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fotos.docoer-dig.de Fachbegriff Farbmodelle |
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Die natürliche Sehwahrnehmung des Menschen beruht darauf, dass "rein weißes" Sonnenlicht mit einer definierten Farbtemperatur auf die für uns sichtbare Umwelt trifft und von den dort vorhandenen Oberflächen entsprechend deren farblicher Zusammensetzung nach dem subtraktiven Prinzip reflektiert wird. Weicht die Farbtemperatur bzw. die Lichtstärke in bestimmten Toleranzgrenzen von den Standardwerten ab, dann nehmen wir unsere Umwelt dennoch in gewohnter Weise war ... siehe unten.
Das so reflektierte Licht trifft dann
auf die Sehzellen der Netzhaut im Auge - die Stäbchen (Helligkeit)
und die Zapfen (Farben). Je nach Intensität (Helligkeit und
Grauwerte) und Wellenlänge (Farbe) werden entsprechend modulierte
elektrische Impulse nach dem additiven RGB-Modell an das Sehzentrum im Gehirn gesendet und dort
aus den erlernten Farbvergleichswerten zu den von uns wahrgenommenen
Farbtönen und Graustufen gemischt.
Wir "sehen" also eine Farbigkeit, die es in dieser eindeutigen Form nicht gibt, sondern die nur durch einen Expositions-Gewöhnungs-Prozess höchst individuell erlernt wird. Uns wird im Kleinstkindalter gesagt, welche Farben die Dinge in unserer Umwelt haben.
Sobald wir die Grundfarben richtig
zugeordnet haben, beginnen wir Dinge mit ähnlichen Farbigkeit in
Gruppen zusammen zu fassen ... das funktioniert bei eng benachbarten
Farbtönen mit guter Sicherheit, während Farben im Grenzbereich
zweier Farben, wie z.B. türkis/cyan anfangs noch unsicher zugeordnet
werden.
Stäbchen (ca. 130 MP/Auge) enthalten das Photopigment Rhodopsin mit Absorptionsmaximum im grünen Licht (Wellenlängen um 550 - 555 Nanometer). Sie sind im Verhältnis 10³ lichtempfindlicher als die farbsensitiven Zapfen.
Jedoch sind die von Stäbchen erstellten Bilder relativ unscharf und
begrenzt auf Grauschattierungen, ähnlich einem weichgezeichneten
schwarz-weiß Foto. Stäbchensehen wird oft als skotopisches
Sehen oder Dämmerungssehen benannt, da bei geringen
Lichtintensitäten Formen und die relative Helligkeit der Objekte
unterschieden werden können, aber nicht deren Farben.
Wir unterscheiden drei Zapfentypen, die mit unterschiedlichen Farbpigmenten bestückt sind und so die Wahrnehmung der drei Grundfarben ermöglichen. Die Anzahl der Zapfen/Auge beträgt mit 7 MPixel nur rund 5,5% der Anzahl an Stäbchen.
Das menschliche Sehsystem ist logarithmisch und nicht linear. So stimuliert zum Beispiel Licht mit mehrheitlich kurzwelliger blauer Strahlung die Zapfenpigmente, die auf 430 Nanometer reagieren weit mehr als die beiden anderen Typen an Zapfen, und das Licht wird als blau wahrgenommen. Licht mit einer Mehrheit an Wellenlängen um die 550 Nanometer wird als grün gesehen und ein Lichtstrahl mit mehrheitlich 600 Nanometer oder längeren Wellenlängen wird als rot gesehen. Angesichts der hohen Anzahl von Photorezeptoren die den grünen Farbraum repräsentieren (nämlich alle Stäbchen für das Helligkeitssehen und ein Drittel der Zapfen), erklärt es sich auch, weshalb die meisten CCD-Chips eine Farbfiltermaskierung der Pixel von R zu G zu B im Verhältnis 1 zu 2 zu 1 aufweisen ... damit kommt der Informationsgehalt des RAW-Datenstromes der Abbildungswirklichkeit des menschlichen Auges und damit dem uns vertrauten Seh- und Farbwahrnehmungsraum am nächsten.
