Visualisierung WS 2006/07 Farbsysteme und -skalen

Transkript

1 Visualisierung WS 2006/07 Farbsysteme und -skalen Dr. Tobias Breiner Inhalt Wiederholung und Vertiefung Grassmannsche Gesetze Farbsysteme Farbskalen Einsatzgebiete 1

2 Farbwahrnehmung ist nicht absolut! Farbwahrnehmungseffekte Simultankontrast Farbtonverschiebung durch Nachbarfarben Bezold-Brücke Effekt Farbtonverschiebung bei Veränderung der Helligkeit Braun Effekt Die Farbe Braun benötigt eine Referenzfarbe für die Wahrnehmung Helmholz-Kohlrausch Effekt Farbiges Licht erscheint heller trotz gleicher Luminanz Abney Effekt Addition weißen Lichts erzeugt Farbtonverschiebungen Farbeffekt durch Größe Kleine Farbflächen wirken intensiver Irridationseffekt Weiße Rechtecke wirken länger als schwarze! Farbwahrnehmungseffekte Simultankontrast " 2

3 Farbwahrnehmungseffekte Bezold-Brücke Effekt Farbtonverschiebung bei Veränderung des Adaptionsniveaus und Umgebungshelligkeit $%&% ' (&% )$ # Farbwahrnehmungseffekte Braun-Effekt *

4 Farbwahrnehmungseffekte Braun-Effekt Farbwahrnehmungseffekte Die Farbe Braun ', $%-',% ',.$% / 012$% + 4

5 Farbwahrnehmungseffekte Helmholz-Kohlrausch Effekt Farbiges Licht erscheint heller trotz gleicher Luminanz Farbwahrnehmungseffekte Farbeffekt durch Größe Kleine Farbflächen wirken intensiver und weniger rein 5

6 Farbwahrnehmungseffekte Farbeffekt durch Größe E E Das kleine E wirkt auf dem dunklen Hintergrund dunkler als das große E. Farbe des großen E wirkt reiner. Farbwahrnehmungseffekte Irridationseffekt Weiße Rechtecke wirken länger als schwarze 6

7 Farbstereoskopie! Farbstereoskopie Erklärung B A AB " 7

8 Rezeptoren für kurze Wellenlängen Blue text on a dark background is to be avoided. We have very few short-wavelength sensitive cones in the retina and they are not very sensitive Blue text on a dark background is to be avoided. We have very few short-wavelength sensitive cones in the retina and they are not very sensitive. Chromatic aberration in the eye is also a problem Blue text on dark background is to be avoided. We have very few short-wavelength sensitive cones in the retina and they are not very sensitive Blue text on a dark background is to be avoided. We have very few short-wavelength sensitive cones in the retina and they are not very sensitive # Nächstes Kapitel Grassmannsche Gesetze Wiederholung und Vertiefung Grassmannsche Gesetze Farbsysteme Farbskalen Einsatzgebiete * 8

9 Grassmann sche Gesetze (185) (4 5$%4'6 7,$%8% '%($%'% $%%9 )$:% 4;< Farben können als Vektoren eines dreidimensionalen Vektorraumes aufgefasst werden Die Vektoren dieses Farbraums heißen Farbvalenzen Die Länge eines Vektors ist ein Maß für die Leuchtdichte und heißt Farbwert, seine Richtung bestimmt die Farbart Folgerung: Primärvalenzen &8 2 ; %9 => 9'?: - '@ A %9:> 9'$% $%B$% > 9' + 9

10 Folgerung: Farbmischung l l B> 9'-:4:9$%) 8'$% 6 0-C4C l l B', 2 $% A/ $% ')$%$% > 9'@=,$%? ;$% Grassmann sche Gesetze (185) Zweites Grassmann sches Gesetz: Gleich aussehende Farben ergeben mit einer dritten Farbe stets gleich aussehende Farbmischungen. Das heißt, dass es bei der Beurteilung von Gleichheit zweier Farben nur auf die Farbvalenz, nicht auf ihre spektrale Verteilung ankommt. Die spektrale Verteilung und die Wahl der Primärvalenzen spielen keine Rolle. 10

11 Metamerie Mischexperimenten zeigen: Ganz unterschiedliche Spektren können die selben Farbreize erzeugen Metamerie Wagner, Patrick :

12 Was ist Weiß? ED F&<G ($%'F,<G %@%$%D$%,'% Nächstes Kapitel Farbsysteme Wiederholung und Vertiefung Grassmannsche Gesetze Farbsysteme Farbskalen Einsatzgebiete " 12

