230201 1L2L0X0A_(I), http://farbe.li.tu-berlin.de/AGCI.HTM oder http://color.li.tu-berlin.de/AGCI.HTM

Für diese Hauptseite mit Text und besonderen Bildern
der zugehörigen Bildseite mit 10 Farbserien, siehe AECI in englisch, AGCI in deutsch.
Für die vorherige Hauptseite, siehe AEBI in englisch, AGBI in deutsch.
Für die nächste Hauptseite, siehe AEDI in englisch, AGDI in deutsch.

Für Links zum Kapitel A Farbbildtechnologie und Farbmanagement (2019), siehe
Inhaltsliste von Kapitel A: AEA_I in englisch oder AGA_I in deutsch.
Zusammenfassung von Kapitel A: AEA_S in englisch oder AGA_S in deutsch.
Beispielbildteil von 26 Teilen AGAS bis AGZS: AEAS in englisch oder AGAS in deutsch.

Kapitel A: Farbbildtechnologie und Farbmanagement (2019), Hauptteil AGCI

1. Einleitung und Ziele.

Eine analoge Kamera erzeugt Bilder auf Dia- oder Negativfilmaterial. Der Kodak-PhotoCD-Prozess digitalisiert das analoge Filmmaterial mit 14bit/Kanal. Die digitalen rgb-Daten ändern sich mit der Belichtung, dem Filmmaterial, den Geräteeinstellungen, der Bedienung und der Software zur Erzeugung der 8bit rgb-PhotoCD-Ausgabedaten. Die rgb-Ausgabedaten sind im digitalen Bereich 0 bis 255 mit 8 Bit kodiert. Zwischen Schwarz und Weiß wird der Graubereich nur selten zur Kodierung voll ausgenutzt.

Für die volle Ausnutzung des Bereichs 0 bis 255 ist rgb-Ausgabelinearisierung erforderlich. Hierzu ist die Aufnahme einer Graureihe mit 16 visuell gleichen L*-Stufen im Motiv vorteilhaft. Für eine achromatische Graureihe mit gleichem Abstand sind nach Ausgabelinearisierung die rgb-Werte für 16 Stufen gleich und gleichabständig zwischen 0 und 255. Im Bereich 0 bis 255 sind dies die Werte 0, 17, 34, 51, ..., 255 (=15x17). Diese Werte werden in Bild 1 benutzt.


Bild 1 zeigt die Ein-Ausgabebeziehung für Negativfilm nf mit der Normalbelichtung (+0,0 Blenden).
Für den Download dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe AGY11-4N.PDF.

Durch Ausgabelinearisierung der Normdaten der PhotoCD wurde die angestrebte ergonomische Beziehung erreicht, siehe die schwarze gestrichelte Linie. Die drei Beziehungen für die rgb-Daten sind nahezu perfekt und daher unter oder nahe der gestrichelten schwarzen Linie. Für den Eingabebereich zwischen L*=15 für Schwarz N und L*=90 für Weiß wird der digitale 8bit-Bereich 0 bis 255 nach der Ausgabelinearisierung voll ausgenutzt.

Es entsteht die ergonomische Frage, ob der 8bit-Bereich visuell ausreicht. Für separat liegende Graumuster auf grauer Umgebung können maximal 40 Stufen unterschieden werden. Falls sie Mustern aneinandergrenzen, so sind im Idealfall etwa 120 (40x3) Stufen mit dem visuellen System unterscheidbar. Der 8bit-Bereich Bereich reicht daher visuell aus und erlaubt noch Szenen mit viel höherem Kontrast.

Die 8bit-Kodierung entsprechend L* ist in IEC 61966-2-1 (sRGB-Fabenraum) genormt. In Anwendungen wird eine relative Skala benutzt. Dann hat Schwarz N immer den Wert r=g=b=0 und Weiß W den Wert r=g=b=255. Der Ausgabebereich von Kameras oder Scannern sollte daher auf diesen Wertebreich normiert werden. Zusätzlich muß im Wertebereich ein lineare Beziehung zu der Helligkeit L* der Aufnahmefarben bestehen. Dies ist in Bild 1 realisiert.

