RGB Farbmodell (Lichtfarben)

Das RGB-Modell basiert auf der Addition von Lichtenergie und ist direkt aus der Analyse des sichtbaren Spektrum abgeleitet, das aus drei Hauptspektralbereichen besteht. Somit sind die Grund- oder Primärfarben des RGB-Modells Rot, Grün und Blau. Wie bereits im Artikel Das Prinzip der additiven Farbmischung näher beschrieben, lassen sich durch Überlagerung der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau bei unterschiedlichen Anteilen und unterschiedlicher Intensität alle Farben des sichtbaren Spektrums mischen. Das Modell ist allerdings sehr theoretisch zu verstehen. Bilderfassungssysteme wie Scanner, Digitalkameras oder Videokameras basieren auf dem RGB-Modell. Ebenso auch Ausgabegeräte wie z.B. Computermonitore und Farbfernseher. Monitore erzeugen additive Mischfarben durch Licht, das von roten, grünen und blauen Phosphorteilchen ausgestrahlt wird, die je nach angelegter Spannung mehr oder weniger angeregt werden, wodurch unterschiedliche Farben entstehen.

Der von einem Gerät erfassbare oder darstellbare Farbumfang wird als Gerätefarbraum oder Color Gamut bezeichnet. Der mögliche Farbumfang eines Gerätes ist somit im Wesentlichen von den drei Grundfarben und deren Sättigung abhängig - beim Monitor z.B. von den spektralen Eigenschaften der Phosphorteilchen oder beim Scanner von den spektralen Eigenschaften der Farbfilter. Somit gibt es auch unterschiedliche RGB-Farbräume, die verschieden groß sein können. Ein Monitor kann zudem nicht alle Farben wiedergeben, die das menschliche Auge sieht, da bestimmte Einschränkungen bezgl. der Helligkeit bestehen. Den RGB-Farbraum gibt es also nicht, denn er ist grundsätzlich geräteabhängig. Das RGB-Farbmodell ist ein hardwareabhängiges Farbmischsystem, weshalb man es auch als physikalisch-technisches Modell bezeichnet.

Der RGB-Farbwürfel

Für die räumliche, dreidimensionale Darstellung der additiven Farbmischung ist der Farbwürfel gut geeignet. Das Koordinatensystem besteht aus den drei Hauptachsen R, G, B und hat seine Nullpunkte bei R=0, G=0, B=0 und somit bei Schwarz bzw. kein Licht. Aus Schwarz heraus entwickeln sich die drei Primärfarben Rot, Grün, Blau auf je einer Hauptachse bis zu ihrer vollen Farbsättigung bzw. ihrer maximalen Lichtintensität 1. Die additiven Farbmischungen, die sich dabei aus zwei Primärfarben bei zunehmender Sättigung ergeben, spannen eine Fläche zwischen ihren Achsen auf und bilden in der gegenüberliegenden Ecke von Schwarz je eine Sekundärfarbe, die bei der Addition von zwei Primärfarben bei voller Intensität entstehen. Da Lichtenergie zu Lichtenergie addiert wird, sind die daraus resultierenden Sekundärfarben grundsätzlich heller als die zugrunde liegenden Primärfarben. Die Flächen Rot-Grün, Grün-Blau und Blau-Rot formieren sich schließlich zum Würfel. Die Diagonale im Würfel bei Schwarz (0,0,0) und endet in der gegenüberliegenden Ecke bei Weiß (1,1,1); sie bildet die Grauachse im Farbmodell.

Anstelle der beiden Normwerte 0 für 0% und 1 für 100% werden Koordinaten häufig auch als Tonwertstufen einer 8-Bit Skala von 0-255 definierte. Die Skala kann auch variieren, was mit dem Wert der Bittiefe bzw Farbtiefe ausgedrückt wird. So kann sie bsplw. auch von 0 bis 65535 bei 16-Bit Farbtiefe reichen. Jeder Punkt im Würfelmodell wird folglich durch Angabe von drei positiven Koordinaten definiert, die bei voller Intensität von 100% Weiß ergeben.






Der RGB-Modus

In der digitalen Bildbearbeitung werden Bilddaten heute oft im RGB-Modus bearbeitet. Dabei wird jedem Bildpixel eine Tonwertstufe zwischen Null (Schwarz) und 255 (Weiß) pro RGB Farbkomponente zugewiesen. Ein RGB-Bild, das mit 8-Bit pro Pixel und Farbkanal codiert ist, weist eine gesamte Bittiefe von 24-Bit auf (3x8 Bit) und somit rund 16,7 Millionen Farb- und Helligkeitsstufen.

