Kapitel 3: Rasterbilder

Medientyp Image media type image representation Farbmodelle (CIE, RGB, HSB, CMYK) Alpha-Kanäle (Transparenzbereiche) Anzahl der (Farb-) Kanäle Kanaltiefe (Bits pro Pixel, z.B. 1,2,4,8,10) Interlacing (pixelweise oder kanalweise) Farbpaletten Seitenverhältnis (aspect ratio) Kompression methods Editieren, einzelne Pixel, Masken etc. Paintbrush Punktweise Operationen (newp := f(p)) Filter ( newp := f(neighbourhood(p)) Zusammenfügen, Überblenden Geometrische Transformationen (Größe, Spiegeln, Drehen) Formatumwandlung (Farbseparation, Auflösung u.a.)

Exkurs: Licht nm = 10-9 m THz = 1012/sec Spektrum des sichtbaren Lichtes Wellenlänge 380 nm-780 nm Lichtgeschwindigkeit 3*108 m/s Frequenzbereich 800-400 THz λ = Wellenlänge (m) f = Frequenz (sec-1) v = Geschwindigkeit (m/sec) Wellenlänge 10-1m UKW / VHF 1-10-1m UHF 10-4-10-6 Infra-Rot 780-380nm Sichtbares Licht 10-7-10-8m Ultraviolett-Strahlung 10-8-10-9m Röntgen-Strahlung λ hart

Exkurs: Licht Energie hängt von Frequenz ab: Planck‘sches Wirkungsquantum für 1 Photon Wellentheorie: Huygens, Snellius, Fresnel Maxwell Teilchentheorie: Newton (!), Planck, ... Intensitätsverteilung Sonnenlicht

Exkurs: Licht Photometrie Physikalische Grundgröße: Lichtstärke Formelzeichen I SI-Einheit: candela (cd) Lichtstrom Φ =Lichtstärke * (Raum-) Winkel Ω SI-Einheit Lichtstrom lumen (lm) Punktförmige Lichtquelle mit Lichtstärke I

Ausgangsidee: Punktförmiger Strahler mit Gesamtlichtstrom Φ Exkurs: Licht Photometrie R F Welcher Lichtstrom ΦF wirkt auf Fläche F ? Ganze Kugeloberfläche = Verhältnisgleichung: Definition Raumwinkel: Oberflächenstück F / R2 Maßeinheit sr Steradiant Lichtstärke = Lichtstrom / Raumwinkel

Exkurs: Licht Photometrie Physikalische Grundgröße: Lichtstärke [cd] Candela Licht breitet sich in alle Richtungen gleichmäßig aus: Isotropie Ein punktförmiger Strahler sendet Lichtmenge proportional zum Raumwinkel Lichtstrom (Lumen) 1 lm = 1cd * 1 sr Lichtstärke * Raumwinkel Gesamter Lichtstrom des Punktstrahlers (1 cd) 12,5664 lm

Analogie zum Bogenmaß des ebenen Winkels Exkurs: Licht Raumwinkel 1 sr = derjenige Raumwinkel, der aus einer Kugeloberfläche (Radius r) eine Kugel- kappe mit Fläche r*r ausschneidet. Analogie zum Bogenmaß des ebenen Winkels Quelle: www.intl-light.com/handbook Alex Ryer: Light Measurement Handbook

Exkurs: Licht Elektromagnetismus James Clerk Maxwell 1831-1879 Maxwell‘sche Gleichungen Magnetische+Elektrische Felder breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus. Licht = Elektromagnetische Welle ? Quelle: Forschungsverbund Medientechnik Südwest, http://www.foyer.de/fms/

Exkurs: Licht Photometrie Physikalische Definition Candela Normlichtquelle mit 1 cd: 1/60 cm2 „Schwarzkörper“ bei 1770°C (erstarrendes Platin) Zusammenhang mit radiometrischen Einheiten: 1 Watt = 683,0 lm bei 555 nm Wellenlänge Lichtäquivalent Der Kehrwert 683 lm / Watt ist die max. Lichtausbeute für Lampen (theoretisch!)

