Farbraum: Erkundung des Spektrums von Computer Vision

Von Fouad Sabry

Was ist ein Farbraum?

Ein Farbraum ist eine bestimmte Anordnung von Farben in einem bestimmten Raum. In Verbindung mit der Farbprofilierung, die von einer Vielzahl physischer Geräte unterstützt wird, ist es in der Lage, wiederholbare Farbdarstellungen zu unterstützen, unabhängig davon, ob es sich bei diesen Darstellungen um eine analoge oder eine digitale Darstellung handelt. Es ist möglich, dass ein Farbraum willkürlich ist. In diesem Fall werden die physisch realisierten Farben einem Satz physischer Farbfelder mit passenden Farbnamen zugeordnet, oder er kann mit mathematischer Präzision strukturiert werden. Das Konzept eines „Farbraums“ ist ein hilfreiches konzeptionelles Werkzeug, das verwendet werden kann, um Erkenntnisse über die Farbfunktionen einer bestimmten digitalen Datei oder eines bestimmten Geräts zu gewinnen. Beim Versuch, Farben auf einem anderen Gerät zu reproduzieren, können Farbräume anzeigen, ob Schatten-/Glanzlichtdetails und Farbsättigung erhalten bleiben können oder nicht, sowie den Grad, in dem einer dieser Aspekte verringert wird.

Wie Sie profitieren

(I) Einblicke und Validierungen zu den folgenden Themen:

Kapitel 1: Farbraum

Kapitel 2: RGB-Farbmodell

Kapitel 3: CMYK-Farbmodell

Kapitel 4: RGB-Farbräume

Kapitel 5: HSL und HSV

Kapitel 6: Chromatizität

Kapitel 7: CIELAB-Farbraum

Kapitel 8: Farbraum

Kapitel 9: Graustufen

Kapitel 10: Adobe RGB-Farbraum

(II) Beantwortung der häufigsten öffentlichen Fragen zum Farbraum.

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

Für wen dieses Buch gedacht ist

Profis, Studenten und Doktoranden, Enthusiasten, Hobbyisten und diejenigen, die über grundlegendes Wissen oder Informationen jeglicher Art hinausgehen möchten des Farbraums.

 

 

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Eine Milliarde Sachkundig [German]
• Erscheinungsdatum: 10. Mai 2024

Buchvorschau

Kapitel 1: Farbraum

Ein Farbraum ist ein vorgegebenes Layout für die Farbcodierung. In Verbindung mit der Farbprofilierung, die von einer Vielzahl physischer Geräte unterstützt wird, ermöglicht sie eine genaue Farbwiedergabe, unabhängig davon, ob die Farbe analog oder digital dargestellt wird. Es ist möglich, Farben beliebig zuzuweisen, wie in der Pantone-Kollektion, wo jede Farbe durch einen Namen und eine Zahl dargestellt wird, oder mit mathematischer Präzision, wie im sRGB-Farbraum (wie beim NCS-System, Adobe RGB und sRGB). Der Begriff Farbraum bezieht sich auf ein nützliches mentales Modell, um den Farbbereich zu ermitteln, den ein bestimmtes Gerät oder eine digitale Datei anzeigen kann. Farbräume zeigen, wie viele Schatten- und Lichterdetails und Farbsättigung verloren gehen, wenn Farben auf ein anderes Gerät übertragen werden.

Ein Farbmodell ist ein abstraktes mathematisches Modell, das beschreibt, wie Farben als Tupel von Zahlen dargestellt werden können (z. B. in RGB oder CMYK); Ein Farbmodell ohne zugeordnete Abbildungsfunktion auf einen absoluten Farbraum ist jedoch ein mehr oder weniger beliebiges Farbsystem, das nicht an ein allgemein akzeptiertes System der Farbinterpretation gebunden ist. Für ein bestimmtes Farbmodell wird ein Farbraum durch Hinzufügen einer Mapping-Funktion zwischen dem Farbmodell und einem Referenzfarbraum definiert. Diese Mapping-Funktion hinterlässt einen Fußabdruck oder Gamut im Referenzfarbraum. Beispiele für absolute Farbräume sind Adobe RGB und sRGB, die beide auf dem RGB-Farbmodell basieren. Die CIELAB- und CIEXYZ-Farbräume werden typischerweise als Goldstandard für die Erstellung eines Farbraums verwendet, da sie entwickelt wurden, um dem menschlichen Auge alle sichtbaren Farben zur Verfügung zu stellen.

Der Begriff Farbraum wird häufig verwendet, um sich informell auf ein Farbmodell zu beziehen, da er ein bestimmtes Farbmodell und eine bestimmte Abbildungsfunktion eindeutig definiert. Es stimmt zwar, dass die Benennung eines Farbraums das entsprechende Farbmodell enthüllt, aber dies ist nicht die akzeptable Verwendung. Während das RGB-Farbmodell als Grundlage für eine Reihe verschiedener Farbräume dient, gibt es keinen RGB-Farbraum.

Thomas Young schlug 1802 vor, dass das Auge drei verschiedene Arten von Photorezeptoren (heute Zapfenzellen genannt) enthält, von denen jede für eine andere Lichtfarbe empfindlich ist. Nach der Weiterentwicklung der Young-Helmholtz-Theorie im Jahr 1850 schlug Hermann von Helmholtz vor, dass die drei Arten von Zapfen-Photorezeptoren entsprechend ihrer Reaktion auf die Wellenlängen des auf die Netzhaut treffenden Lichts als kurzbevorzugt (blau), mittelbevorzugt (grün) und lang bevorzugt (rot) kategorisiert werden könnten. Das visuelle Spektrum wird vom Gehirn aus den relativen Intensitäten der Signale konstruiert, die von den drei Arten von Zapfen erfasst werden. Es ist jedoch unklar, ob sie sich Farben als diskrete Orte in einem Farbraum vorgestellt haben oder nicht.

