Farbe und Farbräume

1. Farbe und Farbräume Sylvia Pietzsch

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

3. 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.“

4. Farbe und Licht • Physikalische Grundlagen • Farbwahrnehmung • Farbmerkmale

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

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

7. 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

8. Farbmerkmale • Objektive Farbmerkmale • Subjektive Farbmerkmale • Die Grassmannschen Gesetze

9. 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

10. 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

11. Subjektive Farbmerkmale

12. 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

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

14. 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

15. 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 Farbmi- schung erzeugbar.

16. 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

17. 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

18. 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

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

20. 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)

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

22. 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

23. 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) = B falls max(R,G,B) = G, min(R,G,B) = R falls max(R,G,B) = B, 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

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

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

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