Exkurs: Licht Empfindlichkeit des menschlichen Auges 1 Watt=683 lm Unterschiede zwischen helladaptiertem und dunkeladaptiertem Auge Lumen berücksichtigt die Empfindlichkeit des menschlichen Auges Quelle: www.intl-light.com/handbook

Exkurs: Licht Photometrie grün grün-gelb Physiolog. Helligkeits- empfindung Physiolog. Helligkeits- empfindung grün grün-gelb Tag-Sehen Nacht-Sehen

Fotometrisches Strahlungsäquivalent Exkurs: Licht Photometrie Fotometrisches Strahlungsäquivalent Violett 390-435 Blau 435-495 Grün 495-570 Gelb 570-590 Orange 590-630 Rot 630-770 Blaugrün Grüngelb Orangerot

Exkurs: Licht Photometrie Gesamtlichtstrom technischer Leuchten Allgebrauchslampe, klar, Doppelwendel, Sockel E27, 60 W Lichtstrom 730 lm, Ausbeute 12,17 lm/W Leuchtstofflampe, 38mm, Warmton 30, 65 W Lichtstrom: 4600 lm, Ausbeute 59 lm/W Quecksilberdampflampe, Klarglas, Leuchtstoff HQL, 80/90 W Lichtstrom 3100 lm, Ausbeute 34,4 lm/W Kerze 5-15 lm Elektronenblitz Bis 40 Mlm (Megalumen)

Exkurs: Licht Beleuchtungsstärke = Lichtstrom / Fläche Formelzeichen E Definition: 1 Lux = 1 lm / m2 etwa 11 lux Belichtungsmesser Sonnenstrahlung: 1,35 kW / m2 922.000 Lux

Exkurs: Licht Beleuchtungsstärke = Lichtstrom / Fläche Definition: 1 lx = 1 lm / m2 Natürliche Beleuchtungsstärken Sonnenlicht im Sommer 100.000 lx Sonnenlicht im Winter 10.000 lx Bedeckter Himmel, Sommer 5.000-20.000 lx Vollmondnacht 0,2 lx Grenze der Farbwahrnehmung: 3 lx Normalbeleuchtungsstärken Wohnräume 40-150 lx Arbeitsräume 40-300 lx allgemein Arbeitsplätze 100-5000 lx

Exkurs: Licht Beleuchtungsstärke = Lichtstrom / Fläche Definition: 1 lx = 1 lm / m2 Beispiel: 65 W Leuchtstofflampe über Schreibtisch 2*1m Lichtstrom gesamt: 4600 lm Auf den Schreibtisch treffen 50 % =2300 lm Beleuchtungsstärke 1.150 lx Arbeitsrechtliche Vorschriften beachten !

Exkurs: Licht Belichtung = Beleuchtungsstärke * Zeit Formelzeichen H SI-Einheit: 1 lx s = Luxsekunde A Fläche Q Lichtmenge = Lichtstrom * Zeit

Exkurs: Licht Leuchtstärke oder Leuchdichte = Lichtstärke / Fläche Formelzeichen L asb = apostilb stilb = cd/m2 1 lm/m2/sr (lumen pro Quadratmeter pro Steradian) = 1 candela/m2 (cd/m2 ) = p apostilbs (asb)

Leuchtdichte L = Lichtstärke / Leuchtfläche [cd/m2] Exkurs: Licht Photometrie Leuchtdichte L = Lichtstärke / Leuchtfläche [cd/m2] Leuchtfläche = scheinbare Fläche senkrecht zur Betrachtungsrichtung I0*cosα α I0 Betrachtungs- richtung Leuchtende Fläche Scheinbare Fläche Lambert‘scher Strahler Ebene Fläche gleichmäßiger Lichtstärke I

Leuchtdichte L = Lichtstärke / Leuchtfläche [cd/m2] Exkurs: Licht Photometrie Leuchtdichte L = Lichtstärke / Leuchtfläche [cd/m2] ! Ausgewählte Leuchtdichten Fluoreszenz Nachthimmel Grauer Himmel Blauer Himmel Mond Sonne am Horizont Mittagssonne Leuchtstofflampe Kerze Wolfram-Glühlampe matt Kohlelichtbogen Quecksilber-Höchstdrucklampe Xenon-Höchstdrucklampe cd/cm2 < 0,01 10-7 < 0,3 < 1 0,25 600 < 150.000 0,2-0,4 5-40 < 18.000 25.000-150.000 50.000-1.000.000 Blendung ab 0,75 cd/cm2

Exkurs: Licht Photometrie Zusammenfassung Lichtstärke I cd Grundgröße Leuchtdichte L cd/m2 Lichtstrom lm = cd*sr Lichtmenge Q lm*s Beleuchtungsstärke E lx = lm/m2 Belichtung H lx * s Raumwinkel sr

Exkurs: Licht Physiologie des Sehens Video, ergo sum !

