RGB-Farbraum
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Ein RGB-Farbraum ist ein additiver Farbraum, der Farbwahrnehmungen durch das additive Mischen dreier Grundfarben (Rot, Grün und Blau) nachbildet. Das Farbsehen des Menschen ist von drei Zapfentypen geprägt. Dieser Farbraum basiert im Prinzip auf der Dreifarbentheorie.
Grundlagen
Nach ersten Untersuchungen und Überlegungen zum Phänomen „Farbsehen“ im 18. Jahrhundert führten vor allem wissenschaftliche Untersuchungen im 19. Jahrhundert zu ersten quantitativen Theorien. Eine davon ist die Dreifarbentheorie. Man kann fast alle Farbreize durch das Mischen dreier Primärfarben nachbilden. Das Licht kann mit dem Spektrometer völlig unterschiedlich zwischen dem ursprünglichen Reiz und dem nachgebildeten Reiz zusammengesetzt sein. Das menschliche Auge kann dies nicht unterscheiden, die beiden Farben sind metamer. Kann man beide Farbreize nicht unterscheiden, so ist es auch nicht notwendig, die genaue spektrale Verteilung für eine Rekonstruktion der Farbtöne zu speichern. Um diesen Farbreiz nachzubilden, reicht es aus, ein Zahlentripel zu speichern, das die Menge an rotem, grünem und blauem Licht beschreibt. Genau so wird eine Farbe im RGB-Raum beschrieben. Ist ein Rot, ein Grün und ein Blau in maximaler Intensität definiert, so können der Rotanteil R, der Grünanteil G und der Blauanteil B die Farbe beschreiben: Farbe = (R, G, B)
Den RGB-Farbraum kann man als linearen Raum, anschaulich als Farbwürfel, darstellen.
Die Wertebereiche für die Farbreize (R, G, B) können unterschiedlich festgelegt sein. Die klassische Darstellung lässt Werte zwischen 0 und 1 (d.h. 0 Prozent und 100 Prozent) zu. Dies orientiert sich an der praktischen klassischen Realisierung mittels Dämpfung vorhandenen Lichts. Computerorientierte Anwendungen verwenden häufig die an der klassischen Form der Abspeicherung angelehnte Schreibweise, es werden Ganzzahlen zwischen 0 und einer Maximalzahl abgespeichert. Solche üblichen Maximalzahlen sind 7, 31, 255, 1023, 4095, 16383, 65535.
Da die Intensitätswahrnehmung des Menschen nach der Weber-Fechner-Regel nichtlinear ist, wird meist eine nichtlineare Kodierung für die Luminanz vorgenommen. Diese bezeichnet man häufig als Gamma-Funktion, da die ersten Implementierungen die Potenzfunktion Y ~ L1/γ als Ansatz nutzten. Der Koeffizient Gamma mit γ > 1 beschreibt die Krümmung der Kurve. Die inverse Funktion ist L ~ Y γ.
Das Koordinatensystem hat neben dieser nichtlinearen Kodierung insgesamt 9 Freiheitsgrade, die für einen konkreten RGB-Raum festzulegen sind. Diese kann man verschieden angeben, was zu Verwirrungen beim Anwender führen kann.
Für alle drei Primärvalenzen gibt es verschiedene Möglichkeiten
- mittels der Normfarbtafel (x,y) unter Zusatz des Weißpunkts als Referenzhelligkeit
- mittels der Matrix (Y,x,y) mit den Normfarbwertanteilen x und y und des Normfarbwertes Y, der hier als Maß für die Helligkeit dient
- mittels der Matrix (X,Y,Z) und somit aller drei Normfarbwerte X, Y, Z, basierend auf den 1931 von der CIE festgelegten Spektralwertfunktionen.
Datei:CIE-Normfarbtafel.png Die CIE-Normfarbtafel mit eingezeichnetem Adobe-RGB-(1998)-Farbraum: Die Farbendarstellung der Grafik dient nur zur Orientierung. Der Adobe-RGB-(1998)-Farbraum umfasst nur die Farben innerhalb des eingezeichneten Dreiecks und enthält einen beträchtlichen Anteil wahrnehmbarer Farben nicht.
Moderne computerorientierte Applikationen und Schnittstellen verwenden zumindest intern immer mehr Gleitkommazahlen, die sowohl aus dem Intervall auf 8-Bit-Werte (bzw. 10-Bit-Werte) ist entsprechend anzupassen.
