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maroone


Rath RGB 4/2017
Rath RGB 4/2017

            

Rath RGB 4/2017
Beschreibung: Der RGB-Farbraum ist ein additiver Farbraum, der Farbwahrnehmungen durch das additive Mischen dreier Grundfarben (Rot, GrĂŒn und Blau) nachbildet. Das Farbsehen des Menschen ist von drei Zapfentypen geprĂ€gt. Dieser Farbraum basiert im Prinzip auf der Dreifarbentheorie.

Nach ersten Untersuchungen und Überlegungen zum PhĂ€nomen „Farbsehen“ im 18. Jahrhundert fĂŒhrten 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 PrimĂ€rfarben nachbilden. Das Licht kann mit dem Spektrometer völlig unterschiedlich zwischen dem ursprĂŒnglichen 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 nicht notwendig, die genaue spektrale Verteilung fĂŒr eine Rekonstruktion der Farbtöne zu speichern. Um diesen Farbreiz nachzubilden, reicht es aus, ein Zahlentripel zu speichern, das die Menge an rotem, grĂŒnem und blauem Licht beschreibt. Genau so wird eine Farbe im RGB-Raum beschrieben. Ist ein Rot, ein GrĂŒn und ein Blau in maximaler IntensitĂ€t definiert, so können der Rotanteil R, der GrĂŒnanteil G und der Blauanteil B die Farbe beschreiben: Farbe = (R, G, B)

Den RGB-Farbraum kann man als linearen Raum, anschaulich als FarbwĂŒrfel, darstellen.
Die Wertebereiche fĂŒr die Farbreize (R, G, B) können unterschiedlich festgelegt sein. Die klassische Darstellung lĂ€sst Werte zwischen 0 und 1 (d. h. 0 Prozent und 100 Prozent) zu. Dies orientiert sich an der praktischen klassischen Realisierung mittels DĂ€mpfung vorhandenen Lichts. Computerorientierte Anwendungen verwenden hĂ€ufig die an der klassischen Form der Abspeicherung angelehnte Schreibweise, es werden Ganzzahlen zwischen 0 und einer Maximalzahl abgespeichert. Solche ĂŒblichen Maximalzahlen sind 7, 31, 255, 1023, 4095, 16383, 65535.

Da die IntensitĂ€tswahrnehmung des Menschen nach der Weber-Fechner-Regel nichtlinear ist, wird meist eine nichtlineare Kodierung fĂŒr die Luminanz vorgenommen. Diese bezeichnet man hĂ€ufig als Gamma-Funktion, da die ersten Implementierungen die Potenzfunktion Y ~ L1/Îł als Ansatz nutzten. Der Koeffizient Gamma mit Îł > 1 beschreibt die KrĂŒmmung der Kurve. Die inverse Funktion ist L ~ Y Îł.

Das Koordinatensystem hat neben dieser nichtlinearen Kodierung insgesamt 9 Freiheitsgrade, die fĂŒr einen konkreten RGB-Raum festzulegen sind. Diese kann man verschieden angeben, was zu Verwirrungen beim Anwender fĂŒhren kann. FĂŒr alle drei PrimĂ€rvalenzen 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 fĂŒr 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.

Moderne computerorientierte Applikationen und Schnittstellen verwenden zumindest intern immer mehr Gleitkommazahlen, die sowohl aus dem Intervall [0,1] ausbrechen als auch grĂ¶ĂŸere Wertebereiche mit gleicher relativer Genauigkeit von Haus aus darstellen können (16 Bit ≈ 12 GrĂ¶ĂŸenordnungen, 32 Bit ≈ 83 GrĂ¶ĂŸenordnungen). So entfĂ€llt die Festlegung einer Maximalhelligkeit, man speichert die absoluten Helligkeiten ab. Die Anzahl der Freiheitsgrade reduziert sich auf 6, der FarbwĂŒrfel wird zu einem Vektorraum.

Das farbige Feld des XYZ-Raumes steht fĂŒr die Menge aller sichtbaren Farben. Das CIE-Normvalenzsystem wird anschaulich durch den Farbkörper nach Rösch wiedergegeben. Über ICC-Profile werden fĂŒr die Farbeingabe- und FarbausgabegerĂ€te, wie Monitor, Scanner, Drucker, die jeweils notwendigen FarbrĂ€ume (RGB, CMYK) transformiert. Diese Transformation ist aber nicht eindeutig möglich. Der materiell jeweils realisierbare RGB-Farbraum liegt auf der Farbarttafel, genauer im CIE-Farbraum innerhalb eines Dreiecks. Ein solches Dreieck ist in der nebenstehenden Darstellung schwarz umrandet. Durch unterschiedliche Umformungen (meist als 3×3-Matrix) der Zahlenwerte und mittlerweile bessere technische VerfĂŒgbarkeit gibt es unterschiedlich definierte und normierte Varianten (s-RGB, Adobe-RGB, Bruce-RGB).[1]

