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Red, green, blue, das heißt rot, grün und blau. Genau wie die Grundfarben, die wir in unserem ersten Kunstunterricht kennengelernt haben. Warum sind sie so wichtig für die elektronische Welt, für Anzeigegeräte und für das menschliche Auge? Hier ist ein kleines Kompendium, mit dem Sie sicher niemand mit den Grundlagen der Farben auf dem Bildschirm überraschen wird.
Theoretische Grundlagen. Was ist ein Farbraum?
RGB ist ein Farbraum-Modell, daher werden wir kurz auf Farbbereiche eingehen. Manches erscheint kompliziert, aber man muss kein Meister der Optik sein. Wir werden die Begriffe Farbe und Farbton synonym verwenden.
Ein Farbraum ist eine spezifische Anordnung von Farben. Es gibt viele von ihnen. Es handelt sich um die Spektren der elektromagnetischen Wellen im Bereich von 380 bis 780 nm, also des sichtbaren Lichts. In Verbindung mit der von verschiedenen Geräten unterstützten Farbprofilierung unterstützt sie deren reproduzierbare Darstellung, d. h. ihre Anzeige. Dies gilt unabhängig davon, ob es sich um eine analoge oder digitale Darstellung handelt. Der Farbbereich kann sein:
- willkürlich, d. h. mit physisch realisierten Farben, die einer Reihe von physischen Farbmustern mit entsprechenden Farbnamen und Nummern zugeordnet sind. Ein Beispiel hierfür ist die Pantone-Sammlung, die Buchbindern und Studenten bekannt ist, die ihre Diplomarbeit mit einem streng definierten Farbton binden,
- mit mathematischer Strenge organisiert (wie bei NCS, Adobe RGB und sRGB).
Was bringt uns der Farbraum?
Der Farbraum ist ein nützliches konzeptionelles Werkzeug, um die Farbfähigkeiten eines bestimmten Geräts oder einer digitalen Datei zu verstehen. Wenn wir versuchen, Farben auf einem anderen Gerät zu reproduzieren, kann uns der Farbraum zeigen, ob wir in der Lage sein werden, Details in Schatten und Lichtern sowie die Farbsättigung beizubehalten, und in welchem Ausmaß diese beeinträchtigt werden. Das RGB-Farbmodell wird auf unterschiedliche Weise und je nach den Möglichkeiten des verwendeten Systems implementiert. Die immer noch gängige und weit verbreitete Version (Stand 2006) ist eine 24-Bit-Implementierung mit 256 Farbstufen pro Kanal. Jeder Farbraum, der auf dem 24-Bit-RGB-Modell basiert, ist daher auf einen bestimmten Bereich beschränkt. Mehr Bits bedeuten eine bessere Filterung, insbesondere bei der Verwendung von Algorithmen, aber das ist eine ganz andere Geschichte.
Kommen wir zu den Beispielen.
Die uns bekannten Grundfarben
Die Abkürzung RGB ist von den Anfangsbuchstaben der englischen Farbnamen abgeleitet:
- R, Red – rot,
- G, Green – grün
- B, Blue – blau.
Manche Leute sehen Gelb auch als Primärfarbe an, und das hat seine Berechtigung. Dies ist tatsächlich in dem den Druckern bekannten CMYK-Satz enthalten, aber dazu bei anderer Gelegenheit mehr. Es ist eine Wahrnehmung, die aus dem so genannten psychologischen Modell stammt, demzufolge wir vier Farben als zwei gegensätzliche Paare erkennen:
- gelb-blau,
- rot-grün.
Viele Maler in früheren Zeiten und insbesondere vor 1666, als Isaac Newton seinen Farbkreis durch die Analyse der Aufspaltung von Lichtstrahlen entwickelte, verwendeten diese vier Farben in ihren Paletten. Eine Verbesserung dieses historischen Modells ist das CMYK-Modell.
HTML sieht die Primärfarben ein wenig anders und unterscheidet für seine Zwecke mehr Primärfarben:
Die Farben, oder besser gesagt ihre Darstellung, können also im Zusammenhang mit verschiedenen Werkzeugen und Sprachen diskutiert werden. Auf die im Bild sichtbaren Codes werden wir gleich noch näher eingehen. Vorerst können wir sehen, dass die Farbcode-Einträge einem Farbkatalog in einem Bastelladen ähneln. Nach und nach erscheinen aufeinander folgende Farbtöne. Viele von ihnen haben einen Namen, und so unterscheiden wir einen anderen, und einen weiteren…. Aber worum geht es hier… die Zahlen 0, die Buchstaben F?
Drei RGB-Parameter
Hier sehen Sie eine einfache Farbbearbeitung in der einfachsten und bekanntesten Grafiksoftware, Microsoft Paint. Die linke Spalte beschreibt die Farbsättigung (oder Farbintensität) und die Helligkeit – wir werden uns für die rechte Spalte interessieren.
