Medien-Technik

Kapitel 3: Rasterbilder

Medien-Technik

media type imagerepresentation

Farbmodelle (CIE, RGB, HSB, CMYK)Alpha-Kanäle (Transparenzbereiche)Anzahl der (Farb-) KanäleKanaltiefe (Bits pro Pixel, z.B. 1,2,4,8,10)Interlacing (pixelweise oder kanalweise)FarbpalettenSeitenverhältnis (aspect ratio)Kompression

methodsEditieren, einzelne Pixel, Masken etc. PaintbrushPunktweise Operationen (newp := f(p))Filter ( newp := f(neighbourhood(p))Zusammenfügen, ÜberblendenGeometrische Transformationen (Größe, Spiegeln, Drehen)Formatumwandlung (Farbseparation, Auflösung u.a.)

Medientyp Image

Medien-Technik

Exkurs: Licht

Spektrum des sichtbaren Lichtes Wellenlänge 380 nm-780 nm Lichtgeschwindigkeit 3*108 m/s Frequenzbereich 800-400 THz

nm = 10-9 m

THz = 1012/sec

λ = Wellenlänge (m)

f = Frequenz (sec-1)

v = Geschwindigkeit (m/sec)

US

1/fλ

fv *Wellenlänge

10-1m UKW / VHF

1-10-1m UHF

10-4-10-6 Infra-Rot

780-380nm Sichtbares Licht

10-7-10-8m Ultraviolett-Strahlung

10-8-10-9m Röntgen-Strahlung hart

Medien-Technik

Exkurs: Licht

Intensitätsverteilung Sonnenlicht

Energie hängt vonFrequenz ab:

Planck‘sches Wirkungsquantum

234 sec10*62,6

*

Wh

fhQ

für 1 Photon

Wellentheorie:Huygens, Snellius, FresnelMaxwell

Teilchentheorie:Newton (!), Planck, ...

Medien-Technik

Exkurs: Licht

Photometrie

Physikalische Grundgröße:LichtstärkeFormelzeichen I

SI-Einheit:candela (cd)

PunktförmigeLichtquelle mitLichtstärke I

Lichtstrom Φ

=Lichtstärke *(Raum-) Winkel Ω

SI-EinheitLichtstrom lumen (lm)

Medien-Technik

Exkurs: Licht

Photometrie

Ausgangsidee:

Punktförmiger Strahler mit

Gesamtlichtstrom Φ

R FWelcher Lichtstrom ΦF wirkt auf Fläche F ?

Ganze Kugeloberfläche =24 R

Verhältnisgleichung:2

2

: 4 :

*4

F

F

R F

F

R

Definition Raumwinkel:

Oberflächenstück F / R2

2RF 4..0

Maßeinheit sr Steradiant*4F

Lichtstärke = Lichtstrom / Raumwinkellm

1 1 cdsr

Medien-Technik

Exkurs: Licht

Photometrie

Physikalische Grundgröße:

Lichtstärke [cd] Candela

Licht breitet sich inalle Richtungen gleichmäßigaus: Isotropie

Ein punktförmiger Strahlersendet Lichtmenge proportionalzum Raumwinkel

Lichtstrom (Lumen)1 lm = 1cd * 1 sr

Lichtstärke * Raumwinkel

Gesamter Lichtstromdes Punktstrahlers (1 cd)

12,5664 lm

Medien-Technik

Exkurs: Licht

Raumwinkel1 sr =

derjenige Raumwinkel, deraus einer Kugeloberfläche(Radius r) eine Kugel-kappe mit Fläche r*rausschneidet.

Quelle: www.intl-light.com/handbookAlex Ryer: Light Measurement HandbookAnalogie zum Bogenmaß des ebenen Winkels

Medien-Technik

Exkurs: Licht

Elektromagnetismus

James Clerk Maxwell1831-1879

Quelle: Forschungsverbund Medientechnik Südwest, http://www.foyer.de/fms/

Maxwell‘sche GleichungenMagnetische+Elektrische Felderbreiten sich mit Lichtgeschwindigkeitaus. Licht = Elektromagnetische Welle ?

Medien-Technik

Exkurs: Licht

Photometrie

Physikalische Definition Candela

Normlichtquelle mit 1 cd:

1/60 cm2 „Schwarzkörper“ bei 1770°C(erstarrendes Platin)

Zusammenhang mit radiometrischenEinheiten:

1 Watt = 683,0 lm bei 555 nm Wellenlänge

Lichtäquivalent

Der Kehrwert 683 lm / Wattist die max. Lichtausbeutefür Lampen (theoretisch!)