Einzelnachweise
Der sRGB-Farbraum
Der sRGB-Raum entstand im Jahre 1996 durch eine Kooperation von Hewlett-Packard und der Microsoft Corporation.
Bei direkter Darstellung der gespeicherten Farbtripel sollte es ohne Farbmanagement möglich sein, eine gute Farbwiedergabe zu erzielen. Die Zielgröße war ein direkter Zusammenhang zwischen Anregung und wiedergegebener Farbe. Der sRGB ist in CCIR Rec 701 (XA/11) beschrieben.
Auch dieses Farbmodell orientierte sich an den verfügbaren Leuchtstoffen und zeigt Schwächen bei der Darstellung gesättigter Rot-, Grün- und Blau-Töne. Es sind nicht alle mittels CMYK-Siebenfarbendruck druckbaren Farben darstellbar. Vor allem im Grün- bis Türkisbereich (480 nm bis 510 nm) gibt es größere Defizite, die durch den folgenden Farbraum größtenteils behoben wurden.
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Rot
|
Grün
|
Blau
|
Weiß (D65)
|
| x
|
0,640
|
0,300
|
0,150
|
0,312713
|
| y
|
0,330
|
0,600
|
0,060
|
0,329016
|
| z
|
0,030
|
0,100
|
0,790
|
0,358271
|
| Y (0…1), L (0…1: 0 am Schwarzpunkt, 1 am Weißpunkt)
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Berechnung
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| Umrechnung von Luminanz L in die nichtlineare Y
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Y = 1,055 · L1/2,4 - 0,055, falls L > 0,0031306684425, sonst Y = 12,92 · L
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| Umrechnung der nichtlinearen Y in die Luminanz
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L = ((Y + 0,055) / 1,055)2,4, falls Y > 0,040448236277, sonst L = Y / 12,92
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| Lref
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80 cd/m² Gesamthelligkeit aller Primärvalenzen
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Adobe-RGB-(1998)-Farbraum
Durch Adobe wurden 1998 Überlegungen umgesetzt, durch die es möglich werden sollte, alle beim Druck relevanten Farben des CMYK-Farbmodells im neuen Adobe-RGB-(1998)-Gamut darzustellen.
Gegenüber sRGB ergeben sich deutliche Verbesserungen bei den Türkis- und Grün-Tönen. Allerdings hat man die Primärvalenzen so gelegt, dass die Darstellung von gesättigten Rottönen sich kaum verbessert hat, die von gesättigten Blautönen sogar leicht verschlechtert. Auf die Darstellung der häufiger auftretenden weniger gesättigten Töne wirkte sich die Umstellung aber nicht aus.
Der Kompromiss bestand in einem Ausgleich in den in der Praxis häufigsten Farbwiedergaben. Bei der Wiedergabe realer Bilder treten die hochgesättigten Farben seltener auf als die weniger gesättigten. Die Bildqualität bei der überwiegenden Anzahl von Farbwiedergaben ist hinreichend gut. So konnten beinahe alle Farben des CMYK-Siebenfarbendrucks im RGB-Farbraum reproduziert werden.
Primärvalenzen für Adobe RGB (1998)
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Rot
|
Grün
|
Blau
|
Weiß (D65)
|
| x
|
0,640
|
0,210
|
0,150
|
0,3127
|
| y
|
0,330
|
0,710
|
0,060
|
0,3290
|
| z
|
0,030
|
0,080
|
0,790
|
0,3583
|
| Y (0…1), L (0…1: 0 am Schwarzpunkt, 1 am Weißpunkt)
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Berechnung
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| Umrechnung von Luminanz L in die nichtlineare Y
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Y = L1/2,19921875
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| Umrechnung der nichtlinearen Y in die Luminanz
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L = Y2,19921875
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| Lref
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160 cd/m² Gesamthelligkeit aller Primärvalenzen
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Der Adobe-Wide-Gamut-RGB-Farbraum
Der Adobe-RGB war eine Weiterentwicklung, entspricht aber noch nicht den gestiegenen Anforderungen der Praxis. So ließen sich etwa Firmenfarben in der Werbung im Workflow nicht durchgehend von einer Geräteart zur anderen weitergeben. Deshalb wurde der sogenannte Wide Gamut entwickelt, wiederum unter Federführung von Adobe.
