Digitale Bildverarbeitung (DBV) Prof. Dr.‐Ing. Heinz‐Jürgen Przybilla Labor für Photogrammetrie Email: heinz‐juergen.przybilla@hs‐bochum.de Tel. 0234‐32‐10517 Sprechstunde: Montags 13 – 14 Uhr und nach Vereinbarung HS BO – Labor für Photogrammetrie:
Farbmodelle
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Bildspeicherung ‐ Farbmodelle ‐
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Farbmodelle Da das menschliche Auge auf Farbsehen eingestellt ist, stellt der Verzicht auf Farbe bei der Bildaufnahme und –verarbeitung eine Einschränkung dar, hier insbesondere bei der visuellen Betrachtung und Interpretation.
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Farbmodelle Das menschliche Auge kann mehrere Tausend Farbtöne und ‐intensitäten unter‐ scheiden, im Gegensatz zur Grauton‐ abstufung, die auf ca. 30 beschränkt ist.
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Farbmodelle Neben den Grundlagenkenntnissen über die physikalischen Farben sind für den Umgang mit Farbbildern Modelle notwendig, die die Farben systematisch einteilen und rechnerisch bearbeitbar machen.
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Farbmodelle Die drei bekanntesten Farbmodelle sind das: RGB Farbmodell CYMK Farbmodell HSI (HSB) Farbmodell
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RGB Farbmodell Das RGB‐Farbmodell ist das am weitesten verbreitete Farbmodell. Es findet sich in digitalen Kameras (z.B. Bayer‐Pattern) wieder und wird darüber hinaus für die Bildschirmdarstellung genutzt.
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RGB Farbmodell Die Farbe wird innerhalb eines Würfels durch Angabe von Koordinaten, die den Farbanteilen entsprechen, festgelegt. Der Ursprung des normierten Würfels (der Seitenlänge 1) ist P(0,0,0) = schwarz, der Maximalwert P(1,1,1) = weiß. Die Diagonale (alle drei Werte sind gleich groß) ist die Grauwertdiagonale. HS BO – Labor für Photogrammetrie:
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RGB Farbmodell
Sättigung
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RGB Farbmodell Dieser Definition entsprechend sind die Farben RGB die Primärfarben des Lichtes. Die Addition der drei RBG‐Farben ergibt WEISS, daher werden sie auch als additive Farben bezeichnet.
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RGB Farbmodell Für alle Punkte, für die auf der durch das in den Würfel eingezeichnete gleich‐ seitige Dreieck (Maxwellsches Dreieck) bestimmten Ebene liegen, ist die Summe der drei Vektorkomponenten, die ein Maß für die Helligkeit ist, konstant und hat den Wert 1. Der Schnittpunkt einer durch einen beliebigen Farbvektor definierten Geraden mit dem Dreieck gibt Aufschluss über Farbwert und Sättigung. HS BO – Labor für Photogrammetrie:
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CYMK Farbmodell Das CYM Farbmodell basiert ebenfalls auf einem kartesischen Koordinatensystem. Der Ursprung liegt dem RGB‐System diagonal gegenüber. Die Farben sind Cyan (blaugrün) Magenta Yellow (Gelb) HS BO – Labor für Photogrammetrie:
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CYMK Farbmodell Die Farbe wird innerhalb eines Würfels durch Angabe von Koordinaten, die den Farbanteilen entsprechen, festgelegt. Der Ursprung des normier‐ ten Würfels (der Seitenlän‐ ge 1) ist P(0,0,0) = weiß, der Max‐wert P(1,1,1) = schwarz. HS BO – Labor für Photogrammetrie:
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CYMK Farbmodell Die Farben C, Y, M sind sogenannte Pigmentfarben (Plotter, Drucker). In der Praxis kommt als vierte Komponente noch Schwarz (blacK / Key) dazu, da Schwarz sich aus CYM nur unzureichend realisieren lässt.
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CYMK Farbmodell Die Umrechnung von RGB nach CYM lautet als normierte Vektordarstellung: 1 1 1
mit 1 = weiß
sowie 1 1 1
mit 1 = schwarz
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CYMK Farbmodell Da entsprechend der Umrechnungsformel aus weißem Licht durch Subtraktion einer Lichtprimärfarbe eine Pigmentprimärfarbe entsteht, werden die CYM Farben auch subtraktive Farben genannt (z.B. CYAN = WEISS ‐ ROT). Trifft weißes Licht auf einen cyanfarbenen Untergrund wird rot absorbiert und cyan reflektiert. HS BO – Labor für Photogrammetrie:
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RGB Farbmodell Die subtraktiven (CYM) und additiven (RGB) Farben sind Komplementärfarben.
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RGB Farbmodell Jedes subtraktives Farbenpaar erzeugt eine additive Farbe und umgekehrt. Additiv Cyan = Blau + Grün =
Subtraktiv Weiß - Rot
Gelb =
Grün + Rot =
Weiß - Blau
Magenta =
Rot + Blau =
Weiß - Grün
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HSI (HSB) Farbmodell Das HSI‐Modell (Hue Saturation Intensity Farbe, Farbsättigung, Helligkeit) basiert auf der menschlichen Farbwahrnehmung und beschreibt die 3 Grundmerkmale von Farbe.
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HSI (HSB) Farbmodell HUE – Farbe, Farbton, Licht‐Wellenlänge: Ist die Farbe, von einem Objekt reflektiert wir. Der Farbton wird als Gradzahl zwischen 0° und 360° auf dem Standard‐Farbkreis angegeben. Der Farbton wird mit dem Namen der Farbe (z.B. Rot, Orange etc.) bezeichnet. HS BO – Labor für Photogrammetrie:
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HSI (HSB) Farbmodell HUE – Farbe, Farbton, Licht‐Wellenlänge:
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HSI (HSB) Farbmodell Saturation – Sättigung, Weißheit der Farbe: Auch Chroma genannt, ist die Stärke oder Reinheit der Farbe. Sie beschreibt den Grauanteil im Verhältnis zum Farbton und wird als Prozentwert zwischen 0% (grau) und 100% (gesättigt) gemessen. Nimmt auf dem Standard‐Farbkreis zum Rand hin zu (Radius) HS BO – Labor für Photogrammetrie:
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HSI (HSB) Farbmodell Saturation – Sättigung, Weißheit der Farbe:
0
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100
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HSI (HSB) Farbmodell Intensity / Brightness – Intensität, Helligkeit der Farbe: Stellt die relative Helligkeit oder Dunkelheit der Farbe dar, meistens als Prozentwert zwischen 0% (schwarz) und 100% (weiß)
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HSI (HSB) Farbmodell
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RGB‐Farbraumtransformation Umwandlung in Graustufenbilder Der Grauwert Y des zu berechnenden Graustufenbildes ergibt sich als (gewichteter) Mittelwert der RGB‐Komponenten. a) ungewichtet: b) gewichtet für Farbcodierung:
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RGB‐Farbraumtransformation Umwandlung in CYMK Farbraum für Druck Subtraktives Farbschema
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RGB‐Farbraumtransformation Umwandlung in HSI Farbraum Farbton (Hue)
360
mit
cos
Sättigung (Saturation)
1
Intensität (Intensity)
/
, ,
I
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RGB‐Farbraumtransformation Rücktransformation vom HSI in den RGB Farbraum für 0°