13 Goethes Farbenkreis Auf alles was ich als Poet geleistet habe, bilde ich mir gar nichts ein.... Das ich aber in meinem Jahrhundert der einzige bin, der das Rechte (Anm.: in Bezug auf Farbe) weiß, darauf tue ich mir etwas zugute, und ich habe daher ein Bewusstsein der Superiorität über viele. Johann Wolfgang von Goethe # Farbwahrnehmung - >' l -'@6 7@ l =?6 =)? l =%?6 % l D9=D?6 4GJ D%=4'? l K46-4):4 * 1

14 Gegenfarbenkomponenten F Frühe Berechnung von Gegenfarbenkomponenten Long (red) Med (green) Short (blue) Luminance R-G Y-B Ortsauflösung in den Farbkanälen iso- oder equiluminate Muster LD,: ':, $%,$% /$%;,$%: $%:,< FE,$%>%: $% $%$% M%%': -$%,<:$%, ':$%%%,D@9)G %4%: 9<N$% + 14

15 Eigenschaften der Kanäle L ' I D$%, D H% $% I9 N9$% -:): ; Folgerungen -$% $%' l : l N8,: l ( l =,.? '@9 E(-6 l F)$%GE N8 l E Ł O%=)$%:?! 15

16 Chromatische Kanäle und Ortsauflösung B6H% $% I9 % N; I = L '? ), :1 empfohlen 10:1 ideal für kleinen Text Some Natural philosophers suppose that these colors arise from accidental vapours diffused in the air, which communicate their own hues to the shadows; so that the colours of the shadows are occasioned by the reflection of any given sky colour: the above observations favour this opinion. Text on an isoluminant background is hard to read! Farbmischprinzipien: Additive Mischung EL$%6 %, E$%' G($%JP D'='$%A?6 D =;$%A?6B Grundfarben: Rot Grün Blau Hintergrund: Summenfarbe: Schwarz Weiß! 16

17 Das RGB-Modell Alle darstellbare Farben als Punkte eines Einheitswürfels Primärfarben Rot, Grün und Blau auf den positiven Halbachsen Eigenschaften: Schwarz im Ursprung (0,0,0) Weiß im Punkt (1,1,1) Grauwerte, darstellbar durch gleichgroße Anteile von R, G und B, liegen auf der Hauptdiagonalen des Einheitswürfels!! Farbmischprinzipien: Subtraktive Mischung D B$%6 l 49=? l $@ CMY Grundfarben: Cyan Magenta Gelb Hintergrund: Summenfarbe: (CMYK) Hilfsfarbe: Weiß Schwarz Schwarz!" 17

18 RGB Ł CMY(K) Primär- sind Sekundär- und Sekundär- sind Primärfarben im jeweiligen Gegenmischsystem!# RGB Ł CMY(K) C M Y = R G B R G B = C M Y K := min(c,m,y) C := C-K M := M-K Y := Y-K Achtung: Weder RGB noch CMY(K) sind kalibrierte Farbangaben!* 18

19 Aspekte des RGB-Systems > -4D 6 l &Q&)Q&Q (-'),R l &' B$%-:4:Q -4D $%$%,%% l &;$%$% E9@',Q $%%' E$% ',$% $%D $%,R! HSV & HLS 19

20 YUV & YIQ E%, L ' =S?$ =/K2? S/2)M>4H SAT/DE2 26 ;$%! Messen von Farben: Colorimetrie CIE: Commission International de l Eclaireage l Internationale Beleuchtungskommission Normalbeobachter für Farbmischversuche l 2 o Sehfeld: CIE 191 l 10 o Sehfeld: CIE 1961 Hellempfindlichkeit Y leicht zu realisierende Lichtquellen ( monochromatisch ), mit denen man fast alle Farben mischen kann. l 700 nm CIE Rot l 546,1 nm CIE Grün l 45,8 nm CIE Blau Detlef Krömker " 20

21 Experimente zur Farbwahrnehmung a b G+B +R " Normalbeobachter!L$%U $% 01 & HB$% $$% D$% = ##: #? 4) ) D%, " 21

22 Ergebnisse von Farbmischversuchen ( $%$% r, g, b L ' > 9'V:S:76 l 2 I') l :> l (6 x, y, z IM= #?2 = +? "! Virtuelle Primärvalenzen z 2 1,8 1,6 y x 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, ,2 "" 22

23 CIE XYZ X = k PRxdλ Y = k PRydλ k = Z = k PRzdλ 100 Pydλ Y = 100: ideale nichtfluorezierende weiße Fläche & 6 H% $ H =O,? x = y = z = X X + Y + Z Y X + Y + Z Z X + Y + Z "# CIE XYZ Color System (191) V l l S l 7 l l I@ -4)E I I@ 4E I "* 2