Der Wide-Gamut-RGB arbeitet mit den Primärfarben 700 nm, 525 nm und 450 nm, und höheren Farbsättigungen an der technischen Machbarkeitsgrenze. Somit wird eine perfekte Abdeckung von Rot, eine fast perfekte Abdeckung von Violett und Blau und eine sehr gute Abdeckung von Grün-Tönen erreicht. Leichte Fehler im Bereich der extrem gesättigten Farben im Türkis und Grün zwischen 470 nm und 520 nm werden zugunsten der Anforderungen des praktischen Farbmanagements in Kauf genommen.
Alle mittels CMYK-7-Farbendruck druckbaren Farben sind im Adobe-Wide-Gamut-Farbraum darstellbar.
Primärvalenzen für WideGamut-RGB
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|
Rot
|
Grün
|
Blau
|
Weiß (D50)
|
| x
|
0,734690
|
0,114161
|
0,156641
|
0,3457
|
| y
|
0,265310
|
0,826207
|
0,017705
|
0,3585
|
| z
|
0,000000
|
0,059632
|
0,825654
|
0,2958
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| Y (0…1), L (0…1: 0 am Schwarzpunkt, 1 am Weißpunkt)
|
Berechnung
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| Umrechnung von Luminanz L in die nichtlineare Y
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Y = L1/2,19921875
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| Umrechnung der nichtlinearen Y in die Luminanz
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L = Y2,19921875
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| Lref
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160 cd/m² Gesamthelligkeit aller Primärvalenzen
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European Color Initiative: Der eciRGB-Farbraum
Die European Color Initiative (ECI) wurde im Juni 1996 auf Initiative der Verlagshäuser Bauer, Burda, Gruner+Jahr und Springer gegründet. Sie beschäftigt sich mit der medienneutralen Verarbeitung von Farbdaten in digitalen Publikationssystemen. Dabei soll in allen eingesetzten Ein- und Ausgabemedien ein durchgehendes Farbmanagement möglich werden. Die Entwicklung der Druckmedien am Computer verlangt, dass das Druckergebnis auch dem Entwurf entspricht.
Es wurde im Jahre 2002 die Version 1 entwickelt. Die aktuelle Version 2 ist in ISO 22028-2:2007 definiert.
Hierzu liegen allerdings keine öffentlich zugänglichen Werte vor.
Der ProPhoto-RGB-Farbraum
Der ProPhoto-RGB-Farbraum (auch bekannt als ROMM-Farbraum, von englisch: Reference Output Medium Metric) ist eine andere Weiterentwicklung des Wide Gamut, wobei vor allem die Anforderungen der Digitalfotografie beachtet wurden, insbesondere zur anschließenden Weiterverarbeitung. Dafür wurden neue Überlegungen, Forschungsergebnisse (wie der LMS-Farbraum) und praktische Forderungen herangezogen. Er bringt eine sehr gute Abdeckung fast aller wahrnehmbaren Farben. Ähnlich wie Wide-Gamut-RGB sind nur wenige sehr gesättigte Farben im Bereich von Türkisgrün und im Bereich des Violetts nicht darstellbar.
Die festgelegten Primärfarben für Blau und Grün sind allerdings wiederum keine real existierenden Farben.
Primärvalenzen für ProPhoto
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|
Rot
|
Grün
|
Blau
|
Weiß (D50)
|
| x
|
0,7347
|
0,1596
|
0,0366
|
0,34567
|
| y
|
0,2653
|
0,8404
|
0,0001
|
0,35850
|
| z
|
0,0000
|
0,0000
|
0,9633
|
0,29583
|
| Y (0…1), L (0…1: 0 am Schwarzpunkt, 1 am Weißpunkt)
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Berechnung
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| Umrechnung von Luminanz L in die nichtlineare Y
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Y = L1/1,8, falls L > 1/512, sonst Y = 16 · L
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| Umrechnung der nichtlinearen Y in die Luminanz
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L = Y1,8, falls Y > 1/32, sonst L = Y/16
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| Lref
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160…640 cd/m² Gesamthelligkeit aller Primärvalenzen
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Aktuelle Entwicklungen
Der RGB-Farbraum ist eine abstrahierte Darstellung für (Licht-)Farben. Durch geeignete Transformationen lassen sich alle Farbräume ineinander überführen. Bei einigen Transformationen werden Bereiche der umfassenderen Farbräume allerdings auf den Rand des begrenzteren Farbsystems abgebildet, und die Transformation ist nicht immer umkehrbar. So kann man den RGB-Farbraum auf das Farbrhomboeder abbilden, aber nicht umgekehrt.
