Fotografie

Farbmodelle

Farben, welche in der Natur vorkommen, sind in fast allen Fällen eine Mischung aus Licht verschiedener Wellenlängen. Der Mensch erkennt sie aber trotzdem als eine Farbe. Diese Tatsache kann man sich zu nutze machen, um Farbinformation zu speichern, zu übertragen, zu klassifizieren und darzubieten.
Dafür gibt es verschiedene Farbmodelle, wobei sich die ersten zwei (RGB und cmy) zur physikalischen Darstellung von Farben eigenen, die anderen eigenen sich um Farben zu klassifizieren, d.h. die Information über die Farbe als Zahlenwerte anzugeben.

RGB

Man kann eine Farbe im RGB-Farbmodell Das Farbmodell RGB
Das Farbmodell RGB
durch die Angabe der Helligkeiten der Farben Rot, Grün und Blau darstellen bzw. speichern. Diese Farben heißen auch Primärfarben.
Bei den meisten digitalen Bildern stehen für jeden Bildpunkt 24 Bit zur Verfügung. Dies bedeutet für jede Farbe 8 Bit, was zu 256 Helligkeitsstufen führt. Diese gehen von 0 (keine Farbe) bis 255 (helle Farbe). Es ergeben sich somit 256 * 256 * 256 = 16777216 verschiedene Farben.
Additiv heißt, zuerst hat man eine schwarze Fläche und durch beleuchten mit den drei Farben Rot, Grün und Blau kann man die anderen mischen.


Bild zerlegt in die RGB-Kanäle
Bild zerlegt in die RGB-Kanäle
RGB in 3d
Das 3-dimensionale RGB-Modell

Beispiel einer solchen Mischung ist ein Fernseher oder einem Computerbildschirm. Siehe Nachbearbeitung - Hard- und Software - Monitor.
Zur vollständigen Darstellung des Farbraums benötigt man ein dreidimensionales Modell: für jeden Parameter gibt es eine Achse.
Der Farbraum für das RGB-Modell kann z.B. so aussehen. Wobei hier nur die linke, die untere und die hintere Wand dargestellt sind. Nach rechts sind die R , nach vorne die G- und nach oben die B-Werte aufgetragen. Die Ecke hinten unten links ist schwarz, die obere rechte vordere Ecke ist weiß und die Diagonale zwischen den beiden Ecken stellt den Grauverlauf dar, d.h. auf dieser Linie sind alle drei Farbkomponenten zu gleichen Anteilen vorhanden.

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cmy

Bildet man die drei Farben Rot, Grün und Blau
Der Farbkreis mit 6 Farben

Das Farbmodell cmy

Mischen mit dem Malkasten
Bildet man die drei Farben Rot, Grün und Blau in einem Dreieck ab und ergänzt dieses um die jeweiligen Mischfarben zwischen diesen, ergeben sich die Farben: cyan (Cyanblau), magenta (Magenta) und yellow (Gelb). Diese Farben sind die Komplementärfarben der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau im symmetrischen Farbkreis. Da sie aus zwei Primärfarben zusammengesetzt sind, heißen sie auch Sekundärfarben.
Diese bilden das Farbmodell cmy, welches meist für subtraktive Farbmischung verwendet wird, wie man es z.B. bei einem Drucker findet. Wobei hier ein um Schwarz erweitertes Farbmodell zum Einsatz kommt, da sich Schwarz nicht wirklich sauber durch Mischen erzeugen lässt.
Subtraktiv heißt nun, man hat weißes Licht und filtert aus diesem bestimmte Farbanteile heraus, so dass die gewünschte Farbe übrig bleibt. Bei Tintenstrahldruckern funktioniert das genauso. Man druckt auf weißes Papier, welches alle Farben reflektiert, dann sozusagen Filter in Form von Tinte.
Mischt man z.B. cyan und magenta sieht das Ergebnis blau aus, da cyan Rot und magenta Grün aus dem Weiß des Papiers filtert.
Auch mit dem Malkasten wird subtraktiv gemischt. Obwohl es in der Schule oft so gelehrt wird, gibt Blau und Gelb nicht Grün, wie dieses Beispiel zeigt.
Ist nicht unbedingt schön gemalt, aber links ist Ultramarinblau, in der Mitte Gelb und rechts Cyanblau. Und siehe da: Gelb und Blau gibt Schwarz. Cyan und Gelb gibt Grün.

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HSB

Der Farbkreis, der aus den zwei Dreiecken RGB und cmy entstanden ist, stellt nichts anderes dar, als das Spektrum sichtbaren Lichts plus magenta, nur dass es im Kreis aufgetragen ist. Magenta kommt im Spektrum des Lichts kommt nicht vor. Dieser Bereich wird vom Gehirn "dazu erfunden".
HSB bedeutet Hue (Farbton), Saturation (Sättigung) und Brightness (Helligkeit).