Medien-Technik

Exkurs: LichtEmpfindlichkeit des menschlichen Auges

Unterschiede zwischenhelladaptiertemunddunkeladaptiertemAuge

Quelle: www.intl-light.com/handbook

1 Watt=683 lm

Lumen berücksichtigtdie Empfindlichkeitdes menschlichen Auges

Medien-Technik

Exkurs: Licht

PhotometriePhysiolog.Helligkeits-empfindung

grün-gelb

grün

Tag-Sehen Nacht-Sehen

Physiolog.Helligkeits-empfindung

Medien-Technik

Spektraler Hellempfindlichkeitsgrad V(λ) (Tagessehen)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

Wellenlänge λ (nm)

V(λ

)

Reihe1

Exkurs: Licht

Photometrie

FotometrischesStrahlungsäquivalent

maxK K V

max 683 lm/WK

Violett 390-435Blau 435-495Grün 495-570Gelb 570-590Orange590-630Rot 630-770

Blaugrün Grüngelb Orangerot

Medien-Technik

Exkurs: Licht

Photometrie

Gesamtlichtstrom technischer Leuchten

Allgebrauchslampe, klar, Doppelwendel, Sockel E27, 60 W

Lichtstrom 730 lm, Ausbeute 12,17 lm/W

Leuchtstofflampe, 38mm, Warmton 30, 65 W

Lichtstrom: 4600 lm, Ausbeute 59 lm/W

Quecksilberdampflampe, Klarglas, Leuchtstoff HQL, 80/90 W

Lichtstrom 3100 lm, Ausbeute 34,4 lm/W

Kerze

5-15 lm

Elektronenblitz

Bis 40 Mlm (Megalumen)

Medien-Technik

Exkurs: Licht

Beleuchtungsstärke =Lichtstrom / Fläche

Formelzeichen E

Definition:

1 Lux = 1 lm / m2

Sonnenstrahlung: 1,35 kW / m2 922.000 Lux

etwa11 lux

Belichtungsmesser

Medien-Technik

Exkurs: Licht

Beleuchtungsstärke =Lichtstrom / Fläche

Definition:

1 lx = 1 lm / m2

Natürliche Beleuchtungsstärken Sonnenlicht im Sommer 100.000 lx Sonnenlicht im Winter 10.000 lx Bedeckter Himmel, Sommer 5.000-20.000 lx Vollmondnacht 0,2 lx Grenze der Farbwahrnehmung: 3 lx

Normalbeleuchtungsstärken Wohnräume 40-150 lx Arbeitsräume 40-300 lx allgemein Arbeitsplätze 100-5000 lx

Medien-Technik

Exkurs: Licht

Beleuchtungsstärke =Lichtstrom / Fläche

Definition:

1 lx = 1 lm / m2

Beispiel:

65 W Leuchtstofflampe über Schreibtisch 2*1m

Lichtstrom gesamt: 4600 lm Auf den Schreibtisch treffen 50 % =2300 lm Beleuchtungsstärke 1.150 lx

Arbeitsrechtliche Vorschriften beachten !

Medien-Technik

Exkurs: Licht

Belichtung =Beleuchtungsstärke * Zeit

Formelzeichen H

SI-Einheit:

1 lx s = Luxsekunde

QH Et t

A A

A Fläche

Q Lichtmenge = Lichtstrom * Zeit

Medien-Technik

Exkurs: Licht

Leuchtstärke oder Leuchdichte =Lichtstärke / Fläche

asb = apostilbstilb = cd/m2

1 lm/m2/sr (lumen pro Quadratmeter pro Steradian)

= 1 candela/m2 (cd/m2 )

= apostilbs (asb)

Formelzeichen L

Medien-Technik

Exkurs: Licht

Photometrie

Leuchtdichte L = Lichtstärke / Leuchtfläche [cd/m2]

I0

I0*cosα

α

Lambert‘scher StrahlerEbene Fläche gleichmäßigerLichtstärke I

Leuchtfläche = scheinbare Flächesenkrecht zur Betrachtungsrichtung

LeuchtendeFläche

ScheinbareFläche

Betrachtungs-richtung

Medien-Technik

Exkurs: Licht

Photometrie

Leuchtdichte L = Lichtstärke / Leuchtfläche [cd/m2]

Ausgewählte Leuchtdichten

Fluoreszenz

Nachthimmel

Grauer Himmel

Blauer Himmel

Mond

Sonne am Horizont

Mittagssonne

Leuchtstofflampe

Kerze

Wolfram-Glühlampe matt

Kohlelichtbogen

Quecksilber-Höchstdrucklampe

Xenon-Höchstdrucklampe

cd/cm2

< 0,01

10-7

< 0,3

< 1

0,25

600

< 150.000

0,2-0,4

< 1

5-40

< 18.000

25.000-150.000

50.000-1.000.000

Blendungab

0,75 cd/cm2

!