Werden RGB-Farben durch Gleitkommazahlen beschrieben, so kann auf notwendige nichtlineare Verzerrungen für Bilder und Bildkonvertierungen verzichtet werden, die Farbraumkonvertierungen werden zum größten Teil überflüssig. Moderne Programmierschnittstellen rechnen mit linearen Beziehungen im sRGB-Raum, so dass mit Unterstützung von Gleitkomma kein Gamut-Clipping nötig ist.
Die aktuelle Entwicklung von Prozessoren (CPUs) und bei Grafikkarten (GPUs) begünstigt diesen Trend. Mit der Zunahme der Speichermöglichkeiten verbesserten sich auch die Rechenmethoden. Moderne Grafikschnittstellen wie OpenGL und Direct3D sind weitgehend gleitkommabasiert. Es gibt generische Programmierschnittstellen für das Nutzen von GPUs (OpenCL, CUDA, Streamprozessor), die sowohl von der Handhabung (automatische Parallelisierung) als auch in der Leistung den Anforderungen des Farbmanagements entsprechen. Eine durchgängige Gleitkommaarithmetik für Grafikberechnungen ist möglich geworden. Statt 8-Bit- oder 16-Bit-Ganzzahlen können 16-Bit- oder 32-Bit-Gleitkommazahlen zur Berechnung verwendet werden. Es ergeben sich Vorteile in der Gestaltung von Computermonitoren und insbesondere für Anwender und Programmierer für das Fernsehen. Grafikkarten rechnen derzeit intern überwiegend im linearen sRGB-Raum mit RGB-Primärvalenzen ohne Gamma. Damit wird das Konvertieren in den sRGB-Farbraum nach der Berechnung einer 3D-Szene vernachlässigbar. Die häufig verwendete Aufzeichnung von Rohdaten in Digitalkameras ist somit nicht mehr nötig, weil übliche JPEG- und TIFF-Bilder aus Kameras für die weitere Verarbeitung durch den Computer nicht mehr so komplex zu berechnen sind.
- Vorteile
- Ein ausreichend großer Wertebereich erlaubt lineare RGB-Räume, statt mit nichtlinearen Räumen zu rechnen, die aus Kurvensegmenten zusammengesetzt sind. Konvertierungen sind nur noch beim Einlesen und Ausgeben der Bilddaten mit konventionellen Formaten nötig.
- Negative Komponenten sind darstellbar, die Berechnung wird vom darstellenden Farbraum unabhängig. Operationen wie das Hintereinanderausführen von Farbsättigungen · 1600 % + Farbsättigung · 6,25 % schneiden keine „Farben“ ab.
- Berechnungen mit Gleitkommazahlen sind genauer (selbst mit 16-Bit-Gleitkommazahlen). Es entfällt das Oxymoron zwischen „Der Farbraum sollte klein sein, damit die Farben fein abgestuft sind“ und „Der Farbraum sollte groß sein, damit alle Farben darstellbar sind“.
- Programmcode wird einfacher und dadurch weniger fehleranfällig, da kaum noch Sonderfälle behandelt werden müssen.
- „Weiß“ verliert seine Sonderstellung. Es wird eine Farbe zwischen Schwarz und der maximalen Helligkeit der Lichtquellen und Glanzlichtern. Die Helligkeit kann nachträglich festgelegt werden.
- Nachteile
- Erhöhter Speicherplatzbedarf (je nach zu vergleichendem Format: Faktor zwischen 1 und 4, typ. 2).
- Fast vollständig fehlende Infrastruktur zur Verwaltung von gleitkommabasierten Bildern.
RGBY
Bei RGBY (wie auch bei RGBE und bei CMYK) handelt es sich um keinen RGB-Farbraum.
RGBA-Erweiterung
Jedes der oben genannten Farbmodelle kann um einen oder drei Alphakanäle für Transparenzen erweitert werden.