Anwendung
Der RGB-Farbraum wird fĂŒr selbstleuchtende (farbdarstellende) Systeme benutzt, die dem Prinzip der Additiven Farbmischung unterliegen, daher auch als Lichtmischung bezeichnet. Nach Graßmanns Gesetzen lassen sich Farben durch drei Angaben definieren, im RGB-Farbraum sind dies der Rot-, der GrĂŒn- und der Blauanteil. Die konkrete Form des Farbraums hĂ€ngt vom jeweils konkreten technischen System ab, fĂŒr das der jeweilige Farbraum bestimmt wurde.

sRGB (Standard-RGB) wurde fĂŒr Monitore entwickelt, deren farbgebende Basis drei Phosphore (Leuchtstoffe) sind. Solch ein Stoff gibt beim Auftreffen von Elektronen ein Spektrum von Licht ab, dabei sind geeignete Leuchtstoffe solche mit schmalbandigen Emissionen bei WellenlĂ€ngen im Bereich der WahrnehmungsqualitĂ€ten Blau, GrĂŒn, Rot. Der Betrachter bekommt den im RGB-Farbraum definierten Farbeindruck (bei genĂŒgendem Abstand vom Bildschirm gehen die Pixel additiv ineinander ĂŒber). Die IntensitĂ€t des Anregungsstrahls entspricht dem Tripel im RGB-Farbraum und kann beispielsweise als Dezimalbruch (0 bis 1 oder 0 bis 100 %) oder diskret mit 8 Bit pro Kanal (0
255) angegeben werden (8-Bit-TIFF). Je nach Anwendungsart sind dabei bestimmte Wertdarstellungen bevorzugt.

Mit grĂ¶ĂŸeren Speichermedien wurden Tonstufen von 16 Bit pro Kanal möglich. So sind dreimal von 0 bis 65535 (
2
16
2^{16}) möglich, also insgesamt 281 Billionen Farben, beispielsweise beim 16-Bit-TIFF und 16-Bit-PNG. Gute technische Ausgabesysteme können mehr Farben wiedergeben als der Mensch unterscheiden kann, selbst der trainierte Mensch kommt nur auf etwa 500 000 Farbnuancen.[2] FĂŒr spezielle Anwendungen sind 16-Bit-Werte allerdings durchaus sinnvoll. Bei Auswertungen in der Röntgendiagnostik sind so exaktere Betrachtungen möglich.

Die Farbwiedergabe in FĂ€llen wie Farbbilder vom PC-Drucker, Farbfotos auf Silberhalogenidbasis, der Druck einer Illustrierten, Farbbilder in BĂŒchern geschieht durch Remission auf der prĂ€sentierenden FlĂ€che. Hier gelten somit die Gesetze der subtraktiven Farbmischung, fĂŒr die der CMY-Farbraum entwickelt wurde, wegen der Farbtiefe ĂŒblicherweise mit Schwarz fĂŒr Farbtiefe als CMYK-Farbraum.

Die Darstellung des RGB-Farbraumes erfolgt (weniger anschaulich als bei anderen FarbrĂ€umen) im kartesischen Koordinatensystem als WĂŒrfel. Die Abbildung zeigt links den Blick auf die RĂŒckwand, in der Mitte den Aufblick, rechts einen Einblick ins Innere. Rot-, GrĂŒn- und Blau-Anteile folgen den Achsen; in den Ecken sind Gelb, Magenta, Cyan zu finden. Am Koordinatenursprung mit R=G=B=0 befindet sich Schwarz, entlang der Raumdiagonalen Grau bis zum Eckpunkt in Weiß.

Anwendung von RGB-FarbrÀumen zur Bildwiedergabe

In Monitoren werden darstellbare Farben mit Rot, GrĂŒn und Blau verfĂŒgbar gemacht.
RGB-FarbrÀume als additive FarbrÀume dienen als Grundlage zur Darstellung von Farbbildern mittels BildwiedergabegerÀten, die Farben aus drei oder mehreren Farben additiv zusammenstellen. Neben CRT- und TFT-Displays sind dies auch Videoprojektoren. Dabei ist es unerheblich, wie die einzelnen FarbkanÀle angesteuert werden, ob durch ein analoges oder ein digitales Signal mit 5, 8, 10 oder 16 Bit pro Farbkanal.