24 CIE XYZ Color System (191) O, =H% $H? X x = X + Y + Z Y y = X + Y + Z z = 1 x E l HA(=.::S? " Normfarbtafel CIE Chromaticity Diagram 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0, 0,2 0, ,1 0,2 0, 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 "+ 24

25 Normfarbtafel CIE Chromaticity Diagram " Normfarbtafel CIE Chromaticity Diagram Bildquelle: Müller: # 25

26 Normfarbtafel CIE Chromaticity Diagram Spektralfarben Purpurgerade # Normfarbtafel CIE Chromaticity Diagram A B C Farbwert (Hue) basierend auf der dominaten Wellenlänge Sättigung/Reinheit AB S = AC Weißpunkt # 26

27 Normfarbtafel CIE Chromaticity Diagram E D Gegenfarben AD AB = AE AC A B C Weißpunkt Normfarbwert #! Transformation von RGB nach CIE-XYZ V:S:7O, ) -: 4:=' O, >%@%? 4$%6@ VS7& ) VS7@ X X Y = Z Z Y R R R X Y G Z G G X Y B Z B B R G B #" 27

28 Transformation von CIE-XYZ nach RGB > 9' -:4: -4&) VS7@ X X Y = Y Z Z R R R X Y Z G G G X R B Y G B Z B B ## Lichtquellen und Weißpunkt HA(A E=+#"I? l & HA(A 6 l B HA(A H6 l $ : l &,$'A *# = *#? *# #* 28

29 Gamut und Weißpunkte # Gamut #+ 29

30 Gamut & # Weißpunkte in der Normfarbtafel * 0

31 Monitorphosphore: Primärvalenzen 0, ,8 0,7 0,6 0, Weißpunkt: einstellbar aber fest 0,4 0, ,2 0, ,1 0,2 0, 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 * Gamut und Luminanz ' $% * 1

32 Chrominanzstufen *! McAdam Ellipsen $% ' $% ' $%$% &%%,6B$E W (@ *" 2

33 Diskussion CIE 191 Farbnormtafel + -werte O '@VS7:S. ($%B$%@6 B$%',> 9' 2XE $% $% B$%> 9' %@$ 9$%' 6 l 4$%&<@ O9%,)=,%?D9=@? *# Diskussion CIE 191 Farbnormtafel + -werte I-4&$% E> 9'C&<@ ;$% E(- (@$%$% $%$% &%% 6 l Y%$% l 9, ;R **

34 CIE-LUV und CIE-LAB 4$%9 l HA(LE= *?) $% l HA(L/2= *?) $% : $% $% 9 $%R * CIE-LUV und CIE-LAB Bildquelle: *+ 4

35 CIELUV 1976 u ' = 4 X X + 15Y + Z v ' = 9Y X + 1 5Y + Z Y L * = w enn Y / Yn > 0, Y L * = 9 0, ( Y / Y ) sonst u* = 1 L * ( u ' u ' ) v* = 1 L * ( v ' v ' ) n 1/ n n n E * = ( L * ) + ( u*) + ( v * ) u v * Der Spektrallinienzug im u*v*- Diagramm v* 200 gelb grün rot u* blau

36 6 CIELAB 1976 ( ) ( ) , / / ) / ( 7,787 1/ 0, / / ) / ( 7,787 1/ 0, / 116 / 16 ) / ( 7,787 1/ 1/ 1/ 1/ 1/ 1/ *) ( *) ( *) ( * 200 * 500 * * b a L E ersetze Z Z Y Y b Y Y X X a Y Y L ab n Z Z wenn n Z Z n Z Z n X X wenn n X X n X X n Y Y wenn n Y Y n Y Y n n n n n + + = = = = + = + = + = CIELUV und CIELAB

37 CIELUV/CIELAB-Diskussion B' )N8$%4;< 4 HA(LE%'%; 4L.:ZZ $%ZZ HA(L/2,)HA(LE B,'6 l 4L= $%? l WW)HA(L/2 l B9! Kritik CIELAB / CIELUV > HA(L/2HA(LE l 4<9, l 9)N8=[?,%% " 7

38 Small-Field Tritanopia # Kleinfeld-Korrekturen II$%D B = +#? [( K L*) + ( K u*) + ( K *) ] 1/ 2 E * = v uv sf L u v D%, IL I I! :+# : :!! * :## :* :"! + :+# : :! " :# : : :! :! : * 8