Medien-Technik

Exkurs: Licht

Photometrie Zusammenfassung

Lichtstärke

Leuchtdichte

Lichtstrom

Lichtmenge

Beleuchtungsstärke

Belichtung

Raumwinkel

I

L

Q

E

H

cd

cd/m2

lm = cd*sr

lm*s

lx = lm/m2

lx * s

sr

Grundgröße

Medien-Technik

Exkurs: Licht

Physiologie des Sehens Video,

ergo sum !

Medien-Technik

Exkurs: Licht

Physiologie des Sehens

Hornhaut: durchsichtig, 5-schichtigvordere Kammer mit KammerwasserLinse mit ringförmigem Ciliarmuskeldazwischen: Regenbogenhaut (Iris)dahinter: Glaskörper, Augenfüllungdahinter: Netzhaut, Stäbchen (Farbe) und Zapfen (Helligkeit)

Zapfen sind in der Mitte (Gelber Fleck, Fovea Centralis)

konzentrierter als außen (bestes Sehen)Blinder Fleck: Eintritt des Sehnervs, ohne Sensoren

Akkommodation: Ziliarmuskel zieht sich zusammen und verdickt die Linse

Jeder Zapfen ist mit einer Nervenzelle verbunden, mehre Stäbchen mit einer !

Aussen ist das Auge besonders empfindlich.

Koordination: Synchronisation beider Augen (räumliches Sehen)

Medien-Technik

Exkurs: Licht

Physiologie des Sehens

120 Mio. Stäbchen (Farbsehen)6 Mio. Zapfen (Helligkeit)

Empfindlichkeit der Zapfen fürFarben:

Zum Vergleich: CCD

Zapfen sind empfindlicher: Nachts sind alle Katzen grau!

Medien-Technik

Farbreiz

Farbvalenz(Signal an dasGehirn)

Farbempfindung

Strahlung

Auge

R,G,B

R-G G-B B-R R+G+B

Rot-Grün-Anteil

Blau-GelbAnteil

Farbton,Sättigung

Helligkeit

Gehirn

Trichromatizität des Auges (Thomas Young 1809)

Farbempfindung

Farbvalenz

Farbverarbeitung nach George Wald

Medien-Technik

1809: Thomas Young RGB (nach RYB)

Young‘sche Nervenelementreihe

1861: James Clerk MaxwellDrei-Farben-Projektion mit RGB-Diapositiven

1961 (?): George WaldNobelpreis für Nachweis 3 verschiedenerZapfentypen (Biochemie)

Neuere Forschung: Jerry NathansGene der Zapfen entschlüsseln

Gibt es Tetrachromatizität bei Frauen ?RRGB

Blau: 400-500 nm

kurzwellighochfrequent

Grün: 500-600 nm

Rot: 600-700 nm

langwelligniederfrequent

c

f f Frequenzc Lichtgeschwindigkeitl Wellenlänge

Infrarot

Ultraviolett

Wellenlänge

Frequenz

Medien-Technik

Simultankontrast

Metamerie

Je nach Beleuchtung sehenunterschiedliche Farben gleich aus

Sukzessiver Kontrast

(Nachbild in Komplementärfarbe)

Farbgedächtnis(Baum, Himmel, Haut)

Chromatische Adaption(Weißabgleich)

Farbwahrnehmung wird vonNachbarfarben beinflusst

Exkurs: Licht

Physiologie des Sehens

Simultankontrast

Farbwahrnehmung wird vonNachbarfarben beinflusst

Exkurs: Licht

Physiologie des Sehens

Optische Täuschungen

Medien-Technik

Vorlesung „Medientechnik WS 2000/2001“

Dr. Manfred JackelStudiengang ComputervisualistikInstitut für InformatikUniversität Koblenz-LandauRheinau 156075 Koblenz

© Manfred JackelE-Mail: jkl@uni-koblenz.de

WWW: www.uni-koblenz.de/~jkl

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

www.int-light.com/handbook

Grafik-Quellen