mini|Farbmodell, hier nach HSV Ein Farbraum umfasst die Menge aller Farben, die durch eine farbverarbeitende Methode tatsächlich verwendet werden können. Das umfasst die Farberfassung, die Weiterverarbeitung und die Farbwiedergabe.
Farberfassung erfolgt durch Kameras, Scanner oder Farbmessgeräte. Die Weiterverarbeitung erfolgt beispielsweise durch Software. Farbwiedergabe erfolgt durch Drucker, Monitore, Ausbelichtungen, Kunstdrucke, Lackierungen oder durch manuellen Farbauftrag.
Ein Farbraum gehört oft zu einem Farbmodell. Er hat in den meisten Fällen drei oder vier Dimensionen. Jede farbverarbeitende Methode hat ihren eigenen Farbraum. Eine Darstellung aller Farbörter (Singular: Farbort) eines Farbraums oder Farbmodells bildet den Farbkörper.
Die Haupt-Anwendungsgebiete von Farbräumen sind:
Vergleich von Farbörtern (Messung von Farbunterschieden) Vergleich des Farbumfangs von Geräten Farbmanagement bei der Erfassung, Bearbeitung und Wiedergabe von Farbbildern Es wurden eine Vielzahl von Farbräumen für verschiedene Anwendungen entwickelt. Siehe Liste der Farbräume.
Definitionen Farbe
Farben, in der Farbmetrik genauer als Farbvalenz bezeichnet, beruhen auf Farbreizen, die sich durch ihre spektrale Zusammensetzung unterscheiden. Die Farbreize ergeben sich aus Lichtfarben oder aus Körperfarben.
Durch die Notwendigkeit, diese Unterschiede exakt definieren zu können, wurden verschiedene Farbmodelle entwickelt. Grundlage dafür sind die Graßmannschen Gesetze. Jede Farbe kann durch einen Farbnamen (beschreibende Worte), aber auch durch den numerischen Farbort definiert werden. Je nach Farbmodell kann mit jeweils drei Größen ([Helligkeit, Sättigung und Farbton] oder [Hell-/Dunkel-, Rot-/Grün- und Gelb/Blau-Wert]) die Farbe eindeutig beschrieben sein.
Farbsystem
Ein Farbsystem ist eine Systematik zur Ordnung von Farben. Farbsysteme sind beispielsweise Farbkreise, Farbkataloge oder Farbmodelle. Farbmodell Farbmodelle sind spezielle Farbsysteme, die oft mathematisch mit drei Koordinaten definiert sind.
Manche Farbmodelle basieren auf der Mischung von Grundfarben: Das Farbmodell stellt dabei immer nur das Grundprinzip einer Farbmischung dar, nie die technische Umsetzung. Je nach Anwendungszweck kann eine unterschiedliche Anzahl von Grundfarben genutzt werden: mindestens drei, aber auch vier oder mehr farbgebende Substanzen werden verwendet. Diese sind dann allerdings nicht mehr unabhängig voneinander.
Farbraum Zu einem Farbmodell gehören konkrete Farbräume, die sich auf dieses Modell beziehen. So ist beispielsweise sRGB ein Farbraum, der zum Farbmodell RGB gehört. Innerhalb eines Farbraums sind allen Farben eindeutige Zahlenwerte, die Farbörter, zugeordnet.
Der Farbraum einer farbgebenden Methode umfasst Farben, die durch diese Methode darstellbar sind. Ein Farbraum ist üblicherweise anwendungsspezifisch begrenzt. Beispielsweise wurde sRGB so definiert, dass der Farbraum auf einer großen Vielzahl von Geräten (z. B. Monitor, Kamera, Drucker) anwendbar ist. Dadurch ist sRGB ein relativ kleiner Farbraum, aber für die meisten Zwecke durchaus ausreichend.
Farbkörper mini|RGB Farbmodell, als Würfel dargestelltDer Farbkörper ist der geometrische Körper, mit dem sich ein Farbmodell oder Farbraum darstellen lässt. Er ist eine systematische Anordnung aller Farbörter des zugrunde gelegten Farbsystems.
Philipp Otto Runge wählte für die Darstellung die Kugel, durch Erwin Schrödinger wurde der bergförmige Farbkörper nach Siegfried Rösch angeregt, Wilhelm Ostwald wählte den Doppelkegel und Harald Küppers das Rhomboeder. Der OSA-Farbraum ist ein Kuboktaeder. Der HSV-Farbraum wird oft durch einen Zylinder oder einen Kegel visualisiert, und das RGB-Farbmodell wird oft als Würfel dargestellt.
