Spektrale Charakterisierung von Farbbildsensoren zur anwendungsspezifischen Kameraparametrierung

Die Bestimmung der spektralen Empfindlichkeit eines Farbbildaufnahmesystems, beispielsweise einer digitalen Kamera, ist eine wichtige Voraussetzung für die modellbasierte Anpassung der Farbkorrektur an die Beleuchtungsbedingungen in speziellen Anwendungen oder zur Generierung von Geräteprofilen für ein Farbmanagementsystem. In dieser Arbeit wurde erstmalig ein Verfahren zur indirekten Bestimmung der spektralen Empfindlichkeit entwickelt, in die Praxis umgesetzt und untersucht, welches auf einem geringen mittels Optimierungsmethoden selektierten Farbprobensatz basiert. Das indirekte Verfahren besitzt gegenüber einem direkten die Vorteile, dass die verwendeten breitbandigen Farbproben zu einer vergleichsweise höheren Strahlungsleistung am Bildsensor führen, dass diese Proben eher den im praktischen Einsatz auftretenden Bedingungen entsprechen und dass das Verfahren in der Umsetzung kostengünstiger ist. Ein wesentlicher Beitrag zur Verbesserung des indirekten Messverfahrens liegt in der neuen Methode zur automatischen Selektion der für das Verfahren am besten geeigneten Farbproben. Dieser als Lagrange-Multiplikator-Methode bezeichnete Ansatz zur Selektion basiert auf einer analytischen Untersuchung des quadratischen Optimierungsproblems und liefert einen optimalen Probensatz für die gewählte Messaufgabe. Die Ergebnisse des indirekten Verfahrens wurden denen eines direkten Verfahrens gegenübergestellt. Die beiden Ergebnisse weisen eine sehr hohe Ähnlichkeit auf und können im Rahmen der Messungenauigkeit als identisch betrachtet werden. Eine weitere Bestätigung der Ergebnisgüte wurde durch einen Vergleich basierend auf einem Testfarbprobensatz geliefert. Die gezeigten Resultate qualifizierten das entwickelte indirekte Messverfahren zum Einsatz in der täglichen Praxis. Dabei ließ sich der zusätzliche Vorteil eines geringen Kalibrieraufwands nachweisen. Als weiterer Kernpunkt wurden neue Methoden zur modellbasierten Optimierung von Farbkorrektur- Transformationen entwickelt und bisherigen Ansätzen aus der Literatur gegenübergestellt. Das angesetzte spektrale Modell erlaubt unter Nutzung der indirekt bestimmten Empfindlichkeiten eine hohe Flexibilität in der Berücksichtigung realer Lichtquellen, definierter Normlichtarten, Testkarten und vermessener realer und generierter virtueller Objektspektren zur optimalen Anpassung der Farbreproduktion an bestimmte Anwendungsbedingungen. Um neben der Farbtreue auch die Wirkung einer Transformation auf das Signal-Rausch-Verhältnis in den Bilddaten zu optimieren, wurde ein neuer Ansatz zur Integration einer empfindungsgemäßen Bewertung des Rauschens in die quadratische Optimierung präsentiert. Des Weiteren wurde eine neue als Triplematrix bezeichnete Methode zur optimalen Farbkorrektur für mehrere und variierende Aufnahmebeleuchtungen vorgestellt. Zur dynamischen Anpassung der Farbkorrektur, einem automatischen Weißabgleich, lässt sich die Triplematrix in direkter Verbindung mit verschiedenen veröffentlichten Farbkonstanzalgorithmen nutzen. Die praktische Anwendbarkeit der entwickelten Methoden wurde beispielsweise anhand eines Dermatoskopiesystems gezeigt.