“Colour is in the eye of the beholder!” 6 Farbe “Colour is in the eye of the beholder!”

Colorimetrie Farbwahrnehmung Reiz Empfindung Technische Farbsysteme Farbmischprinzipien CIE Farbnormalsysteme Farbsysteme Farbordnungssysteme

Farbwahrnehmung Reiz Elektromagnetische Strahlung sichtbares Licht Röntgen UV IR Mikrowelle Radio 400 500 600 700

Farbwahrnehmung Fovea Reizaufnahme photosensitiver Teil des Auges photopisches Sehen Netzhaut skotopisches Sehen

Auge ~120 Mio Stäbe ~120 Mio Stäbchen ~7 Mio Zapfen

Begriffe Radianz: Energie, welche eine Lichtquelle ausstrahlt (Watt, W) Luminanz: Anteil der Energie, welche beim Beobachter wahrgenommen wird (Lumen, lm) Helligkeit: subjektive Wahrnehmung von “Hell” und “Dunkel”

Spektrale Helligheitsempfindung 505 nm 555 nm Skotopisches Sehen Photopisches Sehen Relative spectrale Empfindlichkeit

Farbwahrnehmung Retinale Prozesse - Rezeptoren (Zapfen) Sehnerv Helligkeit & Gegenfarben (R-G,B-Y) Empfindung Helligkeit (Luminance) Farbton (Hue) Sättigung (Saturation) SUBJEKTIV

Zapfenmosaik der Fovea 10% -Rezeptoren (blau) 48% -Rezeptoren (grün) 42% -Rezeptoren (rot)

Wellenlängeabhängige Empfindlichkeit Stäbchen Zäpfchen

Wellenlängenabhängige Absorption

Relative spektrale Empfindlichkeit Relative spectrale Empfindlichkeit

Einfaches Modell für Gegenfarben Chrominanz (R - G) R G Luminanz Chrominanz (B - Y) B

Farbmessexperiment Beobachter Rote Lichtquelle Grüne Lichtquelle Blaue Lichtquelle Beobachter Monochromator schwarze Trennwand weißer Schirm Maske

Farbmischkoeffizienten

RGB Farbvalenzbestimmung = Spektrale Zusammensetzung des Reizes

Farbmessung Standardisierung 1931 durch CIE Commision International de l’Eclairage Normalbeobachter für Farbmischversuche Helladaptiert 20 / 100 Sehfeld 3 monochromatische Lichtquellen 700,0 nm CIE Rot 546,1 nm CIE Grün 435,8 nm CIE Blau

Grüne Lichtquelle (546.1 nm) Blaue Lichtquelle (435.8 nm) Farbmessexperiment Rote Lichtquelle (700.0 nm) Grüne Lichtquelle (546.1 nm) Blaue Lichtquelle (435.8 nm) Beobachter Monochromator schwarze Trennwand weißer Schirm Maske

Farbmischkoeffizienten

Grassmansche Gesetze (1853) Farbwahrnehmung Grassmansche Gesetze (1853) Jeder Farbeindruck kann eindeutig als additive Mischung dreier “Grundfarben” dargestellt werden Farbempfindung ändert sich linear zu den Farbmischanteilen Nur die Farbvalenz ist für die Wirkung in Farbmischungnen entscheidend, nicht die spektrale Zúsammensetzung es gilt das Superpositionsgesetz In Mischungen kann jede Farbe durch gleichaussehende (Metamerie) ersetzt werden

Metamere Spektren

Farbmessung Lineare Tranformation der reellen Primärvalenzen RGB zu virtuellen Primärvalenzen XYZ ausnahmslos positive Koeffizienten für reale Farben Primärvalenz Y entspricht der Helligkeitsempfindung Ergebnis sind die CIE-Farbmischkoeffizienten

CIE-Normalfarbsystem XYZ Virtuelle Primärvalenzen Farbmischung mit stets positiven Anteilen Y-Valenz identisch zu der Hellempfindung für Tagessehen „Normbeobachter“ (2° & 10°)

CIE-Normspektralkurven

CIE-Normalfarbsystem XYZ ideale nichtfluoreszierende weiße Fläche

CIE-Normfarbwertanteile xyz Yxy Chromazitätskoordinaten Helligkeit

CIE-Chromazitätskoordinaten Yxy

CIE-Chromazitätskoordinaten xy Farbmischung Farbton (dominante Wellenlänge) Farbsättigung (Farbreinheit) Weißpunkt

CIE-Chromazitätskoordinaten xy Farbkomplement Komplementfarbe Weißpunkt Farbe

CIE-Chromazitätskoordinaten xy Farbgamut Monitorphosphore Primärvalenzen Weißpunkt (einstellbar, aber fest) Drucker Farbfilm

EBU und FCC Monitore

Verschiedene Farbräume

Monitor & Drucker

Lichtquellen Objektfarben entstehen durch Beleuchtung Interaktion mit dem Körper Brechung Reflektion (diffus oder spektral) Transmission Emission 3) Wahrnehmung durch das Auge

Schwarzer Strahler

CIE-Normallichtquellen Sonnenlicht Leuchtstoffröhre CIE-Normallichtquellen A: Schwarzer Strahler T= 2.856 K : “Tageslicht”, ~ Mittag, bedeckter Himmel, Farbtemperatur 6.500 K C: Approximation von D. Besteht aus einer A Quelle und vorgesetztes C-Filter. Farbtemperatur 6.774 K

CIE-Normallichtquellen

Schwarzer Strahler & thermische Emission

Thermische Emission Chromazitäts- koordinaten eines Lambertschen Strahlers bei verschiedenen absoluten Temperaturen 1500 K 2854 K 6500 K K