Farbort mini|HKS-Farbenkatalog Der Farbort (Plural: Farbörter, nicht Farborte)hs-aalen.de: Was ist eigentlich Farbe? Teil 1: Farbmetrik, S. 44–49, hier S. 46. liegt als Punkt im oder auf dem Farbkörper und wird im Farbraum mit geeigneten Koordinaten in seiner Lage beschrieben. Dieser Ort repräsentiert die vereinbarte Farbe. Farbörter sind in Farbräumen kontinuierlich beschreibbar, ihre reale Präsentation in Farbatlanten ist dagegen naturgemäß nur diskontinuierlich möglich.
Farbsammlung, Farbmuster und Farbkatalog Farbsammlungen, Farbmuster und Farbkataloge gelten nicht als kontinuierlicher Farbraum. Technisch bedingt werden in so einer Sammlung nur ausgewählte Farben präsentiert.
Eine Liste der Farbkataloge findet sich auf der Seite: Liste der Farbräume.
Farbraum Überblick mini|Die Lage einiger technischer Farbräume in der xy-Chromazitätsebene Farben werden durch einen Farbraum quantifiziert. Ein Farbraum hat ein Koordinatensystem mit Basiskoordinaten entsprechend den gewählten Farbvalenzen. Die Zahlenangaben sind Ortsvektoren des Farbmodells, ihre Angabe kann in Form eines Tupels (hier 3-Tupel) erfolgen. Die Menge der in einem Farbraum präsentierten Farben ist üblicherweise kleiner oder gleich der Gesamtheit aller Farben, die vom Sehsinn wahrgenommen werden können. So bildet die Menge der Farben, die an einem Bildschirm sichtbar sind, einen Farbraum, den Geräte-Farbraum des Bildschirms mit den Koordinaten R(ot), G(rün) und B(lau). In wenigen Farbräumen sind auch Farben enthalten, die nicht real existieren und durch den Sehsinn nicht differenziert werden können. Beispiel: ProPhoto Farbraum. Zwei Farbräume können miteinander verglichen werden, in dem sie gemeinsam in einen Farbraum eingetragen werden, in dessen Koordinatensystem beide beschrieben werden können, wie z. B. in die xy-Chromazitätsebene, die die Möglichkeiten des menschlichen Auges beschreibt. Es können mehrere (materielle) Grundfarben einen Messraum dieser Farben aufspannen. Als Grundfarben eines Farbmodells dürfen nur solche Farbvalenzen gewählt werden, die nach den Graßmannschen Gesetzen als unabhängig voneinander definiert sind. Farbräume sind ein notwendiges Werkzeug in der Farbmetrik für die Übertragung von Farbörtern zwischen Geräten (Farbmanagement) oder für die Messung von Farbunterschieden. Ziel der Gestaltung von Farbräumen ist, innerhalb der Modellgrenzen Übereinstimmung mit der Farbwahrnehmung des Menschen zu erreichen. Dabei müssen Eingabegerät und Ausgabegerät aufeinander abgestimmt werden. Durch verbesserte farbgebende Methoden entstehen wiederum neue Anforderungen an das Farbmanagement.
Farbraum und Farbempfindung Ein Farbraum kann dreidimensional beschrieben werden. Diese Feststellung ist im 1. Graßmannschen Gesetz begründet. Die Ursache dafür ist die Reizintensität an den drei Zapfenarten im Auge, die als farbempfindliche Rezeptoren das Sehen „in Farbe“ ermöglichen. Die spektrale Empfindlichkeit der verschiedenen Zapfenarten deckt jeweils ein anderes Teilintervall des sichtbaren Lichtes ab. Oder anders ausgedrückt: Die Vielfalt der spektralen Zusammensetzungen wird für das Individuum auf drei wahrnehmende Zapfenwerte abgebildet.
Ein Farbort ist ein Punkt im Farbraum. Er entspricht einer Farbvalenz (umgangssprachlich „Farbe“): Der Farbort ist also durch drei Vektorlängen im Koordinatensystem des Farbraums definiert. Die Dreidimensionalität war Kunstmalern schon lange bekannt und wurde von Thomas Young 1802 erstmals mit der Dreifarbentheorie beschrieben.
Farbraum und Farbwiedergabe mini|Bildschirm- und Druckmaschinen-Gamut im CIELAB-Farbraum Farbe kann durch Lichtfarben (z. B. selbstleuchtende Bildpunkte eines Monitors) oder durch Körperfarben (z. B. Druck, Malerei) wiedergegeben werden.
Für Lichtfarben gilt die additive Farbmischung. Dadurch entsteht ein hoher Kontrastumfang. Die „Strahlkraft“ dieser Luminanz vermittelt nicht nur einen hohen Schärfeeindruck, sondern lässt auch Farbdarstellungen zu, die nur durch additive Farbmischung möglich sind. Die Primärfarben für die Farbwiedergabe sind in diesem Fall in der Regel Rot, Grün und Blau (RGB).
