Farberscheinungsmodell: Wahrnehmung und Darstellung in Computer Vision verstehen

Von Fouad Sabry

Was ist ein Farberscheinungsmodell?

Ein Farberscheinungsmodell, oft auch als CAM bekannt, ist ein mathematisches Modell, das darauf abzielt, die Wahrnehmungselemente des menschlichen Farbsehens zu erfassen. Mit diesem Modell werden Betrachtungseinstellungen beschrieben, bei denen das Erscheinungsbild einer Farbe nicht mit der entsprechenden tatsächlichen Messung der Reizquelle übereinstimmt.

Wie Sie davon profitieren

(I) Einblicke und Validierungen zu den folgenden Themen:

Kapitel 1: Farberscheinungsmodell

Kapitel 2: CIELAB-Farbraum

Kapitel 3 : Farbmetrik

Kapitel 4: Chromatische Anpassung

Kapitel 5: CIECAM02

Kapitel 6: Farbraum

Kapitel 7: RGB-Farbräume

Kapitel 8: Farbigkeit

Kapitel 9: CIE 1931-Farbraum

Kapitel 10: LMS-Farbraum

(II) Beantwortung der Frage Öffentliche Top-Fragen zum Farberscheinungsmodell.

(III) Beispiele aus der Praxis für die Verwendung des Farberscheinungsmodells in vielen Bereichen.

Für wen dieses Buch gedacht ist

Profis, Studenten und Doktoranden, Enthusiasten, Hobbyisten und diejenigen, die über das Grundwissen oder die Informationen für jede Art von Farberscheinungsmodell hinausgehen möchten.

 

 

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Eine Milliarde Sachkundig [German]
• Erscheinungsdatum: 29. Apr. 2024

Buchvorschau

Kapitel 1: Farbdarstellungsmodell

Mathematische Modelle, die als Color Appearance Models (CAMs) bezeichnet werden, versuchen, die Wahrnehmungselemente des menschlichen Farbsehens zu charakterisieren, wie z. B. die Umstände, unter denen die wahrgenommene Farbe eines Objekts von der entsprechenden physikalischen Messung der Reizquelle abweicht. (Im Gegensatz dazu legt ein Farbmodell, z. B. das RGB- oder CMYK-Farbmodell, einen Koordinatenraum zur Darstellung von Farben fest.)

Das Ziel eines einheitlichen Farbraums (UCS) ist es, ein Farbmodell zu erstellen, in dem die scheinbaren Unterschiede zwischen Farben proportional zu ihrer physikalischen Trennung im Raum sind. Ein BKS ist das Ergebnis der Anwendung eines BAM auf eine statische Ansichtsumgebung, während ein CAM die Konsequenz der Anwendung eines BKS auf eine dynamische Betrachtungsumgebung ist. Auch ohne diese Art der Modellierung kann ein BKS als grobes CAM dienen.

Der Betrachter ist die Quelle aller Farbe; objektiv, Das einzige, was sichtbar ist, ist die spektrale Leistungsverteilung des Lichts.

In diesem Sinne sieht jeder Farben anders.

Viele Forscher haben jedoch versucht, die spektrale Leistungsverteilung des Lichts quantitativ mit der menschlichen sensorischen Reaktion in Verbindung zu bringen, mit einigem Erfolg.

Im Jahr 1931 stellte der von der CIE (International Commission on Illumination) entwickelte XYZ-Farbraum mit Hilfe von Techniken der Psychophysik die menschliche Farbwahrnehmung auf dieser sensorischen Ebene genau dar.

Es gibt jedoch Annahmen, die in das XYZ-Farbmodell eingebaut sind, die seine Verwendung einschränken (z. B. der retinale Ort der Stimulation, die Leuchtdichte des Lichts, das auf das Auge trifft, der Hintergrund hinter dem beobachteten Objekt und die Luminanzstufe des umgebenden Lichts). Zwei Stimuli mit identischen XYZ-Tristimuluswerten scheinen für einen menschlichen Beobachter nur dann den gleichen Farbton zu haben, wenn alle anderen Faktoren konstant gehalten werden. Unterschiedliche Farben können von zwei identischen Stimuli mit den gleichen X-, Y- und Z-Tristimuluswerten wahrgenommen werden, wenn sich die Anfangsbedingungen unterscheiden (und umgekehrt: Zwei verschiedene Stimuli mit dadurch unterschiedlichen XYZ-Tristimuluswerten können ein identisches Farbbild erzeugen).

Um die menschliche Farbwahrnehmung darzustellen, ist ein Farbdarstellungsmodell anstelle des statischen XYZ-Farbmodells erforderlich, wenn die Betrachtungsumgebung variiert.

