Station 5

Farbhistogramme zur Bestimmung von Ähnlichkeit

(Autor: Nicolas Schenk, 06.05.2016)

Um die Funktionsweise sowie die Vor- und Nachteile der Anwendung von Farbhistogrammen kennenzulernen, betrachten wir drei Bilder von Peter Paul Rubens, der von 1577 bis 1640 lebte und den Barockstil prägte. Das erste Bild hat den Titel La Pietà, ist 1602 entstanden und befindet sich in der Galleria Borghese in Rom. Le Triomphe de la Vérité wurde zwischen 1622 und 1625 gemalt und ist im Louvre in Paris zu finden. In der Alten Pinakothek in München befindet sich das um 1618 entstandene Bild mit dem Namen Raub der Töchter des Leukippos.

Neben den Bildern befinden sich die zugehörigen Farbhistogramme. Zur Erstellung der Histogramme wurde Fiji, eine Distribution zur Bildverarbeitungssoftware ImageJ verwendet. Farbhistogramme repräsentieren die Häufigkeitsverteilung der verschiedenen Farben in einem Bild. Man geht dann davon aus, dass Bilder, die eine ähnliche Farbverteilung haben, auch insgesamt ähnlich zueinander sind (Raghavan 2003: 73).

Im RGB-Farbmodell hat jede Farbe (rot, grün, blau) einen Kanal. Alle drei Kanäle werden im Farbhistogramm angezeigt. Es gibt 256 Werte pro Kanal, das heißt jede Farbe ist in 256 verschiedene Stufen eingeteilt. Die x-Achse bildet die verschiedenen Werte einer Farbe ab, die y-Achse zeigt die Anzahl der Pixel des Bildes mit dem jeweiligen Wert.

Peter Paul Rubens – La Pietà

Vérité

Peter Paul Rubens – Triumph der Wahrheit / Le Triomphe de la Vérité [Public domain], via Wikimedia Commons

Peter Paul Rubens – Le Triomphe de la Vérité

Peter Paul Rubens – Raub der Töchter des Leukippos

 

Der Blick auf die drei Farbhistogramme macht deutlich, dass die Farbverteilungen in La Pietà und Le Triomphe de la Vérité sehr ähnlich sind. Das Beispiel zeigt, dass bei der Bildsuche der Vergleich der Farbhistogramme sehr differenziert vorgenommen werden muss, da es sich hier deutlich sichtbar um verschiedene Bilder handelt, auch wenn eine gewisse Ähnlichkeit beim Einsatz der Farben vorhanden ist. Generell können zur Darstellung verschiedener Objekte die gleichen Farben vorkommen, sodass Bilder, deren Inhalt sich überhaupt nicht gleichen, ähnliche Farbhistogramme besitzen.

Im Gegensatz dazu zeigt das Farbhistogramm des dritten Bildes Raub der Töchter des Leukippos eine völlig andere Farbverteilung als die beiden vorangegangenen Bilder. Auch auf den ersten Blick lassen sich die Unterschiede in den Farben zu den ersten beiden Bildern deutlich wahrnehmen.

Mit dem Plugin Color Inspector 3D lässt zeigt die Farbverteilung in einem dreidimensionalen Farbraum visualisieren. Dadurch erhält man eine zusätzliche, anschauliche Beschreibung der Farbverteilung. Ein möglicher Vorteil gegenüber den Farbhistogrammen ist, dass die Helligkeitswerte hier besser visualisiert werden. Allerdings lassen sich die Farbhistogramme verschiedener Bilder besser vergleichen als die Farbverteilung mittels des Color Inspector 3D.

La Pietà: Die Farbverteilung mit dem Color Inspector 3D

Le Triomphe de la Vérité: Die Farbverteilung mit dem Color Inspector 3D

Raub der Töchter des Leukippos: Die Farbverteilung mit dem Color Inspector 3D

 

Die Visualisierung im 3D-Farbraum veranschaulicht noch einmal, dass die beiden oberen Bilder La Pietà und Le Triomphe de la Vérité eine ähnliche Farbverteilung haben, wohingegen sich Raub der Töchter des Leukippos deutlich von den anderen beiden unterscheidet. Beispielsweise sieht man, dass die Farbwerte sich mehr in der Mitte des Würfels ballen als in den vorherigen Bildern. Außerdem ist das dritte Bild generell heller, was man auch an den fehlenden dunklen Farbwerten in der Nähe der 0 im 3D-Würfel erkennen kann.

Der Schweizer Künstler Ursus Wehrli hat Werke berühmter Künstler ›geordnet‹, indem er Elemente aus Kunstwerken nach Kriterien wie Form und Größe im Bild neu angeordnet hat. Dabei entstehen neue Bilder, auch wenn weiterhin die gleichen Elemente enthalten sind. Der Vergleich der Originale mit den neu geordneten Bildern zeigt, dass die Farbhistogramme dennoch nahezu identisch sind (Krause/Reiche 2013: Paragraph 20). Um im Falle von Wehrlis Bildern feststellen zu können, dass es sich nicht um identische Bilder handelt, ist eine Möglichkeit, Bilder in mehrere Regionen aufzuteilen, für jede Region ein Farbhistogramm zu erstellen und die Histogramme der einzelnen Regionen miteinander zu vergleichen.

Die Qualität der digitalisierten Bilder kann sehr unterschiedlich sein. Möglicherweise werden Farben dann nicht originalgetreu wiedergegeben und dadurch verändern sich in der Konsequenz auch die Farbhistogramme. Das kann zur Folge haben, dass dasselbe Bild in zwei verschiedenen Qualitäten recht unterschiedliche Farbhistogramme hat. Abhilfe könnten Farbskalen schaffen, mithilfe derer man die Farben normalisieren könnte, sodass diese Fehlerquelle aufgehoben würde.

Krause, Celia und Reiche, Ruth, Ein Bild sagt mehr als tausend Pixel? Über den Einsatz digitaler Methoden in den Bild- und Objektwissenschaften, in: Kunstgeschichte. Open Peer Reviewed Journal, 2013 (urn:nbn:de:bvb:355-kuge-354-6) [30.09.2015].

Raghavan, Manmatha, Bildsuche – Image Retrieval, in: Suchbilder. Visuelle Kulturen zwischen Algorithmen und Archiven. hrsg. v. Ernst, Wolfgang; Heidenreich Stefan; Holl, Ute, Berlin 2003.