Medientechnik WS 2012/13. Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau

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1 Medientechnik WS 2012/13 Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 1

2 Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 2

3 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.) Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 3

4 nm = 10-9 m THz = /sec λ = Wellenlänge (m) f = Frequenz (sec -1 ) v = Geschwindigkeit (m/sec) Spektrum des sichtbaren Lichtes Wellenlänge 380 nm-780 nm Lichtgeschwindigkeit 3*10 8 m/s Frequenzbereich THz U S λ v = λ * f Wellenlänge 1/f 10-1m UKW / VHF m UHF Infra-Rot nm Sichtbares Licht m Ultraviolett-Strahlung m Röntgen-Strahlung hart Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 4

5 Energie hängt von Frequenz ab: Planck sches Wirkungsquantum Q = h* f h = 6,62*10 34 W sec 2 für 1 Photon Wellentheorie: Huygens, Snellius, Fresnel Maxwell Teilchentheorie: Newton (!), Planck,... Intensitätsverteilung Sonnenlicht Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 5

6 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 Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 6

7 Physikalische Grundgröße: Lichtstärke Formelzeichen I SI-Einheit: candela (cd) Lichtstrom Φ =Lichtstärke I *(Raum-) Winkel Ω SI-Einheit Lichtstrom lumen (lm) Punktförmige Lichtquelle mit Lichtstärke I Lichtstärke= Strahlungsleistung pro Raumwinkel Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 7

8 Bogenmaß des Winkels = Länge des Kreisbogens b / Länge des Radius b Bogenmaß ist dimensionslos 0.. 2π, Maß rad (Radiant) Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 8

9 Welcher Lichtstrom Φ F wirkt auf Fläche F? Ganze Kugeloberfläche = Verhältnisgleichung: Φ π R =Φ 2 :4 F : A 2 4πR Ausgangsidee: Punktförmiger Strahler mit Gesamtlichtstrom Φ A Φ A =Φ* Definition Raumwinkel: 4 2 π R Φ A =Φ* Ω 4 π Lichtstärke = Lichtstrom / Raumwinkel R A Oberflächenstück F / R 2 A [ ] Ω= 2 Ω 0..4π R Maßeinheit sr Steradiant lm 1 1 cd sr = Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 9

10 Système Internationale d Unités das Meter (m) als Einheit der Länge das Kilogramm (kg) als Einheit der Masse die Sekunde (s) als Einheit der Zeit das Ampere (A) als Einheit der elektrischen Stromstärke das Kelvin (K) als Einheit der thermodynamischen Temperatur das Mol (mol) als Einheit der Stoffmenge die Candela (cd) als Einheit der Lichtstärke Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 10

11 10 24 Yotta Y Zetta Z Exa E Peta P Tera T 10 9 Giga G 10 6 Mega M 10 3 Kilo k 10 2 Hekto h Potenz 10 1 Deka Name Zeichen d 10 1 Dezi d 10 2 Zenti c 10 3 Milli m 10 6 Mikro µ 10 9 Nano n Piko p Femto f Atto a Zepto z Potenz Yokto Name y Zeichen Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 11

12 1 sr = derjenige Raumwinkel, der aus einer Kugeloberfläche (Radius r) eine Kugelkappe mit Fläche r*r ausschneidet. Quelle: Alex Ryer: Light Measurement Handbook Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 12

13 Theorie der elektromagnetischen Wellen Maxwell sche Gleichungen Drahtlose Telegrafie 1899 James Clerk Maxwell Nachweis elektromagnetischer Wellen, breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus. Quelle: Forschungsverbund Medientechnik Medientechnik Südwest, WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 13

14 Physikalische Definition Candela Normlichtquelle mit 1 cd: 1/60 cm 2 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!) Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 14

15 1 Watt=683 lm Unterschiede zwischen helladaptiertem und dunkeladaptiertem Auge Luminanz berücksichtigt die Empfindlichkeit des menschlichen Auges Quelle: Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 15

16 Physiolog. Helligkeitsempfindung Physiolog. Helligkeitsempfindung grün grün-gelb Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 16 Tag-Sehen Nacht-Sehen

17 K λ = K V ( ) ( ) max λ Spektraler Hellempfindlichkeitsgrad V(λ) (Tagessehen) K = max 683 lm/w 1,2 1 Violett Blau Grün Gelb Orange Rot V(λ) 0,8 0,6 0,4 Reihe1 0, Wellenlänge λ (nm) Blaugrün Grüngelb Orangerot Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 17

18 Gesamtlichtstrom technischer Leuchten Allgebrauchslampe, klar, Doppelwendel, Sockel E27, 60 W Lichtstrom 730 lm, Ausbeute 12,17 lm/w E Leuchtstofflampe, 38mm, Warmton 30, 54 W Lichtstrom: 4450 lm, Ausbeute 82 lm/w B Natriumdampflampe, NAV, 68 W Lichtstrom 5400 lm, Ausbeute 79lm/W Kerze 5-15 lm Elektronenblitz Bis 40 Mlm (Megalumen) Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 18

19 Definition: 1 Lux = 1 lm / m 2 E = Φ A Belichtungsmesser Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 19

20 Definition: 1 lx = 1 lm / m 2 Natürliche Beleuchtungsstärken Sonnenlicht im Sommer lx Sonnenlicht im Winter lx Bedeckter Himmel, Sommer lx Vollmondnacht 0,2 lx Grenze der Farbwahrnehmung: 3 lx Normalbeleuchtungsstärken Wohnräume lx Arbeitsräume lx allgemein Arbeitsplätze lx Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 20

21 Definition: 1 lx = 1 lm / m 2 Beispiel: 65 W Leuchtstofflampe über Schreibtisch 2*1m Lichtstrom gesamt: 4600 lm Auf den Schreibtisch treffen 50 % =2300 lm Beleuchtungsstärke lx Arbeitsrechtliche Vorschriften beachten! Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 21

22 SI-Einheit: 1 lx s = Luxsekunde Φ H = Et = t = A Q A Leistung*Zeit= Arbeit A Fläche Q Lichtmenge = Lichtstrom * Zeit Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 22

23 Leuchtdichte ist subjektiv Helligkeit L = I A asb = apostilb stilb = cd/m2 1 lm/m 2 /sr (lumen pro Quadratmeter pro Steradian) = 1 candela/m 2 (cd/m 2 ) = π apostilbs (asb) Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 23

24 Lichtstärke I cd Grundgröße Leuchtdichte L cd/m 2 Lichtstrom Φ lm = cd*sr Lichtmenge Q lm*s Beleuchtungsstärke E lx = lm/m 2 Belichtung H lx * s Raumwinkel Ω sr Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 24

25 Vorlesung Medientechnik WS 2012/13 Dr. Manfred Jackel Studiengang Computervisualistik Universität Koblenz-Landau Campus Koblenz Postfach Koblenz Manfred Jackel WWW: 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 Grafik-Quellen de.wikipedia.org/wiki/farbensehen EGB s Welt EGB s Welt Medientechnik WS 2012/13 Manfred Jackel Universität Koblenz-Landau 25