Die Werte in der rechten Spalte: Rot, Grün und Blau reichen von 0 bis 255. Das sind 256 Werte, aus denen Sie wählen können – merken Sie sich die Null.
Es ist zu erkennen, dass in diesem Beispiel Rot am häufigsten vorkommt (222), Grün (44) und Blau (48) sind beigemischt. Das Ergebnis ist ein ziemlich heller und stark gesättigter Rotton.
RGB-Farbmuster. Hexadezimaler Code
Die Animation zeigt die Verwendung des RGB-Farbmusters. In diesem Beispiel haben wir den vierten Parameter erhalten. Dies ist der RGB-Hex-Wert – die Code-Notation mit dem vorangestellten #-Zeichen. Das liegt daran, dass Farben in hexadezimaler Form gespeichert werden können. Normalerweise werden Grafikprogramme oder eine spezielle Farbpalette, der so genannte Color Picker oder Farbpicker, den Sie in der Animation sehen, verwendet, um die hexadezimale Notation zu erzeugen.
Die Notation besteht aus sechs hexadezimalen Ziffern – drei Bytes. Im RGB-Modell sind die Bytes jeweils für die Farben Rot, Grün und Blau zuständig. Jedes Byte kann einen Wert von 00 (0) bis FF (255) annehmen, der die niedrigste bzw. höchste Intensität der Farbe angibt. Jeder Farbton hat seinen eigenen, eindeutigen Code.
Verschiedene Arten des Schreibens - Anordnung
Die Farben von Webseiten, Schriftarten und Grafiken sind einfach die Farben, die für die Darstellung verwendet werden, aber es muss Methoden geben, um diese Farben zu beschreiben und zu spezifizieren. Farben können als das uns bereits bekannte RGB-Triplett oder im hexadezimalen Format als Hexadezimal- oder Hexadezimaltriplett angegeben werden. In einigen Fällen werden sie auch mit ihren gebräuchlichen englischen Namen bezeichnet, wie Sie oben bei der Beschreibung der Grundfarben gesehen haben. Mit Hilfe von Konvertern kann man geschickt zwischen diesen Bezeichnungen wechseln. Manche versuchen sogar, die Codes auswendig zu lernen. Bei einer solchen Fülle von Farben muss man irgendwann auf Widerstand stoßen: Sie werden bald sehen, wie viele es sind!
True Color - was ist das?
True Color ist eine Methode zur Darstellung von Farben auf einem 24-Bit-Display. Der Radiohit True Colors der amerikanischen Sängerin Cyndi Lauper ist immer noch lebendig und unvergesslich. In dem Lied singt die Künstlerin: “I see your true colours” – Ich sehe deine echten Farben. Sie bezieht sich damit eher auf die Persönlichkeit ihres Geliebten, aber wenn sie den True-Color-Standard sehen könnte, würde sie einen echten Nystagmus bekommen. Die Anzahl der durch einen 3-Bit-Farbwert definierten Farben ist nämlich …
224 = 16 777 216
Stellen Sie sich diesen Wert vor. Mehr als 16,5 Millionen Farben – so viel können Displays mit 24-Bit-Farbtiefe erreichen. Insgesamt gibt es 16777216 Farben dafür. Der Bereich ist 0-255, also ist jeder Parameter immer einer von 256 Werten. Die maximale Anzahl der Farben ergibt sich aus der Formel 2563. So viele Farbstreifen hätte der oben erwähnte Wandfarbenkatalog, wenn wir den RGB-Code verwenden würden.
Nostalgisch. High color
Eher nur noch als Kuriosität, obwohl es immer noch seine treuen Fans hat. Traditionell ist High Color eine Methode zur Darstellung des Farbraums auf einem Bildschirm mit einer Farbtiefe von 15 oder 16 Bit. In diesem Modus wird jede Farbe durch einen 2-Byte-Wert definiert. Mit einer 5-Bit-Farbtiefe, d. h. 5 Bits für jede Komponente des RGB-Modells, können 32768 Farben dargestellt werden – 1 Bit bleibt dann ungenutzt. Die 16-Bit-Farbtiefe ermöglicht die Darstellung von 65536 Farben. Ah, die alte Hardware!
24 oder 32 Bit? Das Konzept des Alphakanals
In der Computergrafik definiert der Alphakanal die Transparenz. Er wird zusammen mit den RGB-Komponenten gespeichert. Im True-Color-Modus reichen 24 Bit aus, um die Farbe eines Pixels zu definieren, aber jede Farbe wird dennoch in 32 Bit gespeichert. Das 32-Bit-Format kam in den späten 1990er Jahren auf, als Grafikkarten bereits über einen ausreichend großen Speicher verfügten, um die Grafikoperationen zu beschleunigen.
