Farbmodell: Das Spektrum des Computer Vision verstehen: Farbmodelle erkunden

Von Fouad Sabry

Was ist ein Farbmodell

Ein Farbmodell ist ein abstraktes mathematisches Modell, das beschreibt, wie Farben als Tupel von Zahlen dargestellt werden können, typischerweise als drei oder vier Werte oder Farbkomponenten . Wenn dieses Modell mit einer genauen Beschreibung verknüpft wird, wie die Komponenten unter Berücksichtigung der visuellen Wahrnehmung zu interpretieren sind, wird der resultierende Satz von Farben als „Farbraum“ bezeichnet.

Ihr Nutzen

(I) Erkenntnisse und Validierungen zu den folgenden Themen:

Kapitel 1: Farbmodell

Kapitel 2: Farbton

Kapitel 3: Munsell-Farbsystem

Kapitel 4: RGB-Farbräume

Kapitel 5: HSL und HSV

Kapitel 6: Chromatizität

Kapitel 7: CIELAB-Farbraum

Kapitel 8: Chromatische Anpassung

Kapitel 9: Farbraum

Kapitel 10: Dominante Wellenlänge

(II) Beantwortung der häufigsten öffentlichen Fragen zum Farbmodell.

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

Wer dieses Buch ist für

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

 

 

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

Buchvorschau

Kapitel 1: Farbmodell

Ein Farbmodell ist eine mathematische Abstraktion, die beschreibt, wie Farben in Mengen von drei oder vier Werten abgebildet werden können. Der Farbraum bezieht sich auf die Sammlung von Farben, die auftreten, wenn dieses Modell mit einer klaren Beschreibung der zu interpretierenden Komponenten (Betrachtungsbedingungen usw.) unter Berücksichtigung der visuellen Wahrnehmung kombiniert wird.

Dieser Artikel enthält eine Beschreibung der Modellierungstechniken für das Farbsehen und analysiert einige der beliebtesten Modelle.

Diese Region kann als dreidimensionaler euklidischer Raum visualisiert werden, wenn die Stimuli für langwellige (L), mittelwellige (M) und kurzwellige (S) Lichtrezeptoren als x-, y- bzw. z-Achse betrachtet werden. In diesem Fall steht Schwarz am Ursprung, wobei (S,M,L) = (0,0,0). Es gibt keine feste Position für weiß in diesem Diagramm; Vielmehr wird sie durch die gewählte Farbtemperatur oder den Weißabgleich definiert, der durch die Umgebungsbeleuchtung bereitgestellt wird. Vom Nullpunkt bis ins Unendliche sieht der menschliche Farbraum wie ein Hufeisen aus (siehe auch CIE-Farbdiagramm unten). Während Änderungen der Farbwahrnehmung bei niedrigen Lichtverhältnissen und die Sättigung menschlicher Farbrezeptoren bei hohen Lichtintensitäten im CIE-Farbraum nicht berücksichtigt werden, treten sie in der Praxis auf (siehe: Kruithof-Kurve). Je weiter man sich vom Zentrum der Region entfernt, desto lebendiger werden die Farbtöne. Die Rezeptoren des Auges unterscheiden nicht zwischen braunem und grauem Licht, daher sind die Begriffe willkürlich. Letztere bezeichnen oranges bzw. weißes Licht, das schwächer ist als das Umgebungslicht. Ein gutes Beispiel dafür ist das Auftreten von schwarzen Buchstaben auf weißem Hintergrund bei der Verwendung eines Overhead-Projektors in einer Besprechung. Das Schwarz wird nicht wirklich dunkler als die weiße Leinwand, auf die es projiziert wird. Das auf die Leinwand projizierte Weiß ist von höherer Intensität als die schwarzen Teile, wodurch die weißen Bereiche im Vergleich dazu schwarz erscheinen. Weitere Informationen finden Sie unter Farbkonsistenz.

Der menschliche Tristimulusraum hat die Eigenschaft, dass die Addition von Vektoren in diesem Raum dem additiven Mischen von Farben entspricht. Dies erleichtert die Beschreibung beispielsweise des Farbbereichs (Gamut), der mit dem RGB-Farbraum auf einem Computermonitor erstellt werden kann.