Farbtonkreis
Hue - Farbton

Will man das ganze ins RGB Modell umdeutet, stellt man mit H das Verhältnis von R, G und B ein - dabei muss man aber bedenken, dass bei einer reinen Farbe im RGB-Raum mindestens ein Wert von R, G und B Null sein muss. Mit B die Helligkeit dieser reinen Farbe und mit S die Helligkeit des oder der RGB-Anteile, welche nicht zur Farbe beitragen.
Beispiel Rot mit R=255, G=0, B=0:

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HLS

Das Farbmodell HLS ist verwand mit dem HSB-Modell. Farbenmischer
Rot im Farbenmischer
nach dem HLS-Prinzip
H steht hier wieder für Hue (Farbton), L für Lightness (Helligkeit) und S für Saturation (Sättigung). Das HLS-Farbmodell kommt unserem Sehen von Farben am nahsten.
Dieses Model wird zur Mischung von Farben in vielen Programmen eingesetzt. Dabei wird im farbigen Fenster waagrecht der Farbton und senkrecht die Sättigung bestimmt. Am Balken auf der rechten Seite die Helligkeit.
Nach diesem Modell werden in Bildbearbeitungsprogrammen auch die Helligkeit und Sättigung von Bildern verändert (Nachbearbeitung).






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YIQ/ YUV

Die beiden Farbmodelle YIQ und QUV unterscheiden sich nicht viel. Beide kommen aus der Fernsehtechnik und dienen dazu, Bildinformation zu übertragen. Dazu wird das Bild nicht in RGB-Kanäle zerlegt und durch den Äther gesendet, sondern in Helligkeit- und Farbinformation augeteilt. Deswegen ist es möglich, sowohl Farb- als auch Schwarzweißfernsehgeräte an ein und demselben Signal zu betreiben.
Der Y-Kanal enthält immer die Helligkeit, die Farben werden wie folgt verteilt:

Ein Bild zerlegt in die YIQ-Kanäle
Ein Bild zerlegt in die YIQ-Kanäle

YIQ wurde zwar anfangs für die amerikanische Fernsehnorm NTSC vorgesehen, aber nach kurzem hat sich YUV durchgesetzt. YUV wird von den drei Fernsehnormen PAL, SECAM und NTSC verwendet.
Werden alle drei Kanäle über eine Ader im Kabel übertragen, spricht man von Composite-Video. Wenn der Y-Kanal getrennt von den Farbkanälen übertragen wird, von S-Video.
Der Helligkeitskanal enthält mehr Daten, als die Farbkanäle, das liegt daran, dass der Mensch Helligkeiten besser unterscheiden kann, als Farben (siehe: Das Auge - Licht und Farbe).

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Lab

Das Lab-Farbmodell beschreibt den Bereich der sichtbaren Farben am besten. Damit kann man jede sichtbare Farbe beschreiben. Es basiert auf dem CIE-Normvalenzsystem und umfasst mehr Farben als technisch darstellbar sind. Deswegen sind Abbildungen dieses Systems nur beispielhaft zu sehen.
Das Farbmodell setzt sich aus einem Helligkeitswert (L) und zwei Farbwerten a und b zusammen. Der Wert a beschreibt die Position auf der Grün-Rot-Achse (a=-1: Grün und a=1: Rot) und der Wert b auf der Blau-Gelb-Achse (b=-1: Blau und b=1: Gelb).

Lab
Lab
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CIE-Normvalenzsystem

Das 3-dimensionale RGB-Farbmodell ist ein Würfel, bei dem man davon ausgeht, dass der Anteil jede der drei Grundfarben jeweils addiert wird. Das führt dazu, dass zum Beispiel die Farbe Blau eine geringere Intensität haben müsst, als die Farbe Gelb, da diese aus den Farben Rot und Grün zusammengesetzt ist. Weiß, welches aus allen drei Grundfarben zusammengesetzt ist, hätte somit die größte Intensität. Geht man aber davon aus, dass es nur eine Gesamtintensität von maximal 1 geben darf und die jede Farbe (gemischt und rein) erreichen soll, dann muss man das Modell etwas abändern.
Kugelsegment
Kugelsegment
Es entsteht eine 8-tel-Kugel an deren gekrümmten Fläche alle Farben mit der Intensität 1 liegen. Die Koordinaten X, Y und Z repräsentieren die Anteile der einzelnen Farben.
Die Kugelfläche kann man wieder auf eine Ebene projizieren, wobei der Anteil Rot auf der x-Achse und der Anteil Grün auf der y-Achse angetragen wird. Den Anteil Blau, also die eigentliche Z-Achse, kann man sich nach der Formel z=1-x-y errechnen.
Statt von Farben spricht man auch von Farbvalenzen. Die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau heißen auch Normvalenzen


Quellen im Netz:
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Die so entstandene dreieckige Farbfläche enthält die drei Normvalenzen und alle Mischungen aus diesen mit der Intensität 1. Trägt man in dieses System sämtliche spektralen Farben ein, liegen diese auf einer gekrümmten Linie außerhalb dieses Dreiecks.
Dies liegt daran, dass eben nicht alle Farbeneindrücke durch Mischen erzeugt werden können. Deswegen kann auch eine Darstellung dieses Farbsystems nicht korrekt sein, da diese immer durch Mischen von Farben erzeugt werden.
Skizze
Skizze: Farbdreieck und Linie der
monochromatischen Farben
Der Farbraum entstand durch Experimente mit Versuchspersonen, welche durch Lampen erzeugte Mischfarben vergleichen und klassifizieren mussten.
Da sich durch die Linie der Spektralfarben negative Werte ergeben, hat man das Koordinatensystem einfach so verändert, dass keine negativen Werte mehr auftreten.
Mehr zum CIE-Normvalenzsystem unter den angebenden Quellen im Internet.
Alle technischen Farbräume (sRGB, PAL usw.) nehmen jeweils nur eine Teilfläche des gesamten CIE-Farbmodells ein.












Fotografie auf www.puchner.org | Kontakt | letzte Änderung: 2006-08-11 | nach oben