Die CIE Helligkeit L* wird nach IEC 61966-2-1 durch die folgende Formel angenähert:
L* = [Y/100] exp(n)

Diese Formel benutzt den CIE-Normfarbwert Y mit Y=0 für Schwarz N und Y=100 für Weiß W. Für den Exponenenten gilt
n = 1 / 2,4.
Diese Formal enthält das absolute Gamma ga = 2,4.

Das relative Gamma gP ist das Verhältnis zweier absoluter Gammawerte. Es gilt zum Beispiel angenähert im Normbüro nach ISO 9241-306:
gP = 1,8 / 2,4 = 0,75.

Der Helligkeitsbereich von L* zwischen Schwarz N und Weiß W nimmt mit dem Szenenkontrast ab. Falls zum Beispiel die zwei Leuchtdichten eines Tageslichtprojektors und die vom Raumtageslicht auf dem Display übereinstimmen, so beträgt der Kontrast von W und N nur noch 2:1. Dies erfordert ein neues relative Gamma gP = 1,2 / 2,4 = 0,50 oder n = 1 / 1,2 für visuell gleiche Stufen zwischen N und W.

Der Exponent ist dann näher am Wert 1. Das neue L* ist dann angenähert eine lineare Funktion von Y. Dieses Ergebnis stimmt mit der mathematischen Grundaussage überein, dass jede nichtlineare Funktion in einem kleinen Wertebereich linear ist.

Aus ergonomischen Gründen erfordern die vielen realen visuellen Anwendungen am Display eine Anpassung an den realen Anwendungskontrast. Diese Anpassung wird auf dieser Webseite mit vielen ISO-Püfvorlagen durchgeführt. Ähnliche Anpassungen sind auch oft notwendig für Druck- und Scananwendungen.

Für weitere Information über Ausgabelinearisierung siehe den Reportership Report CIE R8-09:2015 (Herunterladen nur erlaubt für CIE-Mitglieder) oder eine Veröffentlichung zum freien Herunterladen des CIE-Autors K. Richter mit angenähert dem gleichen technischen Inhalt, siehe
OUTLIN16_01.PDF

2. Aufnahmen des Bildes Blumenstrauß auf Dia- und Negativfilmmaterial mit sieben Belichtungen


Bild 2 zeigt sieben Belichtungen von Unter- zu Überbelichtung auf Dia- und Negativfilm.
Für den Download dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe AGC1L0N1.PDF.

Die linke und rechte Seite zeigt je acht Bilder, die auf Dia- und Negativfilm beruhen. Auf beiden Seiten ist das linke obere Bild die Normalbelichtung. Dann folgt eine Serie von sieben Bildern zwischen Unter- und Überbelichtung auf beiden Seiten. Man kann klar sehen, daß es sich um Serien zwischen Unter- und Überbelichtung handelt.

In Bild 2 definieren die Kreuzungspunkte des schwarzen Gitters die Messpunkte der digitalen rgb-Daten. Die Daten wurden direkt aus den Dateien entnommen, die im Adobe eps-Bildformat vorliegen. Die 8 Bit-Daten im Bereich 0 bis 255 werden in den Bildern 1, 5, 6 und 7 benutzt. Die 16 Positionen im späteren Bild 5 entsprechen den 16 Positionen in Bild 2.


Bild 3 zeigt die linearisierten Bilder, die auf Dia- und Negativfilm beruhen, mit einem Gitter.
Für den Download dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe AGC3L0N1.PDF.


Bild 3 zeigt die linearisierten Bilder, die auf Dia- und Negativfilm, beruhen ohne Gitter.
Für den Download dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe
AGC4L0N1.PDF.

In Bild 3 und 4 sind alle linearisierten Bilder sehr ähnlich. Zusätzlich ist das Ergebnis für Dia- und Negativvilm sehr ähnlich. Die einfache Ein-Ausgabebeziehung von drei rgb-Datensätzen als Funktion der Helligkeit L* führt zu diesem Ergebnis. Es zeigt den Erfolg der Ausgabe-Linearisierungsmethode zur Erzeugung von rgb-Bilddaten, die angenähert unabhängig sowohl von der Belichtung als auch dem Filmmaterial sind.

3. Eigenschaften der ISO/IEC-Bildes Blumenstrauß in dem PG-PDF Format in vier Auflösungen.

Die ISO-Prüfvorlagen AG18 and AG28 in Bild 3 und 4 enthalten das ISO/IEC-Bild "Blumenstrauß" in zwei Versionen Diafilm (sf, AG18) und Negativfilm (nf, AG28). Das analoge reflektive Original "Blumenstrauß" (ungefähr 70cm x 100cm) enthält einen schwarz-weißen Siemensstern und Testmuster.

