Farberscheinungsmodell

Ein Farberscheinungsmodell (engl. Color Appearance Model) versucht, die Erscheinung einer Farbe unter bestimmten Betrachtungs- und Beleuchtungsbedingungen mit farbmetrischen Methoden zu beschreiben. Es soll Antwort geben auf die Frage, wie eine bestimmte Farbe im Allgemeinen Kontext der näheren und ferneren Umgebung erscheint. Ein wesentlicher Bestandteil der meisten Farberscheinungsmodelle ist ein Modell zur Chromatischen Adaption.

Der grundlegende Ansatz bei einem Farberscheinungsmodell ist die Unterscheidung zwischen absoluter Farbe (engl. unrelated color) und relativer Farbe (engl. related color).Mark D. Fairchild: Color Appearance Models. Wiley & Sons, 2004, ISBN 0-470-01216-1, S. 144.Roy S. Berns: Billmeyer and Saltzman's Principles of Color Technology. Wiley & Sons, 3. Auflage, 2000, ISBN 0-471-19459-X, S. 2. Bei einer relativen Farbe wird der Bezug zu anderen Farben, z. B. einem Referenzweiß, in Betracht gezogen. Die Farbe Braun ist beispielsweise nur als relative Farbe zu verstehen, da die entsprechende absolute Farbe Orange ist (Braun ist ein dunkles Orange).

Beispiele für Farberscheinungsmodelle sind CIECAM97s und dessen Nachfolger CIECAM02. Selbst CIELAB kann als Farberscheinungsmodell aufgefasst werden.Mark D. Fairchild: Color Appearance Models. Wiley & Sons, 2004, ISBN 0-470-01216-1, S. 185.

Farberscheinungsphänomene Nimmt man zwei Lichtreize mit identischen CIE-XYZ-Tristimuluswerten (siehe CIE-Normvalenzsystem), so werden sie für einen durchschnittlichen Beobachter nur dann gleich aussehen, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Dazu gehören der Ort der Reizung auf der Retina, die Ausdehnung des Einwirkungsortes und die Beleuchtungsstärke. Außerdem müssen die beiden Lichtreize in einer identischen Umgebung, vor gleichem Hintergrund, in gleicher Größe und Form, gleichen Oberflächeneigenschaften, identischer Beleuchtungsstärke bzw. Beleuchtungsgeometrie und Beleuchtungsfarbe präsentiert werden. Ist eine der genannten Randbedingungen nicht erfüllt, gibt es eventuell keine Übereinstimmung in der Farbe mehr. Die Farbmetrik muss erweitert werden, wenn man den Einfluss der genannten Variablen erfassen will. Dies geschieht mit den Farberscheinungsmodellen. Im Folgenden werden einige interessante Phänomene vorgestellt, die mit dem einfachen XYZ-Tristimulussystem brechen.

Phänomene in Abhängigkeit von der räumlichen Struktur der Reize Simultankontrast Zum Beispiel erscheinen gleich graue Quadrate in weißer und schwarzer Umgebung in unterschiedlichen Graustufen obwohl ihre XYZ-Tristimuluswerte nach wie vor gleich sind. Farbige Flächen erscheinen gemäß der Gegenfarbtheorie in Komplementärfarben. Munker-White-Illusion und Bezold-Effekt sind weitere Beispiele. Crispening-Effekt bei dem sich bei grauen und auch farbigen Stimulus-Paaren der Kontrast in unterschiedlicher Umgebung verändert. Farbausbreitung (spreading) und Neon-Effekt bei dem unter bestimmten räumlichen Bedingungen der Simultankontrast abnimmt und sich die eingeschlossene Farbe ausbreitet.

Bezold-Brücke-Phänomen Auf Grund der Nichtlinearität der Rezeptorantworten ändert sich die Farbtonwahrnehmung mit der Leuchtdichte.

Abney-Effekt Bei der zunehmenden Beimischung von monochromatischem Licht zu einem ansonsten neutralen weißen Licht bleibt der Farbton nicht gleich.

Helmholtz-Kohlrausch-Effekt (siehe Kontrastverhältnis) Die wahrgenommene beleuchtungsbedingte Helligkeit (engl. Brightness) und auch die Oberflächen- oder relative Helligkeit (engl. Lightness) nimmt mit der Sättigung des Farbreizes zu, obwohl die Leuchtdichte konstant gehalten wird.

Die Unterscheidung von „brightness“ (mit den Adjektiven „bright“ und „dim“) und „lightness“ (mit den Adjektiven „light“ und „dark“) im angelsächsischen Sprachraum ist in der deutschen Sprache nicht direkt umsetzbar, da es für beide nur den Begriff „Helligkeit“ gibt. Brightness beschreibt die beleuchtungsbedingte Helligkeit (z.B. ein rotes Papier kann durch Variation der Beleuchtung heller oder weniger hell rot erscheinen). Lightness beschreibt eine Eigenschaft des Materials (z.B. gibt es Papiere in unterschiedlichen Graustufen; ein dunkleres graues Papier kann mit einer stärkeren Beleuchtung heller erscheinen, als ein helles Graupapier in einer schwächeren Beleuchtung). Das visuelle System ist in der Lage, dies zu differenzieren (discounting-the-illuminant) und man kann eine Aussage treffen, wie: „das dunklere Graupapier erscheint mir in dieser Beleuchtung heller, als das hellere Graupapier in der schwächeren Beleuchtung“.