Üblicherweise werden die drei Grundfarben Rot, GrĂŒn und Blau zur Darstellung genutzt. Zur VergrĂ¶ĂŸerung des Gamuts oder der Maximalhelligkeit können mehr „Farben“ zum Einsatz kommen. So können durch das Vieleck abgedeckte Farben besser dargestellt werden, zumindest bei geringeren Helligkeiten. Die BeschrĂ€nkung auf das vom Hufeisen umschlossene RGB-Dreieck entfĂ€llt. Zur VergrĂ¶ĂŸerung der Maximalhelligkeit kann Weiß als weitere Grundfarbe genutzt werden. So sind grĂ¶ĂŸere Helligkeiten darstellbar, jedoch unter weiterem Verlust von Gamut. Beide Möglichkeiten werden bei DLP-Projektoren benutzt.

Allerdings ist in diesen FÀllen eine weitere Verarbeitung der RGB-Daten der Grafikkarte durch das AusgabegerÀt notwendig. Im Fall der Mehrfarbprojektion ist ein geeigneter Arbeitsfarbraum der Grafikkarte notwendig, um die Vorteile nutzen zu können.

Die Eckpunkte des RGB-Farbartdreiecks können willkĂŒrlich gewĂ€hlt sein, sie sind nicht durch die VerfĂŒgbarkeit von Leuchtstoff-Kristallen beschrĂ€nkt. Es besteht kein untrennbarer Zusammenhang zu den drei (Grund-)Lichtfarben, die die Leuchtstoffe des AusgabegerĂ€tes erzeugen können. Farbwerte außerhalb des durch die Eckpunkte bestimmten Dreiecks können nicht dargestellt werden. So fehlen bei einer Bildröhre viele der krĂ€ftigen, satten GrĂŒn- und Blautöne, die in der Natur vorkommen, und auch das spektralreine Rot und Violett fehlt im RGB-Raum.

Werden die Leuchtstoffe eines Bildschirms durch LEDs oder Ă€hnliche Elemente fĂŒr Rot, GrĂŒn, Blau ersetzt, Ă€ndert sich an der farblichen Wirkung gegenĂŒber dieser Beschreibung nichts, vorausgesetzt sie können den verwendeten RGB-Raum abdecken. Beispielsweise besitzen Flachbildschirme keine Bildröhre und erzeugen die Farben durch elektrische Feldanregung. Andere Leuchtstoffe bedingen eine andere Lage des RGB-Dreiecks (dargestellt auf der xy-Farbsohle). Technische Anforderung ist es, die Lage der Diagramm-Eckpunkte fĂŒr LC-Displays möglichst an die Lage in Bildröhren anzupassen. Gelingt dies nicht, muss eine mathematische Umrechnung erfolgen, wodurch jedoch Farben wegfallen können, da die Koordinaten keine negativen Werte haben können. Unterbleibt die Umrechnung, werden die Farben verzerrt dargestellt. So werden möglicherweise Farbnuancen zwischen Rot und (Gelborange) auf verschiedenen GerĂ€ten merklich unterschiedlich dargestellt.

Anwendung von RGB-FarbrÀumen zur Bildaufnahme
→ Hauptartikel: Farbsensor
Obwohl es dem ersten Anschein nach so aussieht, als unterlĂ€ge die Bildaufnahme den gleichen GesetzmĂ€ĂŸigkeiten wie die Bildwiedergabe, so gibt es fĂŒr die Bildaufnahme grundlegende Unterschiede zur Bildwiedergabe:

UngĂŒnstige Spektren fĂŒr die PrimĂ€rvalenzen fĂŒhren bei der Bildwiedergabe nur zu einem kleinen Gamut, innerhalb dessen aber eine perfekte Wiedergabe der Farben möglich ist (das Dreieck wird klein).
Nicht geeignete spektrale Empfindlichkeiten der PrimĂ€rfarben eines BildaufnahmegerĂ€tes fĂŒhren zu meist nicht korrigierbaren Farbfehlern (man verbiegt das Hufeisen).
Es ist nicht möglich, einen Monitor zu bauen, der alle vom Menschen wahrnehmbaren Farben darstellen kann.
Die Dead- und Hot-Pixel einer Kamera lassen sich ausmappen, fĂŒr ein Display dagegen ist dies nicht problemlos möglich.
Übliche RGB-FarbrĂ€ume

Gamut wichtiger RGB-RĂ€ume
Im Prinzip gibt es unendlich viele FarbrĂ€ume, die durch Definition der PrimĂ€rvalenzen, des Weißpunkts und der Gradationkurve (Gamma) festgelegt werden (genau das erfolgt in Matrix-ICC-Profilen). Die PrimĂ€rvalenzen legen das Farbdreieck der bei geringen Helligkeiten darstellbaren Farben fest, der Weißpunkt das IntensitĂ€tsverhĂ€ltnis fĂŒr Farbtripel mit drei identischen Komponenten, damit indirekt das VerhĂ€ltnis von maximalem Rot zu maximalem GrĂŒn und Blau.

