Farbe und Farbrume Sylvia Pietzsch bersicht Einleitung Farbe

Farbe und Farbräume Sylvia Pietzsch

Übersicht • Einleitung • Farbe und Licht • Farbräume auf der Basis von Farbkomponenten • Perzeptuelle Farbräume

Einleitung DIN 5033: „Farbe ist diejenige Gesichtsempfindung eines dem Auge strukturlos erscheinenden Teiles des Gesichtsfeldes, durch die sich dieser Teil bei einäugiger Betrachtung mit unbewegtem Auge von einem gleichzeitig gesehenen, ebenfalls strukturlosen angrenzenden Bereich allein unterscheiden kann. “

Farbe und Licht • Physikalische Grundlagen • Farbwahrnehmung • Farbmerkmale

Physikalische Grundlagen • Licht setzt sich aus elektromagnetischen Wellen zusammen • sichtbares Licht bei Wellenlängen von 400 - 800 nm

Physikalische Grundlagen • um die Farbe wahrnehmen zu können, muss ein Objekt Licht emittieren oder reflektieren oben: Spektrum einer Natriumdampflampe unten: Spektrum einer Quecksilberdampflampe

Farbwahrnehmung • Auf der Netzhaut des Auges befinden sich zwei Arten von Sinneszellen: Zapfen und Stäbchen • Stäbchen: verarbeiten nur Helligkeitsinformation • Zapfen: Farbwahrnehmung; drei Arten zur Detektion von Blau, Grün, Rot I = 0, 59*G + 0, 3*R + 0, 1*B

Farbmerkmale • Objektive Farbmerkmale • Subjektive Farbmerkmale • Die Grassmannschen Gesetze

Objektive Farbmerkmale • dominante Wellenlänge: Wellenlänge aus dem Spektrum, bei der die höchste Leistung abgestrahlt wird • Reinheit: gibt an, in welchem Verhältnis weißes Licht zu einem monochromatischen Licht zu mischen ist, um ein gegebenes Licht zu erzeugen • Luminanz: Strahlungsenergie, d. h. Intensität bezogen auf den Flächeninhalt eines unendlich kleinen Flächenelementes, das sich auf der Lichtquelle befindet

Subjektive Farbmerkmale • Helligkeit: physiologisch-psychologisches Maß für die Stärke des durch einen Beobachter wahrgenommenen Gesamtenergieflusses: – Lightness: Helligkeit reflektierender Objekte – Brightness: Helligkeit selbst leuchtender Objekte • Farbton: Unterscheidung verschiedener charakteristischer Spektralmuster; unterscheidet reine Farben (grün, gelb, rot, . . . ) • Sättigung: Grad, in dem für einen Beobachter der Farbton eines gegebenen Lichtes von dem Farbton eines Lichtes gleicher Luminanz abweicht

Subjektive Farbmerkmale

Die Grassmannschen Gesetze • Gesetze zur additiven Farbmischung • 1853 aufgestellt • zwischen je vier Farben besteht eine eindeutige lineare Beziehung • eine Farbe braucht zu ihrer Bestimmung drei voneinander unabhängige Bestimmungsstücke linear unabhängige Vektoren in einem dreidimensionalen Vektorraum Farbvalenzen • Farbton einer durch additive Mischung entstandenen Farbe ist nur vom Farbeindruck der Ausgangsfarben, nicht von deren spektraler Zusammensetzung abhängig

Farbräume auf der Basis von Farbkomponenten • • RGB - Farbraum CMYK - Farbraum CIE - Farbraum YUV - Farbraum

RGB - Farbraum • Rot, Grün und Blau als Primärvalenzen • Darstellung als Einheitswürfel • Schwarz im Punkt (0, 0, 0); Weiß bei (1, 1, 1); Diagonale: Grautöne • Prinzip der additiven Farbmischung

RGB - Farbraum Anwendung: bei Geräten, die selbst Licht aussenden (Farbfernseher, Monitore) Grenzen: • geräteabhängig (bei Angabe gleicher Werte für Primärstrahler entsteht auf verschiedenen Geräten unterschiedlicher Farbeindruck) • Nicht alle Farben sind durch additive Farbmischung erzeugbar.

CMYK - Farbraum • Cyan, Magenta, Yellow als Primärvalenzen, Schwarz als zusätzliche Farbe zur Kontrasterhöhung (key colour) • Schwarz im Punkt (1, 1, 1); Weiß bei (0, 0, 0); Diagonale: Grautöne • Prinzip der subtraktiven Farbmischung

CMYK - Farbraum Anwendung: Einsatz im Vierfarbdruck (Farbdrucker, Offset. Druckmaschinen) Grenzen: • geräteabhängig • nicht nur das Verhalten der Farbpigmente ist für das Ergebnis entscheidend, sondern auch verwendete Papierart, Druckverfahren und Umgebungsbeleuchtung

CIE - Farbraum • von der Commission Internationale de l‘Éclairage 1931 entwickelt • geräteunabhängiger Standard zur Farbdefinition • Ausgangspunkt: drei • hypothetische Primär • strahler X, Y und Z, die • durch Mischung positiver • Anteile alle sichtbaren • Farben erzeugen können

CIE - Normfarbdiagramm • durch Projektion auf die Ebene x+y+z=1 Farben durch Angabe zweier Werte darstellbar (dritter Wert ist Helligkeit) E

YUV - Farbraum • Angabe einer Helligkeitskomponente Y (Luminanz) und zweier Farbkomponenten U und V (Chrominanz), wobei: Y = 0, 299 R + 0, 587 G + 0, 114 B U=B-Y = -0, 299 R - 0, 587 G + 0, 886 B V=R-Y = 0, 701 R - 0, 587 G - 0, 114 B • Verwendung bei PAL-Videonorm • Subsampling: zur vollen Helligkeitsinformation wird die halbe Farbinformation (oder weniger) übertragen (siehe JPEG-Verfahren)

Perzeptuelle Farbräume • orientieren sich am menschlichen Umgang mit Farbe • Definition einer Farbe durch Farbton, Sättigung und Helligkeit • HSV - Farbraum • HLS - Farbraum

HSV - Farbraum • 1978 von Alvy Ray Smith entwickelt • H hue (Farbton) Winkel zwischen S-Achse u. Zeiger auf dem Farbkreis (Rot bei 0°) S saturation (Sättigung) orthogonal zur V-Achse V value (Helligkeit) vertikale Achse

V = max( R , G , B) falls V > 0 falls V = 0 falls max(R, G, B) = R, min(R, G, B) = B falls max(R, G, B) = G, min(R, G, B) = R falls max(R, G, B) = B, min(R, G, B) = G falls max(R, G, B) = R, min(R, G, B) = G

HSV - Farbraum S ist auf der Außenkante jeder Sechseckfläche der Pyramide 1 und auf zur Außenkante parallelen Linien jeweils konstant.

HLS - Farbraum • von der Fa. Tektronix entwickelt • H hue S saturation L lightness • Farben mit max. Buntanteil auf der Ebene L = 0, 5, S = 1

falls min(R, G, B) max(R, G, B) falls min(R, G, B) = max(R, G, B) H wie im HSV-Raum