Exkurs: Licht Physiologie des Sehens Hornhaut: durchsichtig, 5-schichtig vordere Kammer mit Kammerwasser Linse mit ringförmigem Ciliarmuskel dazwischen: Regenbogenhaut (Iris) dahinter: Glaskörper, Augenfüllung dahinter: Netzhaut, Stäbchen (Farbe) und Zapfen (Helligkeit) Zapfen sind in der Mitte (Gelber Fleck, Fovea Centralis) konzentrierter als außen (bestes Sehen) Blinder Fleck: Eintritt des Sehnervs, ohne Sensoren Akkommodation: Ziliarmuskel zieht sich zusammen und verdickt die Linse Jeder Zapfen ist mit einer Nervenzelle verbunden, mehre Stäbchen mit einer ! Aussen ist das Auge besonders empfindlich. Koordination: Synchronisation beider Augen (räumliches Sehen)

Exkurs: Licht Physiologie des Sehens 120 Mio. Stäbchen (Farbsehen) 6 Mio. Zapfen (Helligkeit) Zum Vergleich: CCD Empfindlichkeit der Zapfen für Farben: Zapfen sind empfindlicher: Nachts sind alle Katzen grau!

Trichromatizität des Auges (Thomas Young 1809) Strahlung Auge Farbreiz R,G,B Farbvalenz R-G G-B B-R R+G+B Farbvalenz (Signal an das Gehirn) Rot-Grün- Anteil Blau-Gelb Anteil Farbton, Sättigung Helligkeit Farbempfindung Farbempfindung Gehirn Farbverarbeitung nach George Wald

f Frequenz c Lichtgeschwindigkeit l Wellenlänge Ultraviolett 1809: Thomas Young RGB (nach RYB) Young‘sche Nervenelementreihe 1861: James Clerk Maxwell Drei-Farben-Projektion mit RGB-Diapositiven 1961 (?): George Wald Nobelpreis für Nachweis 3 verschiedener Zapfentypen (Biochemie) Neuere Forschung: Jerry Nathans Gene der Zapfen entschlüsseln Gibt es Tetrachromatizität bei Frauen ? RRGB Blau: 400-500 nm kurzwellig hochfrequent Grün: 500-600 nm Rot: 600-700 nm langwellig niederfrequent Infrarot Wellenlänge

Simultankontrast Simultankontrast Exkurs: Licht Physiologie des Sehens Optische Täuschungen Metamerie Je nach Beleuchtung sehen unterschiedliche Farben gleich aus Sukzessiver Kontrast (Nachbild in Komplementärfarbe) Farbgedächtnis (Baum, Himmel, Haut) Chromatische Adaption (Weißabgleich) Simultankontrast Simultankontrast Farbwahrnehmung wird von Nachbarfarben beinflusst Farbwahrnehmung wird von Nachbarfarben beinflusst

Vorlesung „Medientechnik WS 2000/2001“ Dr. Manfred Jackel Studiengang Computervisualistik Institut für Informatik Universität Koblenz-Landau Rheinau 1 56075 Koblenz © Manfred Jackel E-Mail: jkl@uni-koblenz.de WWW: www.uni-koblenz.de/~jkl mtech.uni-koblenz.de Literatur zu diesem Kapitel: Marchesi: Handbuch der Fotografie 1-3 Alex Ryer: Light Measurement Handbook Fischer, Karl Friedrich u.a.: Taschenbuch der technischen Formeln Kuchling, Horst: Taschenbuch der Physik Hyperlinks zu diesem Kapitel www.int-light.com/handbook Grafik-Quellen