Die folgende Aufstellung gibt einen Überblick ĂŒber die Historie der ĂŒblichen RGB-FarbrĂ€ume.

CIE-XYZ-Farbraum
CIE-RGB-Farbraum
NTSC-RGB
Farbraum von PAL und SECAM
sRGB-Farbraum
Adobe-RGB
Wide-Gamut
eciRGB
ProPhoto-RGB
Weiterentwicklung
PrimÀrvalenzen und Gamma-Korrektur
Der CIE-XYZ-Farbraum
Dieser XYZ-Farbraum aus dem Jahr 1931 ist der erste Normierungsversuch, weltweit ein einheitliches Darstellungssystem zu finden. Der Ausgangspunkt dafĂŒr waren die experimentell ermittelten Zapfenempfindlichkeiten. Die angewandte Messtechnik und die Versuchsauswertung entspricht dem Stand der Technik der 1920er Jahre. Dennoch wird der Farbraum auch heute noch hĂ€ufig in der Praxis eingesetzt. Die Farbmessung zu dieser Zeit nutzte dabei den „Trick“, dass man bei Lichtfarben durch Zumischen von Licht auf der „Istseite“ sozusagen negative Farbreize auf der „Sollseite“ erzeugen kann. Der XYZ-Farbraum sollte alle vom Menschen wahrnehmbaren Farben umfassen. Zwar ist der XYZ-Farbraum vorrangig ein Messfarbraum, aber er kann auch zur Darstellung von Farben genutzt werden.

Da er das gesamte „Hufeisen“ aller Farbarten umschließt, werden durch ihn alle existierenden Farben erfasst. Das Hauptproblem besteht in seiner UngleichmĂ€ĂŸigkeit. Im GrĂŒn sind die als gleich empfundenen FarbabstĂ€nde grĂ¶ĂŸer als im Rot und im Blau. Die PrimĂ€rvalenzen sind so gewĂ€hlt, dass die Farbkoordinaten einfach darzustellen sind. Es sind deshalb keine real existierenden Farben. Es gibt also keine wirklichen Farbkörper in RGB, die diesen Farbraum wiedergeben könnten.

PrimĂ€rvalenzen fĂŒr XYZ
Gamma-Korrektur
Der CIE-RGB-Farbraum
Der reelle CIE-RGB-Farbraum entsteht durch die Umrechnung des virtuellen CIE-XYZ-Farbraums (der auf nicht darstellbaren Farbreizen beruht) auf die Eichreize von gut darstellbaren Spektrallinien:

rot: 700 nm (praktisch sind fĂŒr das menschliche Auge alle WellenlĂ€ngen oberhalb von 650 nm farbgleich, daher sind praktisch alle Spektrallinien oberhalb von 650 nm nutzbar, beispielsweise die tiefrote 690,7-nm-Hg-Linie)
grĂŒn: 546,1 nm (grĂŒne Hg-Linie)
blau: 435,8 nm (blaue Hg-Linie)
Damit erreichte man eine fast perfekte Abdeckung von Rot, Orange, Gelb und im Blau- und Violett-Bereich. Deutliche SchwĂ€chen liegen allerdings im TĂŒrkis- und GrĂŒnbereich durch die unglĂŒckliche Wahl des GrĂŒnreizes. Insbesondere sind nicht alle CMYK-Farben darstellbar, wiederum vor allem im GrĂŒn- bis TĂŒrkisbereich (480 nm bis 510 nm).

PrimĂ€rvalenzen fĂŒr CIE-RGB
Gamma-Korrektur
Der Farbraum des frĂŒhen NTSC
Bei EinfĂŒhrung des NTSC-Farbfernsehens im Jahr 1953 wurden als PrimĂ€rvalenzen die (damals) verwendeten Farbphosphore verwendet:

rot: Europium-dotiertes Yttrium-Vanadat (Eu+ YVO4)
grĂŒn: silberdotiertes Zink-Cadmiumsulfid (Ag+ ZnS/CdS)
blau: Zinksulfid (ZnS)
Die PrimÀrvalenzen ergeben sich aus den Emissionsspektren der verwendeten Phosphore. Der klassische NTSC-Farbraum wurde 1979 von der ATC (VorgÀnger der ATSC) durch einen dem EBU-Farbraum Àhnlicheren SMPTE-C-Farbraum ersetzt.