Reines Zapfensehen wird auch als photopisches Sehen benannt und bestimmt das Sehen bei normalen Lichtintensitäten sowohl in Räumen als auch im Freien. Die meisten Säugetiere sind Dichromaten und deshalb nur zur Unterscheidung zweier Farbtöne fähig, z.B. blaue und grüne Farbkomponenten, während einige Primaten, wie z.B. Menschen, trichromatisch sehen, indem sie rote, grüne und blaue Lichtstimuli diskriminieren können.
In diesem Zusammenhang zur Erinnerung der Hinweis, dass Schwarz und Weiß keine Farben sondern Zustände sind, die auf dem fehlenden oder maximalen Anwesenheit von elektromagnetischen Schwingungen im für uns sichtbaren Bereich des Lichtes beruhen.
Die Impulstätigkeit der Sehrezeptoren ist abhängig von der Lichtstärke, wobei die Graustufenrezeptoren, schon bei geringer Lichtstärke ansprechen, während die Farbrezeptoren erst bei größer Lichtstärke impulsfähig werden ... daraus resultiert auch das sprichwörtlich bekannte Phänomen, dass nachts alle Katzen grau sind. Ebenfalls an diesem Sprichwort lässt sich das Grund- bzw. das Aktivitätsrauschen in digitalen Fotos am menschlichen Auge anschaulich machen.
Für die Fotografie ganz wichtig zu
wissen ist, dass die Wahrnehmung der uns bewussten
schattierungsreichen Farbenwelt ein reiner Lernprozess ist. Das
Neugeborene hat zunächst nur eine Umweltwahrnehmung im 4- bis
16-Graustufen-Umfang; bis zum Ende des ersten Lebensjahres steigt -
Rahmen der neuronalen Nachreifung - die
Diskriminierungsfähigkeit für Graustufen auf über 200 an. Parallel
dazu beginnt die Farbwahrnehmung, wobei das Kind die Zuordnung der
Farbtöne mühsam erlernt und - soweit ein angeborenes, partielles
oder vollständiges Defizit für eine der drei Grundfarben besteht -
ein völlig anderes Bild von der Umwelt erhält, als der Vollfarben
sehfähige Mensch sie hat. Dabei wird die defizitäre Farbe kaum oder überhaupt nicht wahrgenommen und lediglich durch sprachliche Entsprechungen des tatsächlich gesehen Farbenbildes ersetzt; das fällt allerdings erst dann auf, wenn man solchen Menschen ein entsprechendes Fehlfarbenbild vorlegt, in dem in bestimmten Rasterbereichen eine monochrom basierte Information (Muster) enthalten ist. Der Mensch mit vollfarbiger Wahrnehmung wird das Muster erkennen, während es der Patient mit Farbbereichsdefiziten nicht erkennt oder falsch interpretiert. Deuteranope sind grünblind, Protanope sind rotblind, Tritanope sind blaublind,
Wenn wir von unseren Fotos bisweilen enttäuscht sind, weil die Farbwiedergabe deutlich vom erinnerten Eindruck abweicht, dann liegt das nur daran, dass wir uns vor Ort die Realität "schön gesehen" haben, während Kamera und Farbfilm bzw. Bildchip das Bild so gespeichert haben, wie es physikalisch korrekt war. Auf dem Foto sehen wir, dass weiße Flächen durchaus eingefärbt waren und dass auch Schatten keinesfalls grundsätzlich nur grau nuanciert waren, sondern sehr oft von der vorherrschenden Umgebungsfarbe beeinflusst wurden.
Das menschliche Auge kann unter natürlichen Bedingungen (Sonnenlicht) ungefähr 350.000 unterschiedliche Farbtöne erkennen, aber nur 128 Graustufen. Unterscheiden sich die Farbtöne lediglich in ihrer Sättigung, dann kann das Auge nur 16 Gelbtöne und 23 unterschiedliche Rot- oder Violett-Schattierungen erkennen. Obwohl wir durchschnittlich kaum mehr als als 200 Farb- und Helligkeitswerte genau unterscheiden können, sind wir doch sehr kritisch für Abweichungen für von uns erwartete typische Farben.