Bei der Erweiterung von einem Alphakanal geht man davon aus, dass (teil-)transparente Medien alle drei Spektralfarben gleichmäßig durch ihre eigene Farbe ersetzen oder dämpfen. Mit diesem einfachen und allgemein üblichen Modell lässt sich allerdings gefärbtes Glas nicht darstellen.
Es gibt zwei Farbmodelle, die den Alpha-Kanal im Vordergrund entweder mit berücksichtigen (straight) oder nicht berücksichtigen (pre-multiplied).
Modelle mit einem Alphakanal (straight):
- <math>(R', G', B') = \alpha (R_{\rm v}, G_{\rm v}, B_{\rm v}) + (1- \alpha) (R_{\rm h}, G_{\rm h}, B_{\rm h})</math>
Modelle mit einem Alphakanal (pre-multiplied):
- <math>(R', G', B') = (R_{\rm v}, G_{\rm v}, B_{\rm v}) + (1- \alpha) (R_{\rm h}, G_{\rm h}, B_{\rm h})</math>
Modelle mit drei Alphakanälen (straight):
- <math>(R', G', B') = (\alpha_{\rm r} R_{\rm v}, \alpha_{\rm g} G_{\rm v}, \alpha_{\rm b} B_{\rm v}) + ((1-\alpha_{\rm r}) R_{\rm h}, (1-\alpha_{\rm g}) G_{\rm h}, (1-\alpha_{\rm b}) B_{\rm h})</math>
Modelle mit drei Alphakanälen (pre-multiplied):
- <math>(R', G', B') = (R_{\rm v}, G_{\rm v}, B_{\rm v}) + ((1-\alpha_{\rm r}) R_{\rm h}, (1-\alpha_{\rm g}) G_{\rm h}, (1-\alpha_{\rm b}) B_{\rm h})</math>
(r, g, b = rot, grün, blau, v = Vordergrund, h = Hintergrund)
Das RGBA-Farbmodell ist im eigentlichen Sinn kein Farbmodell, sondern eine Erweiterung des RGB-Modells durch den (vierten) Alphakanal. Diese α-Komponente bestimmt die Transparenz eines Pixels, die für Überblendeffekte eine Rolle spielt. Wird ein Bild mit einem neuen Bild überschrieben, fließen die Informationen des vorhergehenden Urbildes mit in das neue Zielbild ein. Die Alphakomponente bestimmt, wie durchsichtig das entsprechende Pixel des Bildes sein soll. α = 0 steht für völlige Transparenz, α = 1 für völlige Lichtundurchlässigkeit.
Umrechnung zwischen verschiedenen RGB-Farbräumen
Zur Umrechnung zwischen zwei beliebigen RGB-Farbräumen sind folgende Operationen auszuführen<ref name="brucelindbloom" />:
- Zuerst sind nichtlineare Kennlinien (Gamma-Kennlinien) wieder zu entfernen. Bei linearen Kennlinien kann dieser Schritt entfallen:
- <math>(R, G, B)\longrightarrow(R_{\rm{lin}}, G_{\rm{lin}}, B_{\rm{lin}})</math>
- Als zweiter Schritt ist eine Matrixmultiplikation A auf diesen Vektor anzuwenden:
- <math>\rm A_{ij} (R_{\rm{lin}}, G_{\rm{lin}}, B_{\rm{lin}})\longrightarrow(R'_{\rm{lin}}, G '_{\rm{lin}}, B '_{\rm{lin}})</math>
- Die Matrix A berechnet sich zu <math>A = A_{\rm{quelle}} * [ A_{\rm{ziel}} ]^{-1}</math>, dabei sind <math>A_{\rm{quelle}}</math> und *:<math>A_{\rm{ziel}}</math> die Primärvalenzen des Quell- und Zielraumes in beliebigen (aber gleichen) Koordinaten.
- Ist der Zielraum nichtlinear, ist die nichtlineare Kennlinie des Zielraumes anzuwenden:
- <math>(R'_{\rm{lin}}, G'_{\rm{lin}}, B'_{\rm{lin}}) \longrightarrow (R', G', B')</math>
- Erlaubt der Zielraum keine Werte unterhalb eines gewissen Minimalwertes (z. B. 0,000 oder 0x00) bzw. oberhalb eines gewissen Maximalwertes (z. B. 1,000 oder 0xFF) und treten diese Werte bei der Transformation auf, dann ist die Farbe des Quellraums nicht im Zielraum darstellbar. Es sind geeignete Verfahren zur Reduzierung der Sichtbarkeit des Fehlers zu ergreifen.