Kalibrierte, geräteunabhängige RGB-Farbräume (Arbeitsfarbraum)

Es gibt aber tatsächlich auch RGB-Farbräume, die ebenso geräteunabhängig wie ein CIE_Farbraum sind. Einige von ihnen sind Fernsehstandards, andere wiederum wurden eigens für die digitale Bildbearbeitung als sogenannte Arbeitsfarbräume erstellt, um die Erfordernisse der Druckvorstufe abzudecken. Arbeitsfarbräume sind idealisierte Farbräume – d.h. sie basieren nicht auf den Messwerten realer Geräte, sondern auf der (mehr oder minder) geschickten Wahl dreier Primärvalenzen (für das reine Rot, Grün und Blau). Ein Arbeitsfarbraum sollte alle Farben enthalten, die der Druck erzeugen kann, aber darf den Monitor nicht überfordern. So eliminiert ein Arbeitsfarbraum die Fehler der beteiligten Geräte und speichert Bilddaten verlustfrei.

Durch Wahl eines geeigneten Arbeitsfarbraum liegen die Bilddaten völlig unabhängig vom gerade verwendeten Monitor vor. Die Farbräume sind kalibriert und basieren auf standardisierten Zahlenwerten für die Eckpunkte, das heißt die Primärfarben Rot, Grün und Blau werden als x- und y-Koordinate im CIE-XYZ Farbraum definiert. Somit ist jedem RGB-Wert ein geräteunabhängiger Lab-Wert zugeordnet. Ein solcher RGB-Farbraum wird grundsätzlich durch die Primärfarben, das Gamma und die Farbtemperatur bzw den Weißpunkt des Lichts beschrieben.

Primärfarben

Die Definition (xy-Koordinaten) der Primärfarben Rot, Grün, Blau als Eckwerte eines RGB-Farbraums ist maßgebend für dessen Grösse. Farben außerhalb des dabei aufgespannten Dreiecks (Farbraum) sind somit im jeweiligen Farbraum nicht darstellbar. Die Definition der Primärfarben bestimmen deshalb vor allem die Größe des Farbraums. Hier sollte man darauf achten, dass der sich ergebende Farbraum groß genug für den angestrebten Ausgabeprozess ist, damit man nicht schon währen der Erstellung oder während der Umwandlung in den Arbeitsfarbraum Farben „abschneidet“, die man in einer späteren, qualitativ hochwertigen Ausgabe durchaus hätte nutzen können (z.B. bei der Ausgabe im Tief- oder Offsetdruck). Um die unterschiedlichen Farbräume grafisch visualisieren zu können, kann unter Mac OSX die zwei- und dreidimensionale Darstellung im „ColorSync Tool“ verwendet werden.

Gamma

Der Gammawert bestimmt den Helligkeitsverlauf innerhalb des Farbraums bzw. legt fest, wie viele Werte zur Beschreibung der Lichter und Tiefen verwendet werden. Je höher der Gammawert, desto differenzierter die Beschreibung der Tiefen und je niedriger der Wert, desto mehr Werte werden zur Differenzierung der Lichter verwendet. Der Gamma-Wert teilt dem Monitor mit, wie viel Spannung benötigt wird, um einen bestimmten Grauwert darzustellen, wenn 0=schwarz und 1 = weiß ist. Diese Korrektur ist wichtig für Bilder im Internet, damit diese auf verschiedenen Monitor korrekt dargestellt werden. Weicht dieser Gamma-Wert ab, so erscheint das Bild je nach Monitor entweder zu hell oder zu dunkel. Der Gamma-Wert hängt vom verwendeten Anzeige-Gerät ab (TFT, LCD, CRT, Projektor, TV) und der standardmäßigen Gamma-Korrektur der Grafikkarte oder des Betriebssystems. Die meisten SUN und IBM Computer haben einen Gamma-Wert von 2.2 bis 2.5, während die meisten SGI und Macintosh Computer einen Gamma-Wert von 1.8 besitzen, weil dies dem visuellen Eindruck auf einem Drucker entspricht. Auf den meisten Flachbildschirmen (TFT, LCD) hängt dieser Wert vom Betrachtungswinkel ab.

Weißpunkt

Durch den Weißpunkt wird die Farbe von Weiß in einem Profil beschrieben. Weiß ist in diesem Fall eine Fläche, die über den Bereich der sichtbaren Farben alles Licht reflektiert. Das bedeutet, dass die Farbe ausschließlich von der beleuchtenden Lichtquelle abhängt. Als Lichtquellen haben sich zwei „Normlichtquellen“ mit den zugehörigen Weißpunkten etabliert: D65 und D50. Da sich in der Druckvorstufe und im Druck die Beleuchtung mit D50 etabliert hat ist es bei Arbeiten für diesen Bereich auch sinnvoll, einen Arbeitsfarbraum mit D50 zu verwenden.

Anforderungen an einen idealen RGB-Farbraum

Die Druckvorstufe stellt einige besondere Anforderungen an einen RGB Arbeitsfarbraum. Einerseits muss er groß genug sein, um alle Farbwerte (in Lab gemessen), die Eingabe- und Ausgabegeräte umfassen, andererseits darf er aber nicht zu groß sein, um nicht Farben zu enthalten, die bei der Druckausgabe in CMYK nicht umsetzbar sind.