Dieses Phänomen ist besonders stark bei
der Wahrnehmung und Zuordnung von Hautfarben ausgeprägt. Hier haben
wir eine ziemlich eindeutige Vorstellung davon, was "natürlich"
aussieht.
Andere Lebewesen haben eine völlig andere Wahrnehmung der jeweiligen Umwelt oder "sehen" in Bereichen, die wir uns nur mit technischen Hilfsmitteln erschließen können, also z.B. im Ultraviolett- bzw. im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums bzw. im thermischen Bereich.
Die nachfolgend beschriebenen 4 Farbmodelle beruhen allesamt auf der prismatischen Zerlegung des Sonnenlichtes, sie sind das Ergebnis der Bemühung, die unterschiedlichen optischen Sinneseindrücke zu systematisieren und zu kategorisieren, um sie danach für gestalterische und technische Zwecke unter definierten und reproduzierbaren Voraussetzungen - standardisiert - nutzen zu können. Insgesamt gibt es mindestens 40 Farbraumbeschreibungssysteme. Die Modelle RGB, CMYK, HSV und NCS haben allerdings im Web und in der Digitalfotografie die größte Bedeutung
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RGB
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Mit Eigen- bzw. Durchlicht arbeitende
Bildsysteme (Fernseher, Monitore, Scanner, Beamer und Digitalkameras
mischen die drei Grundfarben aus den Helligkeiten von
Rot
,
Grün
und
Blau
- deshalb spricht man auch von einem additiven
Farbensystem.
Bei einer Farbtiefe von 8 Bit sind 255
Helligkeitswerte pro Farbe darstellbar. Die Mischung dieser
unterschiedlichen Farbhelligkeitswerte aus den drei Grundfarben
errechnet sich dann mit 256*256*256 zu 16,7 Millionen
unterschiedlichen Farbtönen.
Der Zustand Schwarz wird durch das
Fehlen jeglichen Lichtes und den RGB-Wert 0/0/0 bzw. den Hexawert
000000 (#000000) repräsentiert.
Grün + Blau = Cyan - Rot + Blau = Magenta und Grün + Rot = Yellow
woraus sich die Umrechenbarkeit in den CMYK-Bereich herleiten lässt.
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Mit Auflicht arbeitende
Darstellungssysteme (alle Druckerzeugnisse) reflektieren rein weißes
Licht, das auf eine farbige Oberfläche fällt, die aus den
Farbanteilen
Cyan ,
Magenta
,
Yellow und der Keyfarbe
Schwarz besteht, in dem nur die Wellenlängen des
Lichtes zurückgegeben werden, die als Farbanteile in der
Druckoberfläche vorhanden sind.
Die vollfarbige Mischung aller drei Grundbestandteile würde kein
reines Schwarz sondern einen sehr dunklen, schmutzig wirkenden
Braunton ergeben; deshalb und wegen der möglichen Ersparnis an
Grundfarben, wird im Druckprozess eine Key-Farbe, nämlich ein
möglichst reines Schwarzpigment separat zugegeben.
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Ausgehend vom definierten, prismatischen Vollfarbenkreis - in Form eines Kreises, Farbringes, Farbdreiecks oder Farbsechsecks - werden die Farbunterschiede in diesem Modell mit den Parametern Hue (Farbwinkel), Saturation (Sättigung) und Value (Tonwert) beschrieben. Hue gibt den Winkelwert des Radius für einen bestimmten Farbereich ausgehend von 12 Uhr = 0 an. Saturation gibt die Farbstärke zwischen 0 = Graustufe und 100 = vollsatte Farbe an und Value die Helligkeit mit schwarz = 0 an. Die Modelle HSL (L für Lightness) und HSB (B für Brightness) ähneln dem HSV-Modell und können rechnerisch untereinander umgeformt werden.
HSV-Modelle werden in Computeranwendungen zur Bildbearbeitung eingesetzt bzw. angeboten (Adobe Photoshop Elements, Adobe Photoshop CS usw.).