Bei 32-Bit-Betriebssystemen, die 32-Bit-Busse verwenden und auf 32-Bit-Prozessoren laufen, ermöglicht die Ausrichtung auf 32 Bit deutlich schnellere Operationen, einschließlich Grafikoperationen, und erleichtert die Adressierung der Pixel im Speicher der Grafikkarte. Fast alle heutigen Computer enthalten Grafikkarten mit genügend Speicher, um 32-Bit-Farben bei den meisten Auflösungen zu unterstützen. Ältere Computer und Grafikkarten können nur bis zu 16-Bit-Farben unterstützen.
Wenden wir uns ein wenig mehr dem Alphakanal zu. Seine Erläuterung ist notwendig, um das Hauptthema dieses Artikels, das Konzept von RGB, besser zu verstehen. In der Computergrafik definiert der Alphakanal die Transparenz. Er wird zusammen mit den RGB-Komponenten angegeben.
Ein Alphakanalwert von 0 bedeutet vollständige Transparenz.
Der Wert 1-254 bedeutet partielle Transparenz.
Ein Alphakanalwert von 255 bedeutet völlige Deckkraft - eine Farbe ohne Alphakanal.
Bilddateien behandeln den Alphakanal unterschiedlich. In einigen Formaten kann er nicht gespeichert werden. JPEG unterstützt ihn überhaupt nicht, und bei GIF können nur zwei Stufen gespeichert werden. Die Wahl ist entweder volle Transparenz oder volle Farbe. Ein beliebtes Grafikformat, das Zwischenstufen der Transparenz unterstützt, ist das PNG-Format, bei dem der Alphakanal die üblichen 256 Stufen von 0-255 haben kann.
Deep Color - was ist das?
Mit der Einführung von HDMI 1.3 ist eine der wichtigsten neuen Funktionen des Kabels die Unterstützung von Deep Color und xvYCC. Deep Color und xvYCC sorgen theoretisch für realistischere Farben auf dem Bildschirm. Deep Color erhöht die verfügbare Bittiefe für jede Farbkomponente, während xvYCC die gesamte Farbpalette vergrößert. Aber was bedeutet das?
Wir kennen bereits die Grundlagen von Farbraum, Farbtiefe und RGB. Deep Colour unterstützt 30/36/48/64-Bit Farben für drei RGB-Farben. Damit wird die Anzahl der verfügbaren Farben zu einer Milliardenzahl. Bei 36-Bit-Farben sind beispielsweise 68.719.476.736 verschiedene Farbvariationen möglich. Und da auch xcYCC unterstützt wird, stehen noch mehr Farboptionen zur Auswahl. Dies alles führt zu schärferen, lebendigeren Bildern.
Um tiefe Farben zu erzielen, muss jedoch alles reibungslos zusammenarbeiten – von der Quelle über das Kabel bis hin zum Bildschirm. Wenn eine dieser Komponenten Deep Color nicht unterstützt, funktioniert es auch nicht. Na szczęście nie jest trudno znaleźć sprzęt, który obsługuje Deep Color – wiele odtwarzaczy DVD, wyświetlaczy i kart graficznych obsługuje Deep Color.
Vor- und Nachteile einer höheren Farbtiefe
- 32 Bits, übersetzt in RGB, bieten bereits viel mehr – wie 24-Bit-Farbe unterstützt 32-Bit-Farbe 16.777.215 Farben, aber der Alphakanal ermöglicht es, überzeugendere Farbverläufe, Schatten und Transparenzen zu erstellen. Mit dem Alphakanal unterstützt 32-Bit-Farbe 4.294.967.296 Farbkombinationen. Viele sind der Meinung, dass das Bild heller und weniger anstrengend für die Augen ist, wenn man mit einer höheren Farbtiefe arbeitet.
- Die Arbeit mit einer höheren Farbtiefe erfordert jedoch mehr Systemressourcen, so dass das Gerät intensiver arbeiten muss. Wenn auf dem Computer zu wenig Speicherplatz vorhanden ist, kann dies das System verlangsamen. Eine höhere (tiefere?) Farbtiefe in Spielen kann die Anzahl der angezeigten Bilder pro Sekunde (FPS) verringern, je nach Grafikkarte und Spiel, das wir spielen.
- Die meisten Benutzer können den Unterschied zwischen 16-Bit- und 32-Bit-Farben nicht erkennen. Wenn Sie jedoch ein Programm mit Farbverläufen, Schatten, Transparenz oder anderen visuellen Effekten verwenden, die eine breite Farbpalette erfordern, sollte der Unterschied deutlich spürbar sein.
