In der vorliegenden Arbeit werden die
wichtigsten Farbräume in der
Bildverarbeitung vorgestellt: RGB,
CMYK, HSV, YUV und CIE XYZ.
Dazu werden zu Beginn drei Typen von
Farbmischungen beschrieben, auf denen
die Farbräume RGB und CMYK
basieren. Im letzten Teil werden die
Farbhistogramme behandelt, die
beispielsweise bei der inhaltsbasierten
Bildsuche verwendet werden.
Abstract
In der vorliegenden Arbeit werden die wichtigsten Farbräume in der Bildverarbeitung vorgestellt: RGB, CMYK, HSV, YUV und CIE XYZ. Dazu werden zu Beginn drei Typen von Farbmischungen beschrieben, auf denen die Farbräume RGB und CMYK basieren. Im letzten Teil werden die Farbhistogramme behandelt, die beispielsweise bei der inhaltsbasierten Bildsuche verwendet werden.
1 Einleitung
Farbräume spielen in der digitalen Bildverarbeitung, Farbmetrik und im Color Management eine wichtige Rolle. Farbräume bestimmen die präzise Darstellung der Farbwerte einer konkreten farbgebenden Methode. Es existieren inzwischen ca. 30-40 Farbräume[1], die aber zum größten Teil gerätespezifisch sind. Aus diesem Grund werden in dieser Arbeit nur die grundlegenden Farbräume: RGB, CMYK, HSV, YUV und CIE XYZ betrachtet.
Da die meistverwendeten Farbräume: RGB und CMYK, auf unterschiedlichen Farbmischungen basieren, die für das Verständnis von diesen Farbräumen notwendig sind, werden sie auch am Anfang des zweiten Kapitels kurz erläutert. Die Farbhistogramme eignen sich aufgrund von Invarianz gegenüber Größe, Verschiebung und Rotation eines Bildes gut für die inhaltsbasierte Bildersuche, auch CBIR[1] genannt.
2 Grundlagen zu Farbräumen
2.1 Farbmischungen
Nach der trichromatischen Theorie von Young und Helmholtz kann aus einer Mischung geeigneter Spektralfarben (im Bereich 424nm - 676nm) jede reele Farbe erzeugt werden [3]. Aus diesen Spektralfarben, auch Primärfarben genannt, werden Mischfarben erzeugt [2]. Es gibt zwei prinzipiell unterschiedliche Arten der Farbmischung [2], die dritte Art entsteht aus ihrer Kombination.
2.1.1 Additive Farbmischung
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1. Additive Farbmischung, Überlagerung der drei Farbstrahler, Quelle: www.grafikdesign.com
Wenn sich farbige Lichter überlagern, und es zu einer Addition der Wellenlängen bei dem Eintreffen auf der Netzhaut kommt, spricht man von Additiver Farbmischung [4]. Dabei wird eine bestimmte Farbe durch gleichzeitige optische Anregung der retinalen Photopigmente des Auges mit farbigem
Licht erzeugt [4]. Als drei Farben der Lichtstrahler werden typischerweise Rot, Grün und Blau verwendet. Bei der Überlagerung von allen drei Strahlern entsteht die Farbe Weiß. Wenn sich nur zwei Strahler überlagern, werden die sog. Sekundärfarben erzeugt [2]. In Abbildung 1 wird die Überlagerung von drei Primästrahlern gezeigt.
2.1.2 Subtraktive Farbmischung
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2. Subtraktive Farbmischung, Quelle: http://docs.gimp.org
Von einer subtraktiven Farbmischung spricht man, wenn ein Teil des auf einen Körper eintreffenden polychromatischen Lichtes absorbiert (Transmission) und der Rest reflektiert (Remission) wird [2]. Wenn alle Lichtanteile absorbiert werden, ensteht die Farbe Schwarz, bei der vollen Reflexion des sichbaren Lichtspekrtums die Farbe Weiß.
Abbildung 2 verdeutlicht diesen Sachverhalt.
2.1.3 Autotypische Farbmischung
Durch das Übereinander- und Nebeneinander-Drucken der Rasterpunkte im Druckprozess entsteht der Farbeindruck sowohl durch additive (physiologische) als auch durch subtraktive (physikalische) Farbmischung [5].
2.2 Farbräume
In dieser Ausarbeitung werden folgende Arten von Farbräumen unterschieden: hardware-orientierte (bzw. technischphysikalische) : RGB, CMY [7], wahrnehmungsorientierte (bzw. perzeptuelle): HSV [7], TV- Komponentenfarbräume: YUV [8] und kolorimetrische Farbräume: CIE XYZ [8].
2.2.1 RGB-Farbraum
Der RGB-Farbraum ist der wichtigste und meistverwendete Farbraum in der digitalen Bildverarbeitung. RGB ist ein additiver Farbraum, mit den Primärfarben bzw. Grundfarben Rot (R), Grün (G) und Blau (B). Mathematisch kann man diesen Farbraum durch einen dreidimensionalen Vektorraum beschreiben. Die Basisvektoren dieses Vektorraumes heißen Primärvalenzen. Eine Farbvalenz F(A) kann also durch eine Linearkombination von Primärvalenzen definiert werden [9]:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] sind dabei die spektralen Empfindlichkeiten und Я, G, ES die Primärvalenzen. Dies ist die verkürzte Version der Formel, da die spektrale Strahlungsdichte meistens 1 ist.
Der RGB-Farbraum wird durch einen dreidimensionalen Einheitswürfel
grafisch dargestellt. Jede Farbe wird dabei durch ein Tripel (r, g, b) mit 0<r, g, b<l beschrieben. Da viele Farbbilder allerdings 24 Bit Farbtiefe haben gilt: 0 <r,g,b < 255. In Abbildung 3 ist der RGB-Farbkörper zu sehen, der Punkt S = (0,0,0) entpricht der Farbe Schwarz, auf der Diagonale zwischen S und 1,1,1) befinden sich alle Grautöne.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 3. RGB-3D-Würfel, Quelle: [8]
[...]
[1] CBIR: Content Based Image Retrieval
- Arbeit zitieren
- Pavel Ermolin (Autor:in), 2011, Grundlagen zu Farbräumen, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/197053