- Ist der Zielraum quantisiert (beispielsweise auf 8 Bit oder 12 Bit), dann kommt es durch die Farbraumumrechnung weiterhin zu Rundungsfehlern, die sich je nach Art der Rundung als Rauschen oder Banding bemerkbar machen können.
- Unterlässt man die Linearisierung und De-Linearisierung bei der Umrechnung, erhält man insbesondere bei gesättigten Farben deutliche Fehler. Trotzdem unterlassen es fast alle Softwareprodukte und Hardwareprodukte, diese Berechnungen sauber durchzuführen.
Für die Umrechnung von R-, G-, B-Koordinaten in X-, Y- und Z-Werte der CIE gelten für jeden konkreten RGB-Farbraum spezielle Abbildungsmatrizen. Dabei sind X ein virtuelles Rot, Y ein virtuelles Grün und Z ein virtuelles Blau. Für einen dieser Farbräume (hier sRGB und Lichtart D65) gilt folgende Abbildung<ref name="brucelindbloom">RGB/XYZ Matrices</ref>:
- <math>
\begin{bmatrix} X \\ Y \\ Z \end{bmatrix} =
\begin{bmatrix} 0{,}4124564 & 0{,}3575761 & 0{,}1804375 \\
0{,}2126729 & 0{,}7151522 & 0{,}0721750 \\
0{,}0193339 & 0{,}1191920 & 0{,}9503041
\end{bmatrix}
\cdot
\begin{bmatrix} R \\ G \\ B \end{bmatrix}
</math>
und für die Rückrechnung die inverse Matrix
- <math>
\begin{bmatrix} R \\ G \\ B \end{bmatrix} =
\begin{bmatrix} +3{,}2404542 & -1{,}5371385 & -0{,}4985314 \\
-0{,}9692660 & +1{,}8760108 & +0{,}0415560 \\
+0{,}0556434 & -0{,}2040259 & +1{,}0570000
\end{bmatrix}
\cdot
\begin{bmatrix} X \\ Y \\ Z \end{bmatrix}
</math>
Folgende Beziehungen zwischen sRGB- und XYZ-Farbraum lassen sich daraus herleiten:
- Das virtuelle Grün, das identisch gesetzt mit dem Hellbezugswert A ist, läuft mit dem G-Wert, ändert sich weniger bei sinkendem Rotanteil, und ist kaum vom Blau abhängig.
- Dafür ist für das virtuelle Rot der R-Wert um etwas G zu verringern.
- Das Zapfen-Z, das virtuelle Blau, liegt über einem Nebenmaximum des virtuellen Rots, was den Abzug von R, aber kaum G bedingt.
Für unterschiedliche Geräteklassen wurden abweichende RGB-Räume genormt, die alle den gleichen Grundaufbau mit Rot-, Grün- und Blaukomponente besitzen. Entsprechend sind auch die Umrechnungsmatrizen vom besonderen RGB-Raum und der gewählten Lichtart beeinflusst.<ref name="brucelindbloom" />
Eigentlich hat jedes Gerät seinen eigenen Geräte-RGB-Farbraum, der aber üblicherweise zulässig innerhalb des genormten Farbraumes liegt. Individuelle Farbdifferenzen können durch Gerätetyp, Hersteller, Verarbeitungs- und Produktionseinflüsse, sowie durch Alterung entstehen. Hierfür gibt es (in bestimmten Grenzen) Möglichkeiten der Anpassung. Diese Methoden werden als Colormanagement zusammengefasst. Eine Mindestanpassung ist die Gammakorrektur. Soweit sich die Geräteparameter nachstellen lassen ist eine Anpassung des Gerätes an die genormten Größen möglich. Für höherwertige Anforderungen wird das Gerät individuell ausgemessen und über 3×3-Matrizen oder spezielle Listen (englisch: Look-up-Table, LUT) die Zuordnung von Geräte-RGB-Tripel mit dem Forderungstripel verknüpft.