Der Mensch nimmt Farben nicht anhand von XYZ-Tristimulus-Werten wahr, sondern anhand von Erscheinungsparametern, was für jedes Farbdarstellungsmodell (Farbton, Helligkeit, Helligkeit, Chroma, Farbigkeit und Sättigung) ein erhebliches Problem darstellt. Daher müssen die X-, Y- und Z-Tristimuluswerte (unter Berücksichtigung der Betrachtungsbedingungen) als Teil eines beliebigen Farbdarstellungsmodells (mindestens Farbton, Helligkeit und Chroma) in diese Darstellungsparameter umgewandelt werden.

Einige Phänomene der Farbdarstellung, die Farbdarstellungsmodelle zu berücksichtigen versuchen, werden im Folgenden erläutert.

Chromatische Adaption ist die Fähigkeit des menschlichen Auges, ein reflektiertes Objekt zu sehen, ohne vom Weißpunkt (oder der Farbtemperatur) der Lichtquelle beeinflusst zu werden. Ein weißes Blatt Papier erscheint dem menschlichen Auge weiß, unabhängig davon, ob das Licht bläulich oder gelblich ist. Dies ist das grundlegendste und grundlegend bedeutsame Phänomen der Farbdarstellung, und daher muss jedes Modell der Farbdarstellung eine chromatische Adaptionstransformation (CAT) enthalten, die versucht, dieses Verhalten nachzuahmen.

Dadurch werden elementare Tristimulus-basierte Farbmodelle klar von komplexeren Farbdarstellungsmodellen unterschieden. Bei der Beschreibung der Oberflächenfarbe eines beleuchteten Objekts berücksichtigt ein einfaches Tristimulus-basiertes Farbmodell nicht den Weißpunkt des Leuchtmittels, d.h. wenn sich der Weißpunkt des Leuchtmittels ändert, ändert sich auch die Oberflächenfarbe. Ein Farberscheinungsmodell hingegen berücksichtigt den Weißpunkt des Leuchtmittels (daher die Notwendigkeit dieses Wertes in den Berechnungen des Modells) und meldet daher die gleiche Farbe für eine Fläche, auch wenn sich der Weißpunkt des Leuchtmittels ändert.

In der Situation der chromatischen Adaption können zwei Stimuli mit unterschiedlichen XYZ-Tristimuluswerten das gleiche Farberscheinungsbild erzeugen. Das reflektierte Licht des weißen Papiers hat eine unterschiedliche spektrale Leistungsverteilung und folglich unterschiedliche X-, Y- und Z-Tristimuluswerte, abhängig von der Farbtemperatur des darauf scheinenden Lichts (weiß).

Mehrere Faktoren beeinflussen die Farbwahrnehmung eines Betrachters:

Bezold-Brücke-Farbtonverschiebung: Der Farbton des monochromatischen Lichts ändert sich mit der Leuchtdichte.

Abney-Effekt: Die Zugabe von weißem Licht verändert die Farbe des monochromatischen Lichts (das als farbneutral zu erwarten wäre).

Mehrere Faktoren beeinflussen die Kontrastwahrnehmung eines Beobachters:

Stevens-Effekt: Helligkeit verbessert den Kontrast.

Der Bartleson-Breneman-Effekt besagt, dass der wahrgenommene Kontrast eines emittierenden Bildes (z. B. eines LCD-Bildschirmbildes) zunimmt, wenn das Umgebungslicht zunimmt.

Das menschliche Auge unterliegt einem Effekt, der die wahrgenommene Lebendigkeit von Farben verändert:

Hunt-Effekt: Höhere Lichtverhältnisse führen zu lebendigeren Farben.

Das menschliche Auge ist einem Einfluss ausgesetzt, der die Wahrnehmung von Licht verändert:

Der Helmholtz-Kohlrausch-Effekt: Sättigungsabhängige Helligkeitssteigerung.

Da das menschliche Gehirn jedem Pixel eine eindeutige Reihe von kontextuellen Bedeutungen zuweist, beeinflussen räumliche Phänomene die Farbe nur dort, wo sie tatsächlich in einem Bild vorkommen (z. B. als Schatten statt als graue Farbe). Der Begriff optische Täuschung könnte verwendet werden, um diese Ereignisse zu beschreiben. Sie sind aufgrund ihrer kontextuellen Natur bekanntermaßen schwierig zu modellieren. Modelle, die dies versuchen, werden als Picture Color Appearance Models (iCAM) bezeichnet.

Aufgrund der schieren Vielfalt der Faktoren und Phänomene der Farberscheinung sowie der inhärenten Schwierigkeit der anstehenden Aufgabe kann kein einzelnes Farberscheinungsmodell als