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Das Natural Color System beschreibt Farben in einem Kugelmodell, also räumlich und wird vorwiegend von Architekten und Raumgestaltern verwendet. Die Elementarfarben Gelb, Rot, Blau und Grün sowie die Zustandsformen Schwarz und Weiß werden zueinander in Beziehung gesetzt und ergeben dann, z.B. für dunkles braun-orange den Wert Y70RS70C20.
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Aus dem Voranstehenden ergibt sich, dass die Wahl für ein bestimmtes Farbmodell am besten in Hinblick darauf erfolgt, wo das fertige Bildprodukt am Ende eingesetzt werden soll. Das RGB-Modell taugt am besten für den elektronischen Durchlichtbereich und das CMYK-Modell sollte für alle Arbeiten benutzt werden, die für den Printbereich gestaltet werden.
Um die RGB-behafteten Computer-Arbeitsmittel möglichst genau für die Druckergebnisse im CMYK-Bereich vorzubereiten, bedarf es einer sorgfältigen Farbraumbestimmung der beteiligten Geräte (Scanner und Monitor im Verhältnis zum Drucker) mittels eines guten Farbsensors und einer geeigneten Kalibrierungssoftware; nur so sind Probeausdrucke zu erwarten, die eine hinreichende Farbähnlichkeit mit den Probedrucken aus der Druckvorstufe auf professionellen Druckmaschinen aufweisen.
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Das Pantone Matching System - ursprünglich zur Standardisierung der verschiedenen subtraktiven Farbmodelle konzipiert - führt als weltweiter Quasi-Standard die Farben aller Farbmodelle in einem einzigen Bezeichnungssystem zusammen; dabei sind lediglich die Farbnamen und deren exakte Beschreibung patentiert, während die resultierenden Farbmischungen zur freien Verwendung stehen.
Das ist auch der Grund, weshalb im Web
praktisch keine Farbmuster von Pantone im Vergleich zu den
verschiedenen Farbräumen zu finden sind. In der Entwicklung und
Beschreibung von Farbtönen und in der Bereitstellung der zugehörigen
Druck- und Kalibrierungssoft- und Hardware liegt das Kerngeschäft
des Pantone-Konzerns ... Stichwort Farbkomunikation (color
comunication).
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CIELab ist das Farbmodell der PostScript-Sprache und aktueller Bildbearbeitungs-Programme, wie z.B. Photoshop. Da sein Farbumfang größer als der derjenige der RGB- und CMYK-Modelle ist, wird es intern zur Umrechnung zwischen den verschiedenen Farbmodellen benutzt. Benutzer von Photoshop können CIELab direkt verwenden. Bei der Umwandlung von Farb- in Graustufenbilder kann der Lab-Farbraum interessant sein, da nach dem Löschen der Farbkanäle a und b nur die Information L (Hellligkeit) übrig bleibt.
Positive +a*-Werte stellen rote, Negative -a*-Werte grüne Farbtöne dar.L*a*b*: Über drei Farbwerte kann eine Farbe eindeutig beschrieben werden Positive +b*-Werte stellen gelbe, Negative -b*-Werte blaue Farbtöne dar. Die vertikale L-Achse beschreibt die Helligkeit (Lightness) von 0 (Schwarz) bis 100 (Weiß). Am Rand der Farbscheibe liegen die reinen Spektralfarben.
