Based on material by Werner Purgathofer, TU Wien, and Horst Bischof, TU Graz Hearn/Baker

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1 Based on material by Werner Purgathofer, TU Wien, and Horst Bischof, TU Graz Hearn/Baker Was ist Licht? Licht = begrenztes Frequenzband des elektromagnetischen Wellenspektrums Rote Farbe: 3.8x10 14 hertz Violette Farbe: 7.9x10 14 hertz Was ist Farbe? Farben werden beschrieben durch Frequenz f Wellenlänge λ c = λf c Lichtgeschwindigkeit rot 700nm, violet 400nm E t λ 1

2 Dominante Frequenz white light reddish light Dominante Frequenz (Farbton, Farbe) Helligkeit (Fläche unter der Kurve) Reinheit E E D E D W E D...vorherrschende Energydichte E W...weißes Licht Energiedichte Vermischung von Farben Farbmischung Komplementäre Farben Mischen produziert weißes Licht rot - cyan, grün - magenta, bluau - gelb Primärfarben Oft 3 Farben Alle möglichen Farbkombinationen: Farbskala Nicht alle sichtbaren Farben möglich Farbabstimmungsfunktionen Spezifische Primärfarben Repräsentation von Spektralfarben Benutzerstudien Menge der RGB Primärfarben sind notwendig um Spektralfarben anzuzeigen 2

3 CIE-Farbmodell (XYZ) Drei imaginäre Farben X, Y, Z 1931 CIE (Commission Internationale de l Eclairage) Positive Farb- Abstimmungsfunktionen Menge der CIE Primärfarben sind notwendig um Spektralfarben anzuzeigen CIE-Farbmodell Formeln XYZ Farbmodell C(λ) = XX + YY + ZZ (X, Y, Z sind Primärfarben) Normalisierte Farbtypen Werte x,y X x = Y y = X + Y + Z X + Y + Z ( z = 1 x y ) Vollständige Beschreibung der Farbe: x, y, Y X+Y+Z=1 CIE-Farbtypen Diagramm Zum Farbskalen vergleichen Zum Identifizieren der Komplementärfarben Zum Bestimmen v. vorherrschender Wellenlänge und Reinheit Spektralgfarbenpostionen sind entlang der Kurvengrenzen 3

4 CIE-Farbtypen Diagramm Zum Farbskalen vergleichen Zum Identifizieren der Komplementärfarben Zum Bestimmen v. vorherrschender Wellenlänge und Spektralgfarbenpostionen Reinheit sind entlang der Kurvengrenzen Eigenschaften des CIE-Diagramms (1) Farttypen sind definiert für ein 2- Primärfarb- und 3 Primärfarbsystem Eigenschaften des CIE-Diagramms (2) Repräsentation der Komplementärfarben am Farbtypendiagramm 4

5 Eigenschaften des CIE-Diagramms(3) Bestimmung der vorherrschenden Wellenlänge und Reinheit mit dem Farbtypendiagramm RGB-Farbmodell Höchste Empfindlichkeit 630nm (rot) 530nm (grün) 450nm (blau) Zusätzliches Farbmodell (monitors) C(λ) = RR + GG + BB RGB-Farbmodell: Ansichten 3 Ansichten des RGB- Würfels 5

6 RGB-Farbmodelltypen RGB (X,Y) CHROMATICITY COORDINATES RGB-Farbraum CMY-Farbmodell Primärfarben Türkis, Violett, Gelb Subtraktives Farbmodell (Drucker/Plotter) C=G+B, verwendet C subtrahiert R C 1 R M = 1 G Y 1 B CMYK zum Drucken C = 1 - R M = 1 - G Y = 1 - B 4-Farb-Drucksystem: CMY und K (black) K = min(c,m,y) C = C - K M = M - K Y = Y - K 6

7 HSV-Farbmodell Intuitivere Farbspezifikationen Abgeleitet vom RGB Farbmodell: Wenn der RGB Farbwürfel entlang der Diagonale weiss-schwarz betracht wird, ist der Farbwürfelgrundriss ein Hexagon HSV-Farbmodell: Hexcone Farbkomponenten: Farbton (hue) (H) [0, 360 ] Sättigung (S) [0, 1] Wert (value) (V) [0, 1] HSV-Hexcone HSV-Farbdefintion Farbdefinition Wähle Farbton, S=1, V=1 Füge schwarze Pigmente hinzu, z.b. verringere V Füge weiße Pigmente hinzu, z.b., verringere S Querschnitt des HSV- Hexcone zeigt Regionen für Farben, Schattierung, Farbtöne 7

8 HLS-Farbmodell Farbkomponenten: Farbton (hue) (H) [0, 360 ] Helligkeit (lightness) (L) [0, 1] Sättigung (S) [0, 1] HLS-Doppelkegel Farbton-Intensität- Sättigung Hue-Intensity- Saturation (HIS) HIS Modell Konversion RGB HIS Verbessere Histogramm von I I inverse Transformation von HI S R G B 8

9 Unterbelichtetes RGB Original in HSI Nur Intensitätskomponente wurde modifiziert, dann Rücktransformation in RGB YIQ Modell Für Fernsehen (NTSC) Y=luminance (schwarz/weiß Komponente) I=R-Y Q=B-Y Y I Q R = M * G B M = 0,299 0,587 0,114 0,596-0,275-0,321 0,212-0,523 0,311 Zusammenfassung: Farbmodelle CIE-XYZ: Standardfarbbeschreibung RGB: für Monitore CMY, CMYK: für Drucker HSV, HLS, HIS: für User Interfaces YIQ: für Fernsehen (NTSC) 9

10 Graustufenbilder Intensität: Dichte: Energie, Licht, Helligkeit 0.0 = dunkel, 1.0 = hell 0.0 = vollständig transparent 1.0 = vollständig undurchsichtig Dynamischer Bildbereich: Empfindlichkeit des Auges zum Verhältniswert 0.11/0.10 und 0.55/0.50 erzeugt selbe Wahrnehmung Weber-Verhältniswert: ΔI/I, I Intensität Monitor und Film Monitor Intensität I = k*n g, k and g konstant N = Anzahl der Elektronen Film Log(energie) vs. Dichte ist ungefähr linear Dynamische Anzeige Verhältnis von größter und niedrigster Intensität: 1000 Film 200 CRT 100 Papierausdruck Ausdruck mit Halbtönen Notiz: 45 Raster ( Screen ) Approximation der Halbtöne = Dithering 10

11 2 x 2 Raster Hinzufügen eines Pixels nach dem anderen, vermeidet Streifen 3 x 3 Raster Dithering mit 3 x 3 Pixel D (3)...Dither Matrix Farbkodierung 11

12 Isofläche 12

13 Digitale Farbabtastung Beam Splitter 13

14 Rotierende Farbglasräder Foveon X3 CCD Frame Imaging: Direkte Farbe mit Bayer-Pattern 14

15 Quelle: Enerquest Web Site Enerquest Digital Kamera 4K x 4K, Farbe vom Bayer Pattern Emerge Beispielsbild, LAX, 4K x 4K Pixels von der Emerge Web Site R G R G R G B G B G R G R G R G B G B G R G R G R 15

16 Nearest Bilinear HamiltonNeighbor 16

17 Weiterführende LVAs Echtzeitgraphik (WS, Schmalstieg) Web3D (SS, Grabner) Virtual Reality (SS, Schmalstieg) Augmented Reality (SS, Schmalstieg) AK Computergrafik (WS Grabner/Kalkusch) Forschungsseminar Virtual Reality (WS, Schmalstieg) Open Lab Night Anfang Okt. 2007! 17