PrimĂ€rvalenzen fĂŒr NTSC-Farbfernsehen
Gamma-Korrektur
Farbraum von PAL und SECAM sowie spÀteres NTSC (EBU 3213, ITU-R BT.470-2, SMPTE-C)
Praktisch parallel zur Normierung der Farbdarstellung fĂŒr Computermonitore mit sRGB wurden auch die Farbfernsehnormen ĂŒberarbeitet und angepasst. Da im Prinzip fĂŒr beide technische Systeme die gleichen elektronisch angeregten Ausgangssubstanzen zur VerfĂŒgung stehen, sind die Möglichkeiten zur Darstellung von Farben fast gleich. Wie beim sRGB-Farbraum wurden besonders die Farbwiedergaben im GrĂŒn gegenĂŒber einer besseren Rot- und Blaudarstellung zurĂŒckgestellt.

Es kam zu parallelen Normungen, sodass neben dem EBU/ITU-R-Farbraum auch ein geringfĂŒgig abweichender SMPTE-C-Farbraum existiert. Mit der EinfĂŒhrung von HDTV setzt sich wohl zunehmend der sRGB-Farbraum auch fĂŒr Fernsehanwendungen durch.

PrimĂ€rvalenzen fĂŒr PAL- und SECAM-Farbfernsehen nach EBU und SMPTE-C nach ATSC
Gamma-Korrektur
Der sRGB-Farbraum
Der sRGB-Raum entstand im Jahr 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 ZielgrĂ¶ĂŸe 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 verfĂŒgbaren Leuchtstoffen und zeigt SchwĂ€chen bei der Darstellung gesĂ€ttigter Rot-, GrĂŒn- und Blau-Töne. Es sind nicht alle mittels CMYK-Siebenfarbendruck druckbaren Farben darstellbar. Vor allem im GrĂŒn- bis TĂŒrkisbereich (480 nm bis 510 nm) gibt es grĂ¶ĂŸere Defizite, die durch den folgenden Farbraum grĂ¶ĂŸtenteils behoben wurden.

PrimĂ€rvalenzen fĂŒr sRGB
Gamma-Korrektur
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.

GegenĂŒber sRGB ergeben sich deutliche Verbesserungen bei den TĂŒrkis- und GrĂŒn-Tönen. Allerdings hat man die PrimĂ€rvalenzen so gelegt, dass die Darstellung von gesĂ€ttigten Rottönen sich kaum verbessert hat, die von gesĂ€ttigten Blautönen sogar leicht verschlechtert. Auf die Darstellung der hĂ€ufiger auftretenden weniger gesĂ€ttigten Töne wirkte sich die Umstellung aber nicht aus.

Der Kompromiss bestand in einem Ausgleich in den in der Praxis hĂ€ufigsten Farbwiedergaben. Bei der Wiedergabe realer Bilder treten die hochgesĂ€ttigten Farben seltener auf als die weniger gesĂ€ttigten. Die BildqualitĂ€t bei der ĂŒberwiegenden Anzahl von Farbwiedergaben ist hinreichend gut. So konnten beinahe alle Farben des CMYK-Siebenfarbendrucks im RGB-Farbraum reproduziert werden.

PrimĂ€rvalenzen fĂŒr Adobe RGB (1998)
Gamma-Korrektur
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 GerĂ€teart zur anderen weitergeben. Deshalb wurde der sogenannte Wide Gamut entwickelt, wiederum unter FederfĂŒhrung von Adobe.

Der Wide-Gamut-RGB arbeitet mit den PrimĂ€rfarben 700 nm, 525 nm und 450 nm, und höheren FarbsĂ€ttigungen 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 GrĂŒn-Tönen erreicht. Leichte Fehler im Bereich der extrem gesĂ€ttigten Farben im TĂŒrkis und GrĂŒn 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.

Ausklappen
PrimĂ€rvalenzen fĂŒr WideGamut-RGB
Gamma-Korrektur
European Color Initiative: Der eciRGB-Farbraum
Die European Color Initiative (ECI) wurde im Juni 1996 auf Initiative der VerlagshĂ€user Bauer, Burda, Gruner+Jahr und Springer gegrĂŒndet. Sie beschĂ€ftigt 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 Jahr 2002 die Version 1 entwickelt. Die aktuelle Version 2 ist in ISO 22028-2:2007 definiert. Hierzu liegen allerdings keine öffentlich zugĂ€nglichen 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. DafĂŒr 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 gesĂ€ttigte Farben im Bereich von TĂŒrkisgrĂŒn und im Bereich des Violetts nicht darstellbar.

Die festgelegten PrimĂ€rfarben fĂŒr Blau und GrĂŒn sind allerdings wiederum keine real existierenden Farben.

Ausklappen
PrimĂ€rvalenzen fĂŒr ProPhoto
Gamma-Korrektur
Aktuelle Entwicklungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Der RGB-Farbraum ist eine abstrahierte Darstellung fĂŒr (Licht-)Farben. Durch geeignete Transformationen lassen sich alle FarbrĂ€ume ineinander ĂŒberfĂŒhren. Bei einigen Transformationen werden Bereiche der umfassenderen FarbrĂ€ume 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 fĂŒr Bilder und Bildkonvertierungen verzichtet werden, die Farbraumkonvertierungen werden zum grĂ¶ĂŸten Teil ĂŒberflĂŒssig. Moderne Programmierschnittstellen rechnen mit linearen Beziehungen im sRGB-Raum, so dass mit UnterstĂŒtzung von Gleitkomma kein Gamut-Clipping nötig ist.