Eine gleichabständige 16stufige Grauskala mit der CIE-Helligkeit L* im Bereich L*=15, 20, 25, ..., 90 wurde benutzt. Die 14 CIE-Testfarben für Farbwiedergabe nach CIE 13.3 enthalten einen Bunttonkreis und die vier Elementarfarben Rot Re, Gelb Ye, Grün Ge und Blau Be (Nr. 9 bis 12) mit einer hohen Buntheit. Die Aufnahmelichtart war Normlichtart D65. Als Mess- und Aufnahme-(Beobachtungs-)Geometrie wurde die CIE-Normgeometrie 45/0 Grad benutzt.

Sieben verschiedene Belichtungen zwischen Unter- und Überbelichtung wurden benutzt. Auf Diafilm wurden die Belichtungen -1,5, -1,0, -0,5, +0,0, +0,5, +1,0 und +1,5 Blenden benutzt. Auf Negativfilm wurden die Belichtungen -2,0, -1,0, +0,0, +1,0, +2,0, +3,0 und 4,0 Blenden verwendet. Der Norm-Kodak-Photo-CD-Prozess erzeugte die rgb-Farbdaten als Funktion von Belichtung und für zwei Filmmaterialien.


Bild 5 zeigt die Ein-Ausgabebeziehung für Diafilm sf (links) und Negativfilm nf (rechts).
Für den Download dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe AGY1L0N1.PDF.


Bild 6 zeigt die Ein-Ausgabebeziehung für Diafilm sf mit der Belichtung +0,5 Blenden.
Für den Download dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe AGY10-6N.PDF.


Bild 7 zeigt die Ein-Ausgabebeziehung für Negativfilm nf mit der Belichtung +1,0 Blenden.
Für den Download dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe AGY11-5N.PDF.

Durch Ausgabelinearisierung der Normdaten der PhotoCD wurde die angestrebte ergonomische Beziehung erreicht, siehe die schwarze gestrichelte Linie. Die drei Beziehungen für die rgb-Daten sind nahezu perfekt und daher unter oder nahe der gestrichelten schwarzen Linie.

Für weitere Information über Ausgabelinearisierung siehe den CIE Reportership Report CIE R8-09 (Herunterladen nur erlaubt für CIE-Mitglieder) oder eine Veröffentlichung zum freien Herunterladen vom CIE-Autor K. Richter mit angenähert dem gleichen technischen Inhalt, siehe
http://farbe.li.tu-berlin.de/OUTLIN16_01.PDF


Bild 8 zeigt das Blumenstraußmotiv für Diafilm sf mit der Belichtung +0,5 Blenden.
Für den Download dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe AGC61-3N.PDF.


Bild 9 zeigt das Blumenstraußmotiv für Negativfilm nf mit der Belichtung +1,0 Blenden.
Für den Download dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe AGC71-3N.PDF.

Visuelle Inspektion führt zu dem Ergebnis, daß es schwer ist Differenzen zwischen dem Filmmaterial Diafilm (sf) und Negativfilm (nf) zu erkennen. Das ist ähnlich für Belichtungen von Diafim im Bereich zwischen -0,5 bis +1,5 Blenden und für Negativfilm im Bereich zwischen -1,0 und +3,0 Blenden.

Der Belichtungsbereich ist ungefähr vier Blenden für Negativfilm und zwei Blenden (halb) für Diafilm. Ausgabelinearisierung erzeugt deshalb in diesen Blendenbereichen Bilder, die nahezu identisch sind.

Für andere Auflösungen und zusätzlich Bilder mit cmyk- anstelle von rgb-Daten gehe zu der Bilddatei AGES.

-------
Für Archiv-Information (2000-2009) des BAM servers "www.ps.bam.de" (2000-2018)
über Prüfvorlagen, farbmetrische Berechnungen, Normen und Veröffentlichungen, siehe
indexAE.html in englisch, indexAG.html in deutsch.

Zurück zur TUB-Hauptseite (NICHT Archiv), siehe index.html in englisch, indexDE.html. in deutsch.