Für Körperfarbe gilt im Wesentlichen die subtraktive Farbmischung. Jeder Farbauftrag auf ein weißes Papier reduziert die reflektierte Lichtmenge. Wenn sich zwei (transparente) Druckpunkte überlagern, dann führt der zweite Druckpunkt zu einer weiteren Reduzierung des vom Papier reflektierten Lichtes. Die Primärfarben beim Druck sind üblicherweise Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz (CMYK). Es gibt aber auch aufwändigere Druckverfahren mit mehr Farben.
Die Farbräume von Geräten mit additiver und subtraktiver Farbmischung unterscheiden sich grundsätzlich. Beispielsweise ist die Farbe Grün im 3-Farben-Druck eine Mischfarbe und durch die Subtraktion von zwei Primärfarben etwas dunkler als das Grün, das an einem Bildschirm erzeugt werden kann. Beide Verfahren beinhalten andererseits auch viele Farben, die sie gemeinsam darstellen können.
Wenn ein Farbbild mit verschiedenen Geräten wiedergegeben werden soll und diese Geräte unterschiedliche Geräte-Farbräume haben, dann sind Farbraum-Umrechnungen erforderlich. Dadurch entstehen Informationsverluste und Qualitätsverluste. Dies kann nicht verhindert, nur verringert werden. Ein geeignetes Farbmanagement ist dabei am wirkungsvollsten. Die darstellbaren Farben eines Gerätes bilden innerhalb des Farbraums einen Körper, auch als Gamut (Geräte-Farbraum) bezeichnet. Er kann im idealen Falle den ganzen Farbraum erfüllen und sogar darüber hinaus gehen. Beispielsweise gibt es Monitore, die mehr Farben darstellen können, als in sRGB definiert sind.
Jedoch existieren keine Geräte, die den kompletten Farbumfang der menschlichen Wahrnehmung erfassen oder erzeugen können.
Farbwiedergabe beim Drucken mini|Graues, von einem Tintenstrahldrucker auf Papier erzeugtes Zeichen Für die Farbwiedergabe beim Druck muss die Verwendung einzelner (separierter) Druckfarben aus den Bildinformationen errechnet werden. Das wird auch Farbseparation genannt. Ein häufiger Praxisfall für Farbseparation ist die Umrechnung von RGB-Daten (etwa vom Bildschirm) in das CMYK-System für den Druck durch eine Transformation der entsprechenden Farbräume. Dabei ist das nichtlineare Mischverhalten der Druckpigmente ebenso wie die Farbe des Papieres (möglicherweise mit einem Farbstich) zu berücksichtigen. Für die Berechnung werden in der Praxis gerätespezifische Farbprofile (ICC) verwendet, die auch für bestimmte Papiersorten optimiert wurden.
Eine weitere Herausforderung für die Erstellung von Farbprofilen für Drucker ist die Verwendung unterschiedlicher Anzahl von Grundfarben: Es gibt Drucker mit mehr als 8 Grundfarben. Und manchmal werden im Druckprozess zusätzlich spezielle Schmuckfarben verwendet.
Schwarz (Farbruß, oder schwarze Tinte) ist ein effektives Farbmittel für den Druckprozess: Es wird meist aus folgenden Gründen eingesetzt: Soll mit Pigmenten oder Tinte Schwarz oder dunkelgrau dargestellt werden, ist es wirtschaftlicher, Schwarz als gesonderte Farbe zu benutzen. Die Darstellung von Schwarz aus nur drei Farben ist auf Grund der tatsächlichen Absorption der Farbpigmente sehr aufwändig, teuer, teilweise unmöglich und wird daher (fast) nur bei der Farbfotografie benutzt.Rechts: Ausdruck ohne Schwarzanteil. Links: mit Schwarzanteil. Der Schwarzanteil des linken Bildes verdeckt den Grünstich in schattigen Hautpartien und liefert einen höheren Schärfeeindruck.|mini|300x300px Der subtraktiven Farbmischung fehlt der hohe Kontrastumfang, die der additiven Mischung eigen ist. Die Zugabe von Schwarz verbessert den subjektiven Kontrasteindruck (der Drucker spricht von Tiefe). Da Druckverfahren rasterorientierte Verfahren sind, entstehen bei der Darstellung zarter Farben starke subjektive Schärfeverluste: Durch die Rasterweite enthält das Bilddetail weniger Informationen. Das wird vom Auge als Schärfeverlust interpretiert. Durch die Zumischung von Schwarz entsteht ein besserer Farbkontrast und damit ein subjektiver Ausgleich dieses Verlustes. Demgegenüber können zu druckende Grauwerte aus dem gleichen Grund oft besser aus zusammengesetzten Farben statt aus schwarz erzeugt werden.