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 AlphakanĂ€le fĂŒr Transparenzen erweitert werden.

Bei der Erweiterung von einem Alphakanal geht man davon aus, dass (teil-)transparente Medien alle drei Spektralfarben gleichmĂ€ĂŸig durch ihre eigene Farbe ersetzen oder dĂ€mpfen. Mit diesem einfachen und allgemein ĂŒblichen Modell lĂ€sst sich allerdings gefĂ€rbtes Glas nicht darstellen.

Es gibt zwei Farbmodelle, die den Alpha-Kanal im Vordergrund entweder mit berĂŒcksichtigen (straight) oder nicht berĂŒcksichtigen (pre-multiplied).

Modelle mit einem Alphakanal (straight):

R
G
B
α
R
v
G
v
B
v
1
α
R
h
G
h
B
h
(R',G',B')=\alpha (R_{{{\rm {v}}}},G_{{{\rm {v}}}},B_{{{\rm {v}}}})+(1-\alpha )(R_{{{\rm {h}}}},G_{{{\rm {h}}}},B_{{{\rm {h}}}})
Modelle mit einem Alphakanal (pre-multiplied):

R
G
B
R
v
G
v
B
v
1
α
R
h
G
h
B
h
(R',G',B')=(R_{{{\rm {v}}}},G_{{{\rm {v}}}},B_{{{\rm {v}}}})+(1-\alpha )(R_{{{\rm {h}}}},G_{{{\rm {h}}}},B_{{{\rm {h}}}})
Modelle mit drei AlphakanÀlen (straight):

R
G
B
α
r
R
v
α
g
G
v
α
b
B
v
1
α
r
R
h
1
α
g
G
h
1
α
b
B
h
(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}}}})
Modelle mit drei AlphakanÀlen (pre-multiplied):

R
G
B
R
v
G
v
B
v
1
α
r
R
h
1
α
g
G
h
1
α
b
B
h
(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}}}})
(r, g, b = rot, grĂŒn, 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 fĂŒr Überblendeffekte eine Rolle spielt. Wird ein Bild mit einem neuen Bild ĂŒberschrieben, 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 fĂŒr völlige Transparenz, α = 1 fĂŒr völlige LichtundurchlĂ€ssigkeit.

Umrechnung zwischen verschiedenen RGB-FarbrÀumen
Zur Umrechnung zwischen zwei beliebigen RGB-FarbrĂ€umen sind folgende Operationen auszufĂŒhren[3]:

Zuerst sind nichtlineare Kennlinien (Gamma-Kennlinien) wieder zu entfernen. Bei linearen Kennlinien kann dieser Schritt entfallen:
R
G
B
R
l
i
n
G
l
i
n
B
l
i
n
(R,G,B)\longrightarrow (R_{{{\rm {{lin}}}}},G_{{{\rm {{lin}}}}},B_{{{\rm {{lin}}}}})
Als zweiter Schritt ist eine Matrixmultiplikation A auf diesen Vektor anzuwenden:
A
i
j
R
l
i
n
G
l
i
n
B
l
i
n
R
l
i
n
G
l
i
n
B
l
i
n
{\rm {A_{{ij}}(R_{{{\rm {{lin}}}}},G_{{{\rm {{lin}}}}},B_{{{\rm {{lin}}}}})\longrightarrow (R'_{{{\rm {{lin}}}}},G'_{{{\rm {{lin}}}}},B'_{{{\rm {{lin}}}}})}}
Die Matrix A berechnet sich zu
A
A
q
u
e
l
l
e
A
z
i
e
l
1
A=A_{{{\rm {{quelle}}}}}*[A_{{{\rm {{ziel}}}}}]^{{-1}}, dabei sind
A
q
u
e
l
l
e
A_{{{\rm {{quelle}}}}} und *:
A
z
i
e
l
A_{{{\rm {{ziel}}}}} die PrimÀrvalenzen des Quell- und Zielraumes in beliebigen (aber gleichen) Koordinaten.
Ist der Zielraum nichtlinear, ist die nichtlineare Kennlinie des Zielraumes anzuwenden:
R
l
i
n
G
l
i
n
B
l
i
n
R
G
B
(R'_{{{\rm {{lin}}}}},G'_{{{\rm {{lin}}}}},B'_{{{\rm {{lin}}}}})\longrightarrow (R',G',B')
Erlaubt der Zielraum keine Werte unterhalb eines gewissen Minimalwertes (meist 0,0 oder 0x00) oder oberhalb eines gewissen Maximalwertes (meist 1,0 oder 0xFF) und treten diese Werte bei der Transformation auf, 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), kommt es durch die Farbraumumrechnung weiterhin zu Rundungsfehlern, die sich je nach Art der Rundung als Rauschen oder Banding bemerkbar machen können.
UnterlĂ€sst man die Linearisierung und De-Linearisierung bei der Umrechnung, erhĂ€lt man insbesondere bei gesĂ€ttigten Farben deutliche Fehler. Trotzdem unterlassen es fast alle Softwareprodukte und Hardwareprodukte, diese Berechnungen sauber durchzufĂŒhren.