Insbesondere Farben mit zu hoher Sättigung können im Druck nicht ohne größere Farbabweichungen bzw. Farbtonverschiebungen realisiert werden. Die Wahl des richtigen RGB-Farbraums ist also für die Bildbearbeitung von zentraler Bedeutung. Die Anforderung an einen RGB Farbraum lautet folglich: Der Farbumfang des Drucks (CMYK) soll möglichst vollständig, aber knapp abgedeckt sein, denn die Qualität einer Farbseparation ist wesentlich höher, wenn sich der Umfang des Arbeitsfarbraums und des Ausgabefarbraums nicht allzu sehr unterscheiden.

Die meisten RGB Farbräume, die ein Eingabe- oder Ausgabegerät beschreiben - dass heißt alle geräteabhängigen RGB-Farbräume - sind als Arbeitsfarbräume für die Bildbearbeitung nur bedingt geeignet. Aufgrund ihrer Nichtlinearität - drei gleiche RGB-Werte ergeben kein neutrales Grau - kann beispielsweise das Anpassen des Bildkontrastes uU zu einem unerwünschten Farbstich führen. Als geeignete Arbeitsfarbräume kommen daher nur RGB-Farbräume in Betracht, die sich linear verhalten und in denen R=G=B ein neutrales Grau ergibt.

RGB Arbeitsfarbräume

Photoshop bietet standardmäßig eine ganze Reihe von RGB-Farbräumen in den Farbeinstellungen an, die durch eigene oder zusätzliche RGB Arbeitsfarbräume - wie bsplw. ECI-RGB, der von der ECI als Standard für die Bildbearbeitung empfohlen wird - ergänzt werden kann und in Form von ICC-Profilen vorliegen.

sRGB

Der von HP, Kodak und Microsoft 1996 gemeinsam definierte sRGB Farbraum ist wie alle anderen RGB Farbräume farbmetrisch definiert. Er wird von zahlreichen herstellern von Office- und Consumer Geräten, aber auch von Softwareherstellern unterstützt, mit dem Ziel,ihren Geräten ein Standardverhalten angedeihen zu lassen. sRGB beruht auf die Farbwiedergabefähigkeit eines durchschnittlichen Monitors. Somit haben Internet Nutzer die Chance, unabhänig von ihrem Monitor identische Farben zu sehen, womit unvorhersehbare Farbunterschiede weitgehend ausgeschlossen werden. sRGB ist also speziell auf die Bildschirmdarstellung zugeschnitten und ist für Screen Design zu enmpfehlen. Für die Erfordernisse der Druckvorstufe hingegen ist er viel zu klein und sollte nicht verwendet werden. Denn einige Farben (zB ein reines Cyan und einige Farben im Gelb Bereich) werden nur unzureichend abgedeckt, das heißt sie sind in sRGB schlichtweg nicht vorhanden, obwohl sie im Vierfarbendruck durchaus realisierbar wären. Zudem weist sRGB eine Farbtemperatur von 6500K und ein internes Gamma von 2,2 auf und liegt damit 1500K über der ISO Norm für den Druck

Adobe-RGB

Adobe RGB verfügt über einen relativ großen Farbumfang, weshalb er eher als aggressiver Druckvorstufen Standard gilt. Auch er weist eine Farbtemperatur von 6500K auf und liegt damit ebenfalls deutlich über der ISO Norm. Das Zielgamma ist wie bei sRGB ebenfalls 2,2.

Apple-RGB

Apple RGB wurde insbesondere von früheren Photoshop Versionen und zahlreichen DTP Applikationen verwendet. Sein Farbumfang ist für die Druckvorstufe eher knapp, mit starken Defiziten im Cyanbereich. Für Online Zwecke, die ausschließlich für Mac OS Systeme vorgesehen sind, ist er allerdings gut zu gebrauchen.

ECI-RGB

Der ICC basierte ist der von der ECI besonders für die Belange der Druckvorstufe definiert worden. Für die Druckvorstufe wird er als Standard-RGB-Arbeitsfarbraum empfohlen. Der ECI-RGB Farbraum ist besonders gut geeignet für die Bilderfassung, die Bildbearbeitung, die Weitergabe an Dritte und die Archivierung von Bilddaten, denn er umfasst in idealer Weise alle gängigen Druckfarbräume. ECI-RGB basiert auf einem Zielgamma von 1,8 und einer Farbtemperatur von 5000K.







Prüfen Sie unbedingt Ihre "Workflow"-Kette, ob alle Anwendungen den eingestellten Farbraum auch durchhalten können oder zumindest die Daten diesbezüglich nicht verändern oder Farbprofile aus den Dateien heimlich entfernen.





pronto 2008/07/27 15:07

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