39 Nächstes Kapitel Farbskalen Wiederholung und Vertiefung Grassmannsche Gesetze Farbsysteme Farbskalen Einsatzgebiete Einsatzgebiete für Farbe )E ', l LE l 4@@B $% 2UE@ l 2 l 2U + 9

40 Ordinale Daten M$%E6 l D$%A'6 Ł &%, l P$%2$%6 Ł E, ' > 6&4;< Quantitative Daten Beachte: Immer nur einen Teil der Buntton-Skala Benutzen Die zwei unteren Verfahren erlauben den Einsatz von Farbtabellen (Color-Look-Up-Table) + 40

41 l 4,62 l 62=D9? E@ l E-4-$%', l ED2:LD:9 ;$% l D@'-' + RGB ist wahrnemungsmäßig nicht gleichabständig! FB(250,220,50) Orange FC(200,220,100) Olivgrün FA(200,220,50) Olivgrün FE(200,170,50) FD(200,220,0) Braun Olivgrün + 41

42 Grauwertskalen 9<$%9 4, Y i = Y 0 + i ν ( Y n n Y 0 ) mit ν (nach Stevens) )$$%4 ) 6:! :+ Y i = Y i + n ν γ ( Y ) 0 n Y 0 I 67,( $%R +! Farbskalen Aufgabe: Bringen Sie die Farbe in eine Ordnung! +" 42

43 Farbskalen DU$ DU$ +# Beispiele für spezielle Farbskalen Farbton-Skala (Hue) Regenbogenskala Temperaturfarbskala Magenta-Farbskala +* 4

44 Regenbogenfarbskala A 4'' )$%-: $%=D9?:%9 % )$%, D8FO)$%GN ',%:,$%%@ = %9>%? '- ''9'$% + Temperatur-Farbskala (Heated Object Scale) B' c a a a ( x ) = a ( x ) R + a ( x) G + a ( x) ( x) 1 ( x ) 2 ( x ) x für x = 1 1 für x > 1 0 für x 1 2 = x 1 für < x 2 1 für x > 2 0 für x = 2 x 2 für x > B ++ 44

45 Magenta-Farbskala O$%L,' 2$%'': B$%) $% I) ( x) = a ( x) R + a ( x) G + a ( x) ( x) ( x) 1 x für x = 1 1 für x > 2 0 für x = 2 x 2 für x > 1 0 für x 1 2 für < x 2 für x > a( x) = x 1 1 c a a B + Zwei wesentliche Fragestellungen l FD@'G:F9G FI9 G0D &,%% Q l I',%% 7:,$% IQ 45

46 Wahrnehmung von Formen bzw. Strukturen Einige Regeln für den Einsatz von Farbskalen &,%% 9< DU';,: ' l 4,: l -4)D l 4D l D9 46

47 Einige Regeln für den Einsatz von Farbskalen 2$%D) $% $%$%6 l 4<$% Ł L ' l 4$% Ł D9! Einige Regeln für den Einsatz von Farbskalen / D;$% 2,HA(L/2=HA(LE?,, $% D %%,R " 47

48 Einige Regeln für den Einsatz von Farbskalen )E, ': $%$% l B %$% ND@:' HA(L/2 % l E$%$%$% # Einige Regeln für den Einsatz von Farbskalen $%&%% $%$%D / D &,%% ':$% ;% DD% H4 ' * 48

49 Einige Regeln für den Einsatz von Farbskalen E$%%%$%' )$$%R l '6 B:4 ++ D$% :B) Meyer, Greenberg 1988 Effekte von Farbfehlsichtigkeiten auf Farbskalen Regenbogenskala Protanopie Deuteranopie Tritanopie + 49

50 Effekte von Farbfehlsichtigkeiten auf Farbskalen Magentaskala Temperaturfarbskala Protanopie Protanopie Deuteranopie Deuteranopie Tritanopie Tritanopie =>Magenta-und Temperaturfarbskala werden von Farbfehlsichtigen besser erkannt als die Spektralskala. Allgemeine Regeln zur Visualisierung mit Farbe 2, 7)$%R=& % %? 2,'4@@' /)' D$%R A D;R 2,,%R l O'B@%E,R 4)O' R 'IR 2, LR 50

51 Allgemeine Regeln zur Visualisierung mit Farbe 2,)<9$%$% )LR 2,) 7 $R =-$%-$%)? 2,$%,':,<>@%R 2,)$%-:$% $%X2 2,$%; )$% -R 2, ;$%$% %%$%9 : <@ /$%:' R )$$% ;$%$% $%9$%R Zusammenfassung 2&%% 9$%$% 4% L '$%,$%%;% N;,%% ) : U &$% 51

52 Ende Danke für Ihr Interesse!! 52