funktionen zur Farbkalibrierung -> Kann bei zu wenig Testfarben zu total falschen Ergebnissen führen !!
Color Management (F CM 1 - 20)
Kameras (GF_Ka 1 - 12)
Einsatzfelder:
- ortsaufgelöste Messung von Farbe
- Aufnahme und Wiedergabe von True-Color Bildern
- Aufnahme farbiger oder mehrkanaliger Bilder für die Verarbeitung/Analyse (Qualitätssicherung)
- Photogrammetrische Anwendungen (Lösung des Korrespondenzproblems)
- Radiometrische Anwendungen (Messen im Spektralbereich)
Dreibereichsmessung:
- setzt die Trennung von drei sich überlappenden Spektralbereichen voraus, die dann wellenlängenabhängig zu bewerten und zu integrieren sind
Dreichip-Kameras
\\ Bild
- optische Kanaltrennung und Bewertung
- beste Bildqualität, da hohe Auflösung in allen drei Kanälen
- keinen örtlichen Versatz der Pixel in den drei Farbauszügen
- Filter einfacher und präziser zu realisieren
- befinden sich z.B. als dichroitische Spiegel auf den Strahteilerprismen
\\ Hot-Mirror-, Cold-Mirror-Korrektur????
Einchip-Kameras
\\ Bild mit Kommentar: doppelte Anzahl grüner Pixel wegen Schärfe, MTF des Auges
- örtliche Kanaltrennung und Bewertung
- Streifen- oder Mosaikfilterstrukturen auf den einzelnen Pixeln zur örtlichen Signaltrennung
- 3 oder 4 unterschiedliche spektrale Auszuüge zur Erzeugung der Farbinformation
- Matrix selbst kann Interline- oder Frame-Transfer-Matrix sein
- kostengünstiger und kleiner als Dreichip-Kameras
- Probleme:
- Farbvalenzen aus örtlich versetzten Auszügen (z.B. Farbsäume an Kanten)
- nicht korrigierbare Fehler aus Nichtlinearitäten und Dunkelsignalen bei der Bildung von Mischsignalen
generelle Anforderungen an die Signalverarbeitung:
- primäre Kamerasignale stellen keine farbmetrische Schnittstelle zur Verfügung, d.h. alle Bewertungsfunktionen sind nicht-negativ (Spektralwertkurven fordern aber negative Wichtungen)
- je nach realisierten Filtern und Genauigkeitsansprüchen lineare Matrizierung (meist Kameraintern) oder komplexere Approximation
- bei hohen Genauigkeitsansprüchen Umgehung der Kamerainternen Matrizierung, weil Verstärkungsfaktoren, Toleranzen, Temperaturdrift, Langzeitstabilität etc. nicht bekannt sind
- insgesamt geringe Nichtlinearitäten der CCD's können in den Ansteuerbereichen der einzelnen Kanäle zu wesentlichen Fehlern führen:
- Farbvalenz ändert sich kontinuirlich mit der Shutterzeit
- Pixelweise DSNU- (Dunkelsignalungleichförmigkeit) und PRNU- (Hellsignalungleichförmigkeit) Korrektur vor Erzeugung der Farbvalenz erforderlich, da sich Festmusterrauschen nicht nur auf Intensität sondern auch auf Farbart auswirkt
- Dunkelsignal verdoppelt sich alle 7K, Gleichanteil wird aber geklemmt
- Lichtquellentyp und Langzeitverhalten wirken sich nicht nur Intensität sondern auch auf Farbtemperatur aus
4 spektrale Bereiche:
\\ Bild
- vorteilhaft zur Erzeugung von Farbdifferenzsignalen für die TV-Kompatibilität
- im Field-Integration-Mode werden Mischsignale gebildet, die die erforderliche Signalkorrektur für hohe Ansprüche behindern
- Nichtlinearität der Ausgangsverstärker wirkt sich auf Korrektur der primären Mischsignale aus
Sequentielle Einchip-Kamera
\\ Bild
- zeitliche Kanaltrennung und Bewertung
- relativ genaue Approximation der Spektralwertkurven möglich
Elektrisch steuerbare Filter
- über die Wellenlängenabhängigkeit der Eindringtiefe der Photonen und die Steuerbarkeit der Tiefe der Potentialmulden der sensoren lassen sich steuerbare spektrale Empfindlichkeiten erzeugen