Farbtemperatur

Daylight Approximationen

CIE-Chromazitätskoordinaten xy Kalibrierung von RGB Werten durch Angabe der Primärvalenzen & Weißpunkt möglich ABER keine Übereinstimmung mit der menschlichen Farbwahrnehmung Ähnlichkeit von Farben Farbabstände MacAdams Ellipsen weitere Transformationen nötig

Farbwahrnehmung MacAdam Ellipsen “gerade wahrnehmbarer Farbunterschiede”

CIE-UCS Farbsystem (1960)

CIE-UCS Farbsystem (1960)

Farbwahrnehmung CIE L* u*v* 1976

CIE-LUV Farbsystem (1976)

Farbwahrnehmung

Phase 1: Tooth Detection Interactive Selection of a Tooth with a Polygon

Phase 1: Tooth Detection Approximation of the Polygon with a closed B-Spline

Phase 1: Tooth Detection Enhancement of Contours by: Karhunen-Loewe-Transformation Edge Detection

Phase 1: Tooth Detection Fitting of the B-Spline to the Tooth-Contour by Energy Minimization (B-Snake-Method)

Phase 2: Plaque Detection Detection and Removing of specular effects on the tooth

Phase 2: Plaque Detection Interactive Selection of a Plaque-area Detection of Plaque: HSV-Transformation Discriminance analysis Marking of the detected Plaque

Examples

Results I

Results II

User Interface

Farbordnungssysteme Grundlegende Farbsysteme, welche die Farben nach einem logischen Plan ordnen Technische Sichtweise Ordnung der Farben gemäß der Farbrepräsentation technischer Geräte Psychologische Sichtweise menschlichen Wahrnehmung

RGB physikalisch additives Farbmodell ausschließlich positive Koordinaten im Wertebereich [0,1] Einheitswürfel im 3-D kartesischen Koordinatensystem

RGB eignet sich ideal für die Darstellung von Farben auf selbstleuchtenden Kathodenstrahlröhren von Monitoren die Wahl der Lage der Primärfarben R, G und B ist geräteabhängig das RGB Farbsystem ist daher nicht standardisiert

RGB die Mischung der Primärfarben mit gleicher Intensität ergibt den Weißpunkt als Quasi-Standard wird in der Regel ein Weiß definiert, das einem auf 6.500° Kelvin erhitzten Schwarzen Körper entspricht

216 „Sichere Farben“ R,G,B Werte = 0, 51, 102, 153, 204, 255

Substraktives Farbmodell RGB / CMY G Y C G B W Y C K R M B R M Additives Farbmodell RGB Substraktives Farbmodell CMY CMYK

Psychologische Farbsysteme

Psychologische Farbsysteme

Psychologische Farbsysteme

Munsell Albert Henry Munsell (*1858, †1918) Amerikanischer Künstler Konstruktion eines Farbordnungssystems, dass auf der empfindungsgemäßen Gleichabständigkeit der Farben beruht Rationales Konzept zur Beschreibung des Phänomens Farbe, das ohne irreführende Benennungen mittels Farbnamen auskommt

Munsell Startpunkt für seinen Entwurf ist die Kugel Anordnung von ausgewählten Farben entlang des Äquators in gleichen Abständen, so dass sich gegenüberliegende Farben jeweils zu Unbunt mischen Prinzip der Kompensativität Anordnung von unbunten Grautönen entlang der Achse, beginned mit Schwarz am Südpol bis zu Weiß am Nordpol Anordnung von Abstufungen der Farben horizontal zur Achse, beginnend von Grau an der Achse bis zu voll saturierten Farben an der Hülle

Munsell Munsell’s Nomenklatur der 3 definierenden Parameter des kugelförmigen Modells Hue (Farbton) Value (Helligkeit) Chroma (Sättigung)

Munsell Hue 5 Hauptfarbtönen 5 Zwischenfarbtönen Intuitive Wahl von Zehnteiliger Farbkreis um das neutrale Grau Unterteilung jedes Farbsegmentes in 10 Farbstufen Eindeutige Kennzeichnung durch Farbsegment und -stufe (z.B. 8YR, 2G, oder 10PB) 5R 5YR 5Y 5GY 5G 5BG 5B 5PB 5P 5RP N

Munsell Value / Chroma Einteilung der Value-Skala (Helligkeit) zwischen Schwarz und Weiß in 10 Stufen Stufen entsprechen der gleichmäßigen Änderungder gemessenen reflektierten Intensität Chroma-Skala besitzt ein offenes Ende Notation: H V/C Zinnoberrot ist 5R 5/26

Munsell Value Chroma 0 / 1 / 2 / 3 / 4 / 5 / 6 / 7 / 8 / 9 / 2 4 6 8 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Chroma

Munsell

Munsell Entgegen der ursprünglich von Munsell angestrebten Form einer Kugel ist der Farbkörper ein hochgradig unsymmetrischer Torso Aus der Vorgehensweise Munsells ohne Zuhilfenahme technischer Hilfsmittel ergibt sich keine explizit verwendbare Abbildungs-vorschrift eines existierenden Farbsystems in den Munsell Farbraum

Falschfarbe Menschen diskriminieren ca 6 Mio Farben aber ca 200 Intensitäten Abbildung von Intensitäten auf Farben => bessere Diskrimination von subtilen Änderungen

Falschfarbe

Falschfarbe: Regenhöhe

Anwendungen Infrarot RGB Visible R = Infrared

Anwendungen

Anwendungen Histogramm Ausgleich Sättigung Ausgleich