FĂŒr die Umrechnung von R-, G-, B-Koordinaten in X-, Y- und Z-Werte der CIE gelten fĂŒr jeden konkreten RGB-Farbraum spezielle Abbildungsmatrizen. Dabei sind X ein virtuelles Rot, Y ein virtuelles GrĂŒn und Z ein virtuelles Blau. FĂŒr einen dieser FarbrĂ€ume (hier sRGB und Lichtart D65) gilt folgende Abbildung[3]:

X
Y
Z
0,4124564 0,3575761 0,1804375
0,2126729 0,7151522 0,0721750
0,0193339 0,1191920 0,9503041
R
G
B
{\displaystyle {\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}}}
und fĂŒr die RĂŒckrechnung die inverse Matrix

R
G
B
3,2404542 1,5371385 0,4985314
0,9692660 1,8760108 0,0415560
0,0556434 0,2040259 1,0570000
X
Y
Z
{\displaystyle {\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}}}
Folgende Beziehungen zwischen sRGB- und XYZ-Farbraum lassen sich daraus herleiten:

Das virtuelle GrĂŒn, das identisch gesetzt mit dem Hellbezugswert A ist, lĂ€uft mit dem G-Wert, Ă€ndert sich weniger bei sinkendem Rotanteil, und ist kaum vom Blau abhĂ€ngig.
DafĂŒr ist fĂŒr das virtuelle Rot der R-Wert um etwas G zu verringern.
Das Zapfen-Z, das virtuelle Blau, liegt ĂŒber einem Nebenmaximum des virtuellen Rots, was den Abzug von R, aber kaum G bedingt.
FĂŒr unterschiedliche GerĂ€teklassen wurden abweichende RGB-RĂ€ume genormt, die alle den gleichen Grundaufbau mit Rot-, GrĂŒn- und Blaukomponente besitzen. Entsprechend sind auch die Umrechnungsmatrizen vom besonderen RGB-Raum und der gewĂ€hlten Lichtart beeinflusst.[3]

Eigentlich hat jedes GerĂ€t seinen eigenen GerĂ€te-RGB-Farbraum, der aber ĂŒblicherweise zulĂ€ssig innerhalb des genormten Farbraumes liegt. Individuelle Farbdifferenzen können durch GerĂ€tetyp, Hersteller, Verarbeitungs- und ProduktionseinflĂŒsse, sowie durch Alterung entstehen. HierfĂŒr gibt es (in bestimmten Grenzen) Möglichkeiten der Anpassung. Diese Methoden werden als Colormanagement zusammengefasst. Eine Mindestanpassung ist die Gammakorrektur. Soweit sich die GerĂ€teparameter nachstellen lassen ist eine Anpassung des GerĂ€tes an die genormten GrĂ¶ĂŸen möglich. FĂŒr höherwertige Anforderungen wird das GerĂ€t individuell ausgemessen und ĂŒber 3×3-Matrizen oder spezielle Listen (englisch: Look-up-Table, LUT) die Zuordnung von GerĂ€te-RGB-Tripel mit dem Forderungstripel verknĂŒpft.