Hunt-Effekt (siehe Kontrastverhältnis) Die wahrgenommene absolute Farbigkeit eines Farbreizes nimmt mit der Zunahme der Leuchtdichte zu.

Stevens-Effekt Der Helligkeitskontrast steigt mit der Leuchtdichte. Betrachtet man z.B. ein Schwarzweißfoto in einer dunklen Umgebung, so erscheinen die weißen Bildpartien nicht sehr weiß und erstaunlicherweise die dunklen Bildpartien nicht sehr dunkel. Bei der Betrachtung des Bildes in sehr hellem Licht, erscheinen die hellsten Partien wirklich weiß und die dunkelsten schwarz. Der Bildkontrast hat sich erhöht.

Bartelson-Breneman-Effekt Der Bildkontrast ändert sich mit der Beleuchtung der Umgebung.

Oft schaltet man die Umgebungsbeleuchtung bei der Arbeit an einem Computer oder Tablet ganz aus, um den Kontrast auf dem Bildschirm zu erhöhen. Bis zu einem gewissen Grad funktioniert dies auch, da Reflexionen auf der Oberfläche des Monitors reduziert werden. Stellt man nun eine Beleuchtung hinter das verwendete Gerät, welche möglichst die ganze Umgebung des verwendeten Monitors beleuchtet, so beobachtet man eine deutliche Kontraststeigerung des Monitorbildes.

Aspekte

Da die mathematischen Beschreibungen, die nur Farben und Farbabstände berechnen, höhere Ebenen der menschlichen Farbwahrnehmung nicht berücksichtigen, sind fortgeschrittenere Modelle gefragt, da eine Vielzahl von anderen Faktoren starke Einflüsse auf den Gesamteindruck haben können. Phänomene, wie etwa Simultankontrast, Adaptation an die Umgebungshelligkeit und deren zeitlichen Verlauf, Verringerung der räumlichen Auflösung beim Dämmerungs- (mesopisches Sehen) und Dunkelsehen (skotopisches Sehen) spielen eine große Rolle bei der Farbwahrnehmung.

Wichtige Farberscheinungsmodelle

CIELAB

ist im Grunde genommen das erste CAM. Es wird schon die Adaption an den Weißpunkt berücksichtigt (Mittels Transformationsmatrizen, wie z. B. von-Kries- oder Bradford-Matrizen), außerdem die Kompression der Helligkeitswahrnehmung. Die Weiterentwicklung führte dann zu CIECAM97s. CIECAM97s ist genauer und umfangreicher, was die Betrachtungsbedingungen usw. angeht. Die Entwicklung wurde fortgesetzt zu CIECAM02.

CIECAM02

liefert allgemein genauere Werte für Farbabstände und berücksichtigt in größerem Umfang Bildhelligkeit, Farbhintergrund, Bildumgebung, Weißpunkt, Adaptation und Simultankontrast.

iCAM06

ist ein weiterer Schritt in der Entwicklung. Es werden lokale Farbadaptation, lokale Helligkeit und Umgebungshelligkeit, HDR, und zeitlicher Verlauf der Adaptation an die Umgebungshelligkeit berücksichtigt. iCAM06 ist im Gegensatz zu seinen Vorgängern sogar ein „Image Appearance Model“, da beispielsweise die Weißpunktadaptation und Kontrastberechnungen nicht mehr mit einem rein lokalen Modell (Pixel für Pixel), sondern räumlich berechnet werden. Somit können Bildbereiche je nach Struktur und Bildkomposition auch fernere Bereiche beeinflussen und somit den Gesamteindruck eines Bildes ändern.

CIECAM16

ist der Nachfolger von CIECAM02 und wurde im Jahr 2022 veröffentlicht. Schwerpunkt ist hier eine verbesserte Abstandsbeurteilung von FarbenGao et al.: Evaluation of Color Difference Prediction with CIECAM16 using CIE 2- and 10-degree Observers. .

Siehe auch Farbraum #Color/Image Appearance Models (CAM/IAM)

Einzelnachweise

Literatur Mark D. Fairchild: Color Appearance Models. Wiley & Sons, 2004. ISBN 0-470-01216-1. Mark D. Fairchild: A Revision of CIECAM97s for Practical Applications. Color Res Appl, Vol. 26. R. W. G. Hunt: The Reproduction of Colour. Wiley & Sons, 6. Auflage, 2004, ISBN 0-470-02425-9. Roy S. Berns: Billmeyer and Saltzman's Principles of Color Technology. Wiley & Sons, 3. Auflage, 2000, ISBN 0-471-19459-X.

Weblinks CIECAM16 Spezifikation auf der CIE Seite

Kategorie:Optische Messtechnik Kategorie:Farbmetrik