Die International Commission on Illumination (CIE) etablierte 1931 den CIE XYZ-Farbraum (auch bekannt als CIE 1931-Farbraum) als einen der frühesten mathematisch spezifizierten Farbräume. Diese Statistiken wurden mit menschlichen Beobachtern und einem Betrachtungswinkel von 2 Grad erhoben. Ergänzende Informationen für ein 10-Grad-Sichtfeld wurden 1964 veröffentlicht.

Berücksichtigen Sie, dass die berechneten Empfindlichkeitskurven ein gewisses Maß an Subjektivität beinhalten. Es ist möglich, die Form jeder X-, Y- und Z-Empfindlichkeitskurve mit einiger Genauigkeit zu bestimmen. Die Gesamtleuchtkraftfunktion ist jedoch subjektiv, da sie von der Beurteilung der Testperson abhängt, ob zwei Lichtquellen unterschiedlicher Farben gleich hell erscheinen oder nicht. Ähnliche Überlegungen werden verwendet, um die relativen Größen der X-, Y- und Z-Kurven zu bestimmen, um sicherzustellen, dass ihre Bereiche unter den Kurven alle gleich sind. Ein Farbraum, der durch eine X-Empfindlichkeitskurve mit doppelter Amplitude definiert ist, wäre genauso gültig. Die Konturen dieser neuen Farbkugel wären anders. Sowohl die XYZ-Farbräume von CIE 1931 als auch von CIE 1964 haben ihre Empfindlichkeitskurven normalisiert, so dass ihre Bereiche unter den Kurven gleich sind.

Die x- und y-Koordinaten einer XYZ-Farbe werden manchmal anstelle der Luminanz- bzw. Y-Werte verwendet:

x={\frac {X}{X+Y+Z}} und y={\frac {Y}{X+Y+Z}}

Mathematisch nehmen die Farben des Farbwertdiagramms einen gewissen Platz in der realen projektiven Ebene ein, die durch die Koordinaten x und y bezeichnet wird. Licht mit einem flachen Energiespektrum entspricht dem Punkt (x,y) = 0, da die Bereiche unter den CIE-Empfindlichkeitskurven gleich sind (0,333,0,333).

Die Integration des Produkts aus dem Spektrum eines Lichtstrahls und den verfügbaren Farbanpassungsfunktionen ergibt die X-, Y- und Z-Werte.

Die additive Farbmischung verwendet die Primärfarben Rot, Grün und Blau, um einen der drei Arten von Farbrezeptoren im Auge anzuregen, während die anderen beiden Typen in medien, die Licht übertragen (z. B. Fernsehen), so wenig wie möglich stimuliert werden. Der Begriff dafür ist RGB-Farbraum. Licht, das diese drei Primärfarben enthält, kann gemischt werden, um die gesamte Palette der vom Menschen wahrgenommenen Farben zu bilden. Aus diesem Grund ist alles, was von Farbfernsehern und Computermonitoren verlangt wird, die Möglichkeit, die Farben Rot, Grün und Blau in einem einzigen Ausgang zu mischen. Siehe Farbzusatz.

Theoretisch können andere Primärfarben verwendet werden, aber Rot, Grün und Blau repräsentieren die überwiegende Mehrheit des menschlichen visuellen Spektrums. Da es keine universelle Übereinstimmung darüber gibt, wo sich die einzelnen Primärfarben im Farbdiagramm befinden sollten, können dieselben RGB-Werte zu leicht unterschiedlichen Farbtönen führen, wenn sie auf verschiedenen Geräten angezeigt werden.

Auf weißem Hintergrund erzeugt die Kombination aus cyanfarbenen, magentafarbenen und gelben transparenten Farbstoffen/Tinten das gesamte Spektrum der für das menschliche Auge sichtbaren Farben. Die Primärfarben der Subtraktion sind diese. Einige dunkle Farben sind ohne Zugabe einer vierten Tinte schwer zu reproduzieren, daher wird häufig Schwarz verwendet. Die Abkürzung für dieses Farbmodell ist CMY oder CMYK.

Wenn sie rotem Licht ausgesetzt wird, absorbiert cyanfarbene Tinte es, während sie Grün und Blau reflektiert; Wenn sie grünem Licht ausgesetzt wird, absorbiert Magenta-Tinte es, während sie Rot und Blau reflektiert; und wenn sie blauem Licht ausgesetzt wird, absorbiert gelbe Tinte es, während sie Rot und Grün