FĂŒr digitale Bilddaten eignet sich der RGB-Farbraum lediglich zur Darstellung am Bildschirm und den verwandten GerĂ€tetypen. 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 fĂŒr 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 hierfĂŒr 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 gesĂ€ttigten Spektralfarben erfordern negative Wiedergabeanteile (Ă€ußere Farbmischung), das wĂ€re fehlendes Licht. Bei optischen Untersuchungen wird dieser Mangel durch zusĂ€tzliches Vergleichslicht behoben.
Die Farbwahrnehmung ist nicht unabhĂ€ngig von der absoluten Helligkeit. Die Erregung der Zapfen erfordert eine Mindestlichtmenge (Mindestanzahl an Photonen). Wird diese unterschritten, nehmen wir ĂŒber die StĂ€bchen nur Hell-Dunkel-Reize wahr. Oberhalb einer Grenzleuchtdichte kommt es auch zu Blendung, die ebenfalls das System der Farbrezeptoren stört.
Die Farbwahrnehmung Ă€ndert sich ĂŒber das gesamte Sichtfeld hinweg. In der Fovea centralis ist die Farbwahrnehmung am besten; sie nimmt in der Peripherie aber deutlich ab. Die Rot-GrĂŒn-Farbwahrnehmung nimmt in Richtung der Peripherie stĂ€rker ab als die Empfindlichkeit der Blau-Gelb-Wahrnehmung. Bei Abweichungen von mehr als 30° von der Sehachse ist nahezu keine Rot-GrĂŒn-Wahrnehmung mehr möglich. Andere PhĂ€nomene und Eigenschaften der Augen spielen ebenfalls eine Rolle, wie etwa der gelbe Fleck.
Die Farbwahrnehmung hĂ€ngt von Umgebungslicht und Umgebungsfarbe ab. Die Farbkonstanz des menschlichen Sehsinns zeigt sich beim automatischen Weißabgleich und in WahrnehmungstĂ€uschungen.
Genetische Unterschiede beim Farbsehen sowie mögliche Farbfehlsichtigkeiten bis zu FarbunfĂ€higkeit und auch HirnlĂ€sionen nach SchlaganfĂ€llen oder UnfĂ€llen beeintrĂ€chtigen die Vergleichbarkeit. So kann geringere Empfindlichkeit einer Zapfenart durchaus zu besserer Unterscheidung in bestimmten Bereichen des RGB-Farbraumes gegenĂŒber Normalsichtigen fĂŒhren. Die normierte Vorgabe zeigt somit ihre SchwĂ€che.
Es existieren zwei technische Angaben, die fĂŒr eine exakte Wiedergabe eines Farbtones erforderlich sind. Zum einen die Lage der Grundfarben (Rot, GrĂŒn, Blau) bei voller Anregung aller KanĂ€le, 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 (angenĂ€hert durch Gamma, genaue Angabe durch eine Funktion abhĂ€ngig 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 fĂŒr eine gute Farbdarstellung wichtig zu wissen, welche RGB-Norm eingesetzt wurde.

Die beiden ersten technischen Angaben sind in Normen fĂŒr alle Hersteller festgelegt. Allerdings sind die Normungen der RGB-FarbrĂ€ume 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 „OberflĂ€che“, umfasst weitere Effekte. So könnte die Definition einer Farbe durch drei Zahlen die falsche Erwartung wecken, eine Farbe wĂ€re in ihrer Wahrnehmung absolut bestimmt. TatsĂ€chlich ist die Farbwirkung einer numerisch bestimmten RGB-Farbe dagegen vom konkret vorhandenen technischen System abhĂ€ngig, das diese Farbe wiedergibt oder aufnimmt, und auch von den internen und externen Umgebungsbedingungen.


Der subjektive Einfluss der Helligkeit. Beide FarbflĂ€chen sind in RGB = {D1,86,00} ≈ orange dargestellt, der Eindruck „Braun“ entsteht durch die Annahme einer dort helleren Beleuchtung. Auch die die farbigen FlĂ€chen umgebenden Grautöne sind identisch (RGB = {70,70,70}).
Ein Beispiel:

Die Farbwerte 100 % Rot, 50 % GrĂŒn und 0 % Blau (rgb = 255,127,0) ergeben ein Orange, die Nuance des Orange kann auch bei guter Voreinstellung auf verschiedenen WiedergabegerĂ€ten sehr unterschiedlich aussehen.
Dieses Orange könnte auf verschiedenen Bildschirmen unterschiedlich aussehen.
Rot, GrĂŒn, Blau = hex{#FF8000} Dies sollte der Fall sein, wenn das gleiche Signal auf benachbarte Kathodenstrahlröhre und FlĂŒssigkristallbildschirm 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 angenÀherte Darstellung erreicht werden. Probleme bereiten Displays, die eine variierende, wie richtungs- oder temperaturabhÀngige 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 fĂŒr verschiedene GerĂ€te umrechenbar machen. Typische Farbprofile, Betriebs-RGB-RĂ€ume, sind sRGB (standard RGB) oder Adobe-RGB fĂŒr allgemeine Computerperipherie wie Monitore und Digitalkameras und ECI-RGB fĂŒr 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. FĂŒr Transformation innerhalb des RGB-Farbraumes, also zwischen Betriebs-RGB-RĂ€umen oder auch zwischen GerĂ€te-RGB-RĂ€umen 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 StĂŒtzstellen kann linear interpoliert werden. ICC-Profile sind solche (standardisierten) Hilfsmittel.
Schlüsselwörter: crĂšm, drem, vem, em, rgb, rath
Datum: 28.04.2017 11:08
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Hinzugefügt von: Ben E.Lux


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