Grundlagen der Farbbildverarbeitung

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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
  • Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \Phi_i = \int_{\Delta \lambda_i} \varphi_{\lambda} (\lambda) d \lambda}
  • Leistungsdichte Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \phi (\lambda)} stellt dagegen den Farbreiz dar, der die Farbempfindung hervorruft
  • Vektoren Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \underline \Phi} 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) Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \rarr} 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:

Subjektive Farben:

  • durch Bewegung ist es möglich Farben zu erzeugen die ursprünglich nicht vorhanden waren (Drehwurm in Farbe)

Farbwahrnehmung beim Menschen

[...]

Rezeptive Wahrnehmung

[...]

Postrezeptive Wahrnehmung

[...]

Kortikale Kodierung

[...]

Die Ordnung in der Welt der Farben

[...]

Das Modell der Farbe

[...]

Farbvalenz

[...]

Farbreizmetrik

[...]

Farbanalyse, Zusammenhang mit der Farbwidergabe

[...]

Subtraktive Farbmischung

[...]

Farbmetrische Schnittstellen - Farbräume (GF a 49 - 55)

Unterschiedliche bildgebende Systeme
   z.B. Farbkameras
        Farbscanner
        Spezialkameras

Widerspruch Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \updownarrow} 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 Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \Theta (\lambda)) konstant bleibt}

// Bild

  • Leuchtdichte berechnet sich nach dem Abneyschen Gesetz:
Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle Y = L = k \cdot \underline L^T \cdot \underline F }
  • Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \underline L^T - } Leuchtdichtebeiwert: gibt an wie groß der Beitrag jedes Farbwertes der Farbvalenz zum Helleindruck ist, abhängig vom gewählten Farbwiedergabesystem
  • Leuchtdichte L Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \ne} Intensität I
Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle I = \frac 1 3 (R+G+B)}
  • die perzeptuelle Antwort unseres Auges auf die Leuchtdichte wird Helligkeit (Lightness) genannt
Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle L^{\star} = \begin{cases} 116 \cdot \sqrt [3] {\frac Y {Y_n}} -16, & \text{wenn } \frac Y {Y_n} > 0{,}008856\\ 903{,}3 \cdot {\frac Y {Y_n}}, & \text{wenn } \frac Y {Y_n} \le 0{,}008856 \end{cases} }

//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:

Luma:

Farbsysteme, Farbräume, reduzierte Farbräume

Das Normvalenz- oder XYZ-System (GF a 76 - 86)

Farbmessung (GF 1 - 11)

Klassifikation von Messaufgaben (GF 82 - 86)

Einfache Farbkalibrierung (GF 16 - 41)

Color Management (F CM 1 - 20)

Kameras (GF_Ka 1 - 12)

Verarbeitung von Farbbildern (1 - 31)

Referenzfreie Farbadaption auf Basis des 3D-Histogramms (HuS 32 - 39 )

Histogrammbasiertes Farbmatching(1 - 15)

Störunterdrückung (SU 1 - 16)

Kantendetektion in Farbbildern (1 - 21)

Farbpixelklassifikation (Farbpixelklassifikation 1 - 21)

Clusterverfahren (Farbpixelklassifikation 19 - 45)

Segmentierung (Seg 1 - 8)