|
Farbmodelle sind mathematische Darstellungen eines Farbbereichs. Sie bieten einen Standard, gegenüber dem wir Farbe messen können, und ein System, mit Hilfe dessen mechanische Geräte Farbe erzeugen können.
Farbmodelle basieren gewöhnlich auf drei Primärfarben. Dies entspricht der Tatsache, daß die menschlicher Sehkraft auf drei grundlegenden Stimuli beruht. Jeder Primärfarbe im Modell wird ein Wert innerhalb eines bestimmten Bereichs zugewiesen, und die Kombination der einzelnen Werten bestimmt die Farbe.
Obwohl Modelle Farben numerisch ausdrücken, sind sie unvollkommen, da Farbe von unserer Wahrnehmung beeinflußt wird. Allerdings können Farbmodelle in Computern benutzt werden, um die Farbausgabe zu definieren. Wenn man ein Farbsignal an einen beliebigen Bildschirm sendet, erhält man (theoretisch) immer die gleiche meßbare Farbe.
CIE-Wahrnehmungsmodelle
Wahrnehmungsmodelle beruhen darauf, wie wir Farbe wahrnehmen. Die bekanntesten dieser Modelle wurden von der Commission internationale de l\'eclairage (CIE) entwickelt. CIE XYZ wurde 1931 als mathematisches Modell der menschlichen Farbwahrnehmung entwickelt. Das Modell definiert darüber hinaus standardisierte Illuminanten, Beobachter und Objekte. Das Modell hat die folgenden Kennzeichen:
Es gibt eine Reihe von standardisierten Illuminanten. Der am weitesten verbreitete Standard ist Illuminant D65, der bei einer Farbtemperatur von 6500 K eine Spektralstärkenverteilung hat, die normalem Tageslicht ähnelt.
Der standardisierte Beobachter wird entsprechend der Wahrnehmung verschiedener Testpersonen mit normaler Farbsehkraft definiert.
Das standardisierte Objekt wird durch einen Einsehwinkel (2 oder 10 Grad) über einen bestimmten Abstand definiert. Der Einsehwinkel bestimmt die Größe des Objekts und sollte nicht mit dem Winkel verwechselt werden, an dem das Objekt besehen wird.
Das Modell umfaßt drei imaginäre Primärfarben, um Farben zu definieren: die Werte X, Y und Z. Diese Werte eignen sich nicht besonders gut zur Beschreibung wahrgenommener Farbe und werden in einer Satz von Koordinaten für Farbart und -sättigung umdefiniert, die sich mathematisch aus X, Y, und Z ableiten lassen.
Bei der Definition einer Farbe in CIE XYZ, stellen wir die XYZ-Primärfarben, den standardmäßigen Illuminanten und den Einsehwinkel fest. So bedeutet z. B. der Wert 21.21 13.37 9.32 D65 2-degrees, daß X=21.21, Y=13.37 und Z=9.32 sind, bei Verwendung von Illuminant D65 mit einem Einsehwinkel von 2 Grad zur Größendefinition.
Dieses Modell ist wichtig, da es das erste war, mit dem man Farbe numerisch und ohne Bezugnahme auf ein bestimmtes Gerät beschreiben kann (d. h. das Modell ist geräteunabhängig). Das Problem mit dem Modell liegt darin, daß es Farbe in Hinsicht auf Wahrnehmung nicht einheitlich darstellt, und daß seine Benutzung nicht sehr intuitiv ist. CIE L*u*v* und CIE L*a*b* sind Varianten dieses Modells, die später entwickelt wurden, um Einheitlichkeit der Wahrnehmung und Bedienerfreundlichkeit einzuarbeiten.
CIE wird häufig in industriellen Anwendungen, wie z. B. Malerfarben, Kunststoffe und Textilien, verwendet. Es dient auch als Standard im TV-Bereich.
Additive und subtraktive Modelle
In einem additiven Modell wird Licht dazu benutzt, Farbe zu erstellen. Der Begriff \"additiv\" bezieht sich auf die strahlenden Eigenschaften von Licht, d. h. wenn Licht hinzugefügt wird, verstärkt sich die Farbintensität. Man kann diesen Effekt auch so beschreiben, daß die Lichtquelle zum auf der Netzhaut wahrgenommenen Licht hinzufügt. Wenn alle Primärfarben in voller Intensität erscheinen, erhält man Weißwas für die Lichtprimärfarben charakteristisch ist.
RGB ist ein additives Modell, in dem die roten, grünen und blauen Komponenten den Lichtprimärfarben entsprechen. Es definiert den natürlichen Farbbereich für Bildschirme und Scanner. So entspricht z. B. in Bildschirmen jede der Elektronenkanonen einer der Komponenten.
In einem subtraktiven Modell wird Pigment oder ein anderer Farbstoff dazu benutzt, Farbe zu erstellen. Der Begriff \"subtraktiv\" bezieht sich auf die reflektierenden Eigenschaften von Pigmenten, d. h. wenn wir Pigment hinzufügen, nimmt die Lichtintensität ab. Man kann diesen Effekt auch so beschreiben, daß Pigmente vom Licht abziehen das auf die Netzhaut gespiegelt und dort wahrgenommen wird (da mehr Licht durch das Pigment aufgesogen wird, erhält die Netzhaut dementsprechend weniger Licht). Wenn alle Primärfarben in voller Intensität erscheinen, erhält man eine Farbe, die sich Schwarz annähert (echtes Schwarz ist in einigen subtraktiven Farbmodellen nicht möglich).
CMY und CMYK sind Beispiele für subtraktive Modelle. Diese Modelle sind der natürliche Farbbereich der meisten Drucker und stellen auch die Grundlage für die meisten Skalenfarben-Druckverfahren dar. Diese Modelle entsprechen den Drucker- und Pigment-Primärfarben.
HSB und HLS
HSB (Farbton, Farbsättigung, Helligkeit) ist eine Variation von RGB und basiert ebenfalls auf den Lichtprimärfarben. Von allen heute verwendeten Farbmodellen kommt HSB der Art, in der wir Farbe wahrnehmen, am nächsten. Es stellt eine intuitive Methode zur Farbdefinition dar.
Der Farbton (engl. Hue) definiert die eigentliche Farbe (Rot, Gelb, usw.), ähnlich der Farben, die man am Rand eines Farbkreises sieht.
Die Sättigung (engl. Saturation) definiert die Reinheit der Farbe. Wenn man sich über einen Farbkreis (und nicht um ihn herum) bewegt, entfernt man jeweils einen Prozentsatz der Farbe, von der man sich weg bewegt, und fügt einen Prozentsatz der Farbe hinzu, zu der man sich hinbewegt. Wenn man sich dem Zentrum des Rades nähert, wird die Farbe zunehmend grauer, da sich die Prozentsätze der Lichtprimärfarben angleichen.
Die Helligkeit (engl. Brightness) definiert die Lichtmenge in der Farbe auf einer senkrechten Skala. Helligkeit kann auch als der Anteil von Weiß in der Farbe verstanden werden. Die Helligkeitskomponente ist nicht-linear, welches der Art, in der wir helle und dunkle Farben sehen, stark ähnelt. Wenn man in der Skala nach unten gegen den dunklen Bereich geht, verringert sich den physikalische Abstand bei der gleichen numerischen Wertänderung.
HLS (engl. Hue, Lightness, Saturation) ist eine Variante von HSB. Die Farbton- und Sättigungskomponenten sind die gleichen. Der Unterschied liegt in der Helligkeitskomponente, die eine lineare Skala von Farbhelligkeit zu -dunkelheit ist.
|