Nach innen nimmt die Farbsättigung
S
100 = brillant
zur Achse hin ab, dort beträgt sie Null (unbunt,
grau). Das CIEL*a*b* Farbmischmodell ist nach Umrechnung der a und b Werte in einen Winkel identisch mit dem HSB Farbmodell! Die vom CIELAB-System gegebene Einteilung des Farbenkreises entspricht leider nicht den Erwartungen hinsichtlich Gleichabständigkeit. So wird z.B. der Übergang von h=0 (bzw. 360) = bläuliches Rot zu h=90 = Gelb stärker wahrgenommen, als der Unterschied zwischen h=90° und h=180 = bläuliches Grün oder gar der Unterschied zwischen h=180 und h=270! Copyrighthinweis: Der Beitrag zu CIELab wurde der Website http://www.win-seminar.de/adobe/CIE-lab-farbmodell.php weitestgehend unverändert entnommen. |
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| Farbtemperatur |
Farbtemperatur 1000 K bis 1800 K 2000 K 2450 K bis 2750 K 2900 K 3000 K 3250 K 3400 K 3900 K 4150 K 4750 K 5100 K 5500 K 6100 K 6500 K 7400 K 8300 K 8000 K bis 9000 K bis zu 16000 K |
Lichtquelle(n) Kerzenlicht und/oder offenes Feuer Gasglühlicht Glühlampen (15, 60, 100 bis 500 W) Kryptonlampe (500 W) Lichtwurflampe Fotolampe Halogenlampe Kohlebogenlampe Mondlicht Industriesmog bei sonnigem Wetter dunstiges Wetter Sonnenstand 30° Sonnenstand 50° mittleres Tageslicht/Xenonlicht Blitzlampe Himmel völlig bedeckt trübes nebliges Wetter Neonlampe Sonneneinstrahlung im Gebirge (Schnee) |
Farbstich
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Die nachfolgenden
Testbilder und alle zugehörigen Texte wurden der privaten
Website von Johannes Leckebusch (Jödels Home) entnommen ...
http://www.johannes-leckebusch.de/Farben/Farbkreise.htm
Ich empfehle den Besuch dieser Seite ausdrücklich, weil in der gleichen Sektion noch weitere Beispiele für Farbwahrnehmungsfehler zu finden sind und die gesamte Website sehr interessante, weiter führende Beiträge zum Thema Digitalfotografie und Farben enthält. Ich setze im Übrigen stillschweigend das Einverständnis des Rechteinhabers voraus, dass ich kleinere inhaltliche und sprachliche Korrekturen an den Begleittexten vorgenommen habe.
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Die nachfolgenden Bilder schaffen den Zusammenhang zwischen der Theorie über Farbwahrnehmung, Farbräume, Farbmodelle und Farbwahrnehmungsstörungen. Die Unterschiede zeigen am Beispiel eines Farbfotos unter Bezug auf das CIE-Farbdreieck, das Farbenspektrum in Frequenz und Wellenlänge und auf einige Farb-Sehtestgrafiken gemäß Stilling-Hertel-Velhagen.
Die Beispiele sind nicht zur Selbstdiagnostik geeignet, weil die Farbwiedergabe am Monitor bzw. über einen nicht kalibrierten Drucker verfälscht sein kein.
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Die 9 ist lesbar sowohl für
Normalsichtige als auch für alle Formen der Farbenfehlsichtigkeit
(erste Tafel oben). Die
graue 5 wird bei Rotgrün-Störung infolge der hierbei erhöhten
Kontrastwirkung als grünlich angesehen (dritte Tafel links unten). Das gesamte Testbild wird im folgenden einigen Transformationen unterzogen, die Störungen des Farbensehens nachbilden sollen. Inwieweit die Wiedergabe wirklich dem entspricht, was (teilweise) "Farbenblinde" sehen, bleibt Spekulation.
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Rotblindheit (PROTANOPIE) - Rot wird
nicht wahrgenommen, es fehlt der L-Zapfen. Dadurch treten
Verwechslungen auf: Rot mit Gelb, Braun mit Grün bzw. jede Farbe
miteinander. Weiterhin: Violett mit Blau und Dunkelrot mit Schwarz.
(Nach www.egbeck.de/skripten, Farbensehen, Biologiekurs Klasse 12.)
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Dieses Bild sieht auf den ersten Blick
fast genauso aus wie das obige. Jedoch ist das Feuerwehrauto links
im Hintergrund jetzt nicht mehr schwarz, sondern ebenfalls gelbgrün.