Für digitale Bilddaten eignet sich der RGB-Farbraum lediglich zur Darstellung am Bildschirm und den verwandten Gerätetypen. Farbdefinitionen sowie Kontraste der Farben untereinander im Internet zur Darstellung auf einer Vielzahl unterschiedlichster Monitore mit einem breiten Spektrum verwendeter Grafikkarten sind Web-sicher, wenn sie den Empfehlungen des W3C entsprechen. Bilddaten für den Druck (Offsetdruck, Siebdruck, Digitaldruck) sind in einem subtraktiven Farbmodell zu reproduzieren (CMY, CMYK). Die Umrechnung von RGB in CMY ist dabei ein Wissensgebiet, das durchaus noch in der Entwicklung ist (verwiesen sei hierfür auf die ICC-Profile).
Probleme bei der Wahrnehmung
Grenzen in der Anwendung findet der RGB-Farbraum mit wahrnehmungsphysiologischen Problemen.
- Im RGB-Farbraum sind nicht alle Farbvalenzen enthalten. Insbesondere die gesättigten Spektralfarben erfordern negative Wiedergabeanteile (äußere Farbmischung), das wäre fehlendes Licht. Bei optischen Untersuchungen wird dieser Mangel durch zusätzliches Vergleichslicht behoben.
- Die Farbwahrnehmung ist nicht unabhängig von der absoluten Helligkeit. Die Erregung der Zapfen erfordert eine Mindestlichtmenge (Mindestanzahl an Photonen). Wird diese unterschritten, nehmen wir über die Stäbchen nur Hell-Dunkel-Reize wahr. Oberhalb einer Grenzleuchtdichte kommt es auch zu Blendung, die ebenfalls das System der Farbrezeptoren stört.
- Die Farbwahrnehmung ändert sich über das gesamte Sichtfeld hinweg. In der Fovea centralis ist die Farbwahrnehmung am besten; sie nimmt in der Peripherie aber deutlich ab. Die Rot-Grün-Farbwahrnehmung nimmt in Richtung der Peripherie stärker ab als die Empfindlichkeit der Blau-Gelb-Wahrnehmung. Bei Abweichungen von mehr als 30° von der Sehachse ist nahezu keine Rot-Grün-Wahrnehmung mehr möglich. Andere Phänomene und Eigenschaften der Augen spielen ebenfalls eine Rolle, wie etwa der gelbe Fleck.
- Die Farbwahrnehmung hängt von Umgebungslicht und Umgebungsfarbe ab. Die Farbkonstanz des menschlichen Sehsinns zeigt sich beim automatischen Weißabgleich und in Wahrnehmungstäuschungen.
- Genetische Unterschiede beim Farbsehen sowie mögliche Farbfehlsichtigkeiten bis zu Farbunfähigkeit und auch Hirnläsionen nach Schlaganfällen oder Unfällen beeinträchtigen die Vergleichbarkeit. So kann geringere Empfindlichkeit einer Zapfenart durchaus zu besserer Unterscheidung in bestimmten Bereichen des RGB-Farbraumes gegenüber Normalsichtigen führen. Die normierte Vorgabe zeigt dann ihre Schwäche.
Es existieren zwei technische Angaben, die für eine exakte Wiedergabe eines Farbtones erforderlich sind. Zum einen die Lage der Grundfarben (Rot, Grün, Blau) bei voller Anregung aller Kanäle, also die „Mitte“ des xy-Farbartdiagrammes, bei x = y = 1/3 oder den Werten R = G = B = 1. Diese Farbe wird als Referenzweiß bezeichnet. Zum anderen ist es die Beziehung zwischen der Spannung der Anregungsstrahlung (etwa Kathodenstrahlung) zum Farbergebnis und der abgegebenen Lichtleistung (angenähert durch Gamma, genaue Angabe durch eine Funktion abhängig von der angelegten Spannung). Der logarithmische Zusammenhang zwischen Farbvalenz und Farbreiz, wie er von Ewald Hering bestimmt wurde, geht in diese Formel ein.
Es ist also für eine gute Farbdarstellung wichtig zu wissen, welche RGB-Norm eingesetzt wurde.
Die beiden ersten technischen Angaben sind in Normen für alle Hersteller festgelegt. Allerdings sind die Normungen der RGB-Farbräume in verschiedenen Gremien in Amerika (FCC, ATSC), Europa (EBU) und Japan unterschiedlich.