Hermann Grassmann wird weithin die Entwicklung der Idee des Farbraums in einem zweistufigen Prozess zugeschrieben. Zunächst entwickelte er das Konzept des Vektorraums, das es ermöglichte, geometrische Konzepte algebraisch im n-dimensionalen Raum darzustellen.

Um 1920, als formale Definitionen von Hermann Weyl und anderen veröffentlicht wurden, wurde das Konzept eines linearen Raums (Vektorraum) in das allgemeine Lexikon aufgenommen. Eine Definition in dieser Richtung wurde tatsächlich dreißig Jahre zuvor von Peano gegeben, der mit Grassmanns mathematischer Arbeit sehr vertraut war. Obwohl Grassmann sie formal nicht definierte, da das notwendige Vokabular damals nicht existierte, war die Idee zweifellos in seinem Kopf.

Basierend auf diesen Ideen veröffentlichte Grassmann 1853 seine Theorie der Farbmischung; heute lernen die Schüler immer noch etwas über das Grassmannsche Gesetz und seine drei Farbgesetze.

Beim Drucken werden die subtraktiven Primärfarben von Pigmenten in Verbindung mit dem Farbmodell Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz (CMYK) verwendet, um eine breite Palette von Farben (Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz) zu erzeugen. Bei der Darstellung eines dreidimensionalen Farbraums kann die Magenta-Komponente auf der X-Achse, die Cyan-Komponente auf der Y-Achse und die Gelbkomponente auf der Z-Achse platziert werden. Jeder Farbton, der durch Mischen dieser drei Pigmente erzeugt werden kann, hat eine bestimmte Position im resultierenden dreidimensionalen Raum.

Im RGB-Farbparadigma werden die additiven Primärfarben verwendet, um Farben auf Computermonitoren (Rot, Grün und Blau) zu erzeugen. Jeder der drei Farbtöne könnte einer der drei Koordinatenachsen in einer dreidimensionalen Darstellung zugeordnet werden. Denken Sie daran, dass der Leuchtstoff (in einem CRT-Monitor) oder Filter und Hintergrundbeleuchtung die auf Ihrem Bildschirm (LCD-Monitor) angezeigten Farben beeinflussen.

Farben können auch auf einem Bildschirm mit einem Modell erstellt werden, das auf Farbton, Sättigung und Wert (Helligkeit) basiert. Zylindrische Koordinaten werden für die Variablen in einem solchen Modell verwendet.

Einige Farbräume enthalten mehr oder weniger Dimensionen, und einige, wie Pantone, können auf diese Weise überhaupt nicht dargestellt werden, aber die überwiegende Mehrheit der Farbräume kann auf diese Weise als dreidimensionale Werte ausgedrückt werden.

Der Prozess der Konvertierung zwischen verschiedenen Farbräumen wird als Farbübersetzung bezeichnet. Der Zweck besteht darin, das übersetzte Bild so nah wie möglich am Original aussehen zu lassen, was am häufigsten bei der Übersetzung eines Bildes von einem Farbraum in einen anderen der Fall ist.

Es gibt zahlreiche RGB-Farbmodellimplementierungen, abhängig von den Fähigkeiten des Systems.

Ab 2021 ist die 24-Bit-Implementierung die am häufigsten verwendete Version, die ein binäres System von 8 Bit oder 256 Graustufen für jeden Farbkanal verwendet.

Jeder Farbraum, der auf einem solchen 24-Bit-RGB-Modell basiert, ist somit auf einen Bereich von 256×256×256 ≈ 16,7 Millionen Farben beschränkt.

In einigen Systemen belegt jede Komponente 16 Bit, also insgesamt 48 Bit, was bedeutet, dass der gleiche Farbbereich, aber mehr davon vorhanden sind.

Beim Umgang mit Farbräumen mit breitem Farbraum wird dies entscheidend (wo die meisten der gebräuchlicheren Farben relativ nahe beieinander liegen), oder wenn eine große Anzahl sequentieller digitaler Filtermethoden verwendet wird.

Die gleiche Regel gilt für jeden Farbmodell-basierten Farbraum, der jedoch mit unterschiedlichen Bittiefen implementiert wird.

Einer der frühesten Versuche, einen Farbraum auf der Grundlage von Messungen der menschlichen Farbwahrnehmung zu schaffen, war der CIE 1931 XYZ-Farbraum (James Clerk Maxwell unternahm auch einen Versuch, König & Dieterici & Abney am Imperial College) und dient als Grundlage für praktisch alle anderen Farbräume.

Eine lineare Erweiterung des CIE XYZ-Farbraums, CIERGB.

Die CIELUV ist ein weiterer Ableger von CIE XYZ, CIEUVW und CIELAB.

Da RGB angibt, wie viel von jeder Art von Licht emittiert werden muss, um eine bestimmte Farbe zu erzeugen, ist RGB ein additiver Farbraum. Rot, Grün und Blau werden jeweils separat in einem RGB-Farbraum gespeichert. Die Transparenzanzeige in RGBA ist der Alphakanal. Einige beliebte RGB-basierte Farbräume sind sRGB, Adobe RGB, ProPhoto