Additive und subtraktive Farbmischung, oder wie neue Farben erzeugt werden
Um daraus mehr zu verstehen als den Rahmen, wie Farbe entsteht – ein Prozess, den das Gerät auf der Grundlage der eingegebenen Daten ohnehin für uns erledigt -, müssen wir etwas physikalisches Wissen hinzufügen. Zum Glück ist das gar nicht so kompliziert. Additiv ist Addition, subtraktiv ist Subtraktion. Schauen wir uns das mal an.
Additive Farbbildung
RGB-Modell, das von digitalen Displays verwendet wird, verwendet das Mischen von emittiertem Licht. Dies ist die additive Synthese. Die Kombination aller drei Farben ergibt die Farbe Weiß, während das Fehlen von emittiertem Licht die Farbe Schwarz ergibt. Interessanterweise hängt die Wahl der Farben Rot, Grün und Blau mit der Physiologie des menschlichen Auges zusammen, das drei Rezeptoren besitzt, die die Wellenlängen des Lichts empfangen, die den Eindruck dieser Farben vermitteln. Wenn wir mit verschiedenen Farben beleuchtet werden, sieht unser Auge das reflektierte Licht, das die Summe aller Farben ist, die in diesen Bereich fallen, und alle Wellenlängen sind vorhanden. Wenn wir rotes und grünes Licht mischen, sieht unser Auge Gelb, und das nennt man additive Farbe.
Subtraktive Farbbildung
Die zweite Art der Mischung ist die subtraktive Synthese. Dabei handelt es sich um die Subtraktion von sichtbaren Strahlen unterschiedlicher Länge. Eine solche Synthese findet zum Beispiel beim Mischen von Farben auf einer Wand statt. In dem Bereich, der von der Farbe bedeckt ist, die aus der Mischung verschiedener Farben resultiert, sieht das menschliche Auge einen reflektierten Lichtstrom, d. h. den Teil des weißen Lichts, der übrig bleibt, nachdem alle Farbkomponenten von den einzelnen Farben in der Mischung absorbiert worden sind. Diese Methode kommt im traditionellen Druck zum Einsatz – die Tinte oder andere Druckfarbe, die das weiße Papier bedeckt, bildet einen gewissen Filter, und die nicht absorbierten Wellenlängen erreichen unser Auge, und so sehen wir, was wir angenommen haben – leuchtendes Orange, feuriges Flamenco, Frühlingsgrün und so weiter.
Unterschiede in der Farbdarstellung
Der Unterschied liegt vor allem in der Unterschiedlichkeit der Medien, die wir betrachten. Die Antwort ist ein Beispiel mit Farbe oder Tinte auf einem Blatt Papier. Der Bildschirm strahlt sein eigenes Licht ab, während ein Blatt Papier das Licht reflektiert. Darüber hinaus sind die Unterschiede auch auf die unterschiedlichen Farbpaletten zurückzuführen, die entweder für den Druck oder für die Darstellung auf dem Bildschirm verwendet werden. Die exakte Darstellung von Farben auf einem Display/Monitor/Bildschirm ist nicht einfach. Eine originalgetreue Wiedergabe wünschen sich natürlich alle, die zu einem bestimmten Zeitpunkt auf den Bildschirm schauen, aber Fotografen, Grafiker, Designer und Drucker achten ganz besonders darauf. Hier darf es keine Fehler geben, oder zumindest müssen Unstimmigkeiten so weit wie möglich beseitigt werden.
- Quelle der Welt – eine Glühbirne oder Leuchtstoffröhre einer guten Lampe sollte natürlichem Licht nahe kommen (Farbe 5000-6500K) und einen hohen CRI-Farbqualitätsindex haben.
- Ein fester Abstand zwischen der Lichtquelle und dem zu betrachtenden Objekt – ideale Bedingungen für die Farbbeurteilung liegen in der Größenordnung von 1.500-2.000 Lux.
- Neutraler Bezugspunkt – Orange erscheint schwächer, wenn es im Hintergrund blau ist. Neutrale graue Hintergründe vermeiden Verzerrungen durch die Nähe von hellen und dunklen Farben.
Unten sehen Sie den RGB-Farbtest. Es lohnt sich, dieses Video zu speichern oder ein Lesezeichen zu setzen. Es dauert eine Viertelstunde, also vielleicht nicht für jetzt, aber es wird Ihnen immer helfen, Farbprobleme zu erkennen.
RGB-LEDs
Leuchtdioden sind elektronische Halbleiterbauelemente, die monochromatisches Licht aussenden, wenn ein elektrischer Strom durch den PN-Übergang in dem Element fließt. Wenn drei Dioden – rot, grün und blau – in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind, kann man durch Steuerung der relativen Helligkeit jeder Diode die resultierende Farbe der Diode stufenlos verändern. Wenn Sie aufmerksam gelesen haben, wissen Sie, warum dies geschieht.
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Im nächsten Abschnitt werden wir uns mit der CMYK-Palette befassen.