Grenzen
Ein RGB-Farbraum ist ein auf wenige, definierte Parameter begrenzter Ausschnitt der Wirklichkeit. Die Wahrnehmung eines „bunten“ Lichtes, einer „Oberfläche“, umfasst weitere Effekte. So könnte die Definition einer Farbe durch drei Zahlen die falsche Erwartung wecken, eine Farbe wäre in ihrer Wahrnehmung absolut bestimmt. Tatsächlich ist die Farbwirkung einer numerisch bestimmten RGB-Farbe dagegen vom konkret vorhandenen technischen System abhängig, das diese Farbe wiedergibt oder aufnimmt, und auch von den internen und externen Umgebungsbedingungen.
Datei:Optical grey squares orange brown.svg Der subjektive Einfluss der Helligkeit. Beide Farbflächen sind in RGB = {D1,86,00} ≈ orange dargestellt, der Eindruck „Braun“ entsteht durch die Annahme einer dort helleren Beleuchtung. Auch die die farbigen Flächen umgebenden Grautöne sind identisch (RGB = {70,70,70}).
Ein Beispiel:
- Die Farbwerte 100 % Rot, 50 % Grün und 0 % Blau (rgb = 255,127,0) ergeben ein Orange, die Nuance des Orange kann auch bei guter Voreinstellung auf verschiedenen Wiedergabegeräten sehr unterschiedlich aussehen.
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|
Dieses Orange könnte auf verschiedenen Bildschirmen unterschiedlich aussehen.
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| Rot, Grün, Blau = hex{#FF8000}
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Dies sollte der Fall sein, wenn das gleiche Signal auf benachbarte Kathodenstrahlröhre und Flüssigkristallbildschirm gelegt wird.
Benachbart: damit die Farben besser vergleichbar sind.
|
Sind der genaue Farbraum des Aufnahmesystems und der Farbraum des Wiedergabesystems bekannt und bleiben sie konstant, kann durch eine Umrechnung des Farbraumes eine dem Original weitgehend angenäherte Darstellung erreicht werden. Probleme bereiten Displays, die eine variierende, wie richtungs- oder temperaturabhängige Farbdarstellung aufweisen.
Farbkorrektur
Um vorhersagbare Farben in RGB-Systemen zu erhalten, sind Farbkorrekturmethoden nötig. Es finden Profile Verwendung, die beschreiben, wie Farben aussehen und damit den Farbraum für verschiedene Geräte umrechenbar machen. Typische Farbprofile, Betriebs-RGB-Räume, sind sRGB (standard RGB) oder Adobe-RGB für allgemeine Computerperipherie wie Monitore und Digitalkameras und ECI-RGB für den Einsatz im grafischen Gewerbe, zum Beispiel in der professionellen Bildbearbeitung. Ein angestrebtes Ziel ist der Wide-Gamut-RGB, der einen maximal erreichbaren Farbumfang definiert, der zu seiner Darstellung noch der Lösung harrt.
Für Transformation innerhalb des RGB-Farbraumes, also zwischen Betriebs-RGB-Räumen oder auch zwischen Geräte-RGB-Räumen werden 3×3-Matrizen genutzt. Eine andere Möglichkeit sind LUT (Look-up-Tables) die in Listenform Wertezuordnungen (Transformationstabellen) von (R,G,B)Quelle auf (R,G,B)Ziel enthalten. Zwischen den Stützstellen kann linear interpoliert werden. ICC-Profile sind solche (standardisierten) Hilfsmittel.
Siehe auch
Weblinks
Einzelnachweise
<references />
Die in diesem Artikel angezeigten Farben sind nicht farbverbindlich und können auf verschiedenen Monitoren unterschiedlich erscheinen.
Eine Möglichkeit, die Darstellung mit rein visuellen Mitteln näherungsweise zu kalibrieren, bietet das nebenstehende Testbild (nur wenn die Seite nicht gezoomt dargestellt wird):
Tritt auf einer oder mehreren der drei grauen Flächen ein Buchstabe („R“ für Rot, „G“ für Grün oder „B“ für Blau) stark hervor, sollte die Gammakorrektur des korrespondierenden Monitor-Farbkanals korrigiert werden. Das Bild ist auf einen Gammawert von 2,2 eingestellt, der gebräuchliche Wert bei TV-Geräten und Computern mit Windows oder OS X (ab Version 10.6)