Das Hemd der Frau rechts ist nicht mehr schwarzblau, sondern
grünlich-grau. Der zweite Kinderwagen ist nicht mehr grau sondern
genauso violettblau wie der erste links. Die "5" auf der Testtafel
links unten ist jetzt zu lesen, rechts oben aber sind weder die "31"
noch das "CH" klar zu erkennen. Die "9" links oben, die im Bild
"Rotblind" oben noch klar zu erkennen war, ist sehr undeutlich
geworden.
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In diesem Fall werden zwar Rot, Grün und
Gelb erkannt, aber nicht so klar unterschieden wie bei
Normalsichtigen. Das ist ein bei Männern recht häufiger Defekt. Das
Feuerwehrauto und das Shirt der Frau sind eher orange und nur wenig
vom gelborangen Hemd des Mannes links unterschieden, sie erscheinen
zu hell. Die Grüntöne des Rasens im Hintergrund sowie verschiedener
Baumgruppen dahinter unterscheiden sich weniger klar. Die
Testziffern bzw. -Buchstaben sind zwar zu erkennen, aber nicht so
deutlich wie bei Normalsichtigen. Im Spektrum sind Rot und Orange
praktisch gleich, Gelb und Violett werden aber erkannt und deutlich
unterschieden.
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Auch hier sind Rot und Grün noch
unterschieden, die Rot-Töne erscheinen aber zu dunkel, ein wenig
schwärzlich.
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Dieses Bild geht von einer
hypothetischen Grünblindheit (DEUTERANOPIE) aus, die es in dieser
Form beim Menschen meines Wissens nicht gibt. Das ist wohl allein
deshalb nicht der Fall, weil die Absorbtionsmaxima des L- und des
M-Zapfentyps beide eher im "grünen" Wellenlängenbereich liegen, so
dass ein derartiger, der Rot-Blindheit vergleichbarer "Blackout" im
Grünbereich wohl nicht vorkommen dürfte. Falls aber doch, und dies
könnte ein wenig der Situation von Dichromatischen Säugetieren wie
Hunden oder Katzen entsprechen, darf man sich das wohl nicht so
vorstellen, dass ein solches Lebewesen leuchtendes Rot und Blau
wahrnimmt, sondern eher so etwas wie Orange und Blau oder
Blauviolett im Unterschied zu Weiß und Grau. Aus dem Orange könnte
sich dann später die Rot-Grün-Unterscheidung der Primaten entwickelt
haben. Doch ist dies reine Spekulation ... ausgenommen der bekannte
Umstand, dass viele Säugetiere nur lang- und kurzwelliges Licht
unterscheiden, also eine Art reines Rot(Orange?)-Blau-Sehen
besitzen.
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Es gibt aber beim Menschen - wenn auch
nur sehr selten, etwa 1 bis 2 Fälle auf 100.000, übrigens ohne
Geschlechterunterschied, eine sogenannte Blaublindheit oder
TRITANOPIE. Dazu heißt es: "Blau wird nicht wahrgenommen. Hier fehlt
der S-Zapfen. Der "Tritane" verwechselt Rot mit Orange, Blau mit
Grün, Grüngelb mit Grau sowie auch Violett und Hellgelb mit Weiß".
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Dieses Bild - wie auch das nächste - geht eher davon aus, dass mit dem Blau-Gelb-Antagonismus etwas nicht stimmt, kurzwelliges Licht also zwar "gesehen" wird, aber nicht als Blau erkannt. Es trägt damit zwar eine Helligkeitsinformation, aber wegen des Ausfalls der Farbigkeit "Blau" im Unterschied zu "Gelb" gibt es kein Gelb ...
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Auch hier wird angenommen, dass die betreffenden Personen für kurzwelliges Licht nicht völlig "blind" sind, so dass ihnen Blau nicht als Schwarz erscheint. Vielmehr können sie den kurzwelligen Anteil nicht als Farbe, sondern nur als Helligkeitswert erkennen. Damit entfällt ebenfalls das "Gelb"-Phänomen, der Übergang von Rot nach Grün führt über Weiß, es gibt keine durch Mischung entstehende dritte Farbe. Lediglich die Helligkeitsanteile durch die kurzwellige Strahlung sind hier anders gewichtet.
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