RGB-Farbraum
Rot Grün Blau (englisch Red Green Blue) ist ein additives Farbmodell, bei dem sich die Grundfarben zu Weiß addieren (Lichtmischung). Eine Farbe wird durch drei Werte beschrieben: den Rot-, den Grün- und den Blauanteil. Jeder Farbanteil kann zwischen 0% und 100% variieren.
Der RGB-Farbraum kann in Form eines Würfels schematisiert werden:
Grundlagen
Der Aufbau des RGB-Farbraums entspricht den Erkenntnissen aus Theorien und Forschung über die Farbwahrnehmung. Siehe auch Dreifarbentheorie
Das farbige Feld steht symbolisch für alle für das menschliche Auge sichtbaren Farben. (CIE-Normvalenzsystem nach Rösch).
Über ICC-Profile werden den Farbeingabe- und Farbausgabegeräten, z.B. Monitor, Scanner, Drucker etc. die jeweils passenden Farbräume zugeordnet.
Die Tatsache, dass der Farbraum etwa parabelförmig begrenzt ist, macht sowohl bei Aufnahme als auch bei Wiedergabe mit technischen Geräten Probleme. Man hat sich deshalb auf die Bearbeitung von Farben beschränkt, die innerhalb eines Dreiecks liegen. Dieses Dreieck ist in der nebenstehenden Darstellung grau eingezeichnet. Die Eckpunkte sind nicht ganz willkürlich gewählt, sondern werden definiert durch die Verfügbarkeit von Kristallen (Leuchtstoff), die diese Farben erzeugen, sobald sie zur Lichtabgabe angeregt werden. Diese Anregung erfolgt in der Bildröhre eines Farbfernsehgerätes oder Computer-Monitors durch Beschuss mit sehr schnellen Elektronen (Kathodolumineszenz). Farbwerte ausserhalb des grauen Dreiecks können mit solch einer Bildröhre nicht dargestellt werden. Dazu zählen insbesondere satte Grünwerte.
Flachbildschirme besitzen keine Bildröhre und erzeugen die Farben auch anders. Trotzdem soll die Lage der Eckpunkte im LCD-Display möglichst genau mit der Lage in Bildröhren übereinstimmen, sonst werden insbesondere Mischfarben wie orange auf unterschiedlichen Geräten sehr verschieden dargestellt.
Anwendung
Das Prinzip wird bei Farbbildschirmen eingesetzt.
In der Computertechnik wird häufig jeweils ein Byte für einen Farbanteil verwendet. Der Wertebereich jeder einzelnen Farbe reicht von 0 bis 255, wobei 0 für die geringste und 255 für die höchste Intensität steht. Folglich können für jeden Farbkanal 256 Abstufungen angegeben werden. Es können also 256 · 256 · 256 = 16.777.216 unterschiedliche Farben dargestellt werden. Diese Darstellung wird auch als True Color bezeichnet. Seit Mitte der 1990er Jahre können Grafikkarten True Color darstellen. Aktuelle Bildbearbeitungssoftware unterstützt auch Farbkanäle mit 16 Bit (0 bis 65535), welches z.B. die verlustfreie Übernahme von Kameradaten und wesentlich größeren Spielraum bei Farbkorrekturen (Verläufe ohne "Abrisse" etc) ermöglicht und zur Minimierung von Rundungsfehlern bei den verschiedenen Filterfunktionen genutzt wird.
Um einen RGB-Wert in einen 8-Bit Graustufen-Wert umzurechnen kann man die Formel "G = (R+G+B)/3" verwenden. Da das menschliche Auge allerdings verschiedene Farben verschieden stark wahrnimmt, Grün am stärksten, wird oft folgende Umrechnung verwendet: "G = 0,299*R + 0,587*G + 0,114*B".
Bei digitalen Bilddaten eignet sich der RGB-Farbraum ausschließlich für die Darstellung am Bildschirm. Bilddaten, die für den professionellen Druck (z. B. Offsetdruck, Siebdruck, Digitaldruck) genutzt werden sollen, müssen in einem subtraktiven Farbmodell reproduziert werden.
Das RGBA Farbmodell ist eine Erweiterung des RGB Modells auf den Kanal Alpha. Diese Komponente bestimmt die Transparenz eines Pixels. Wird ein Bild mit einem neuen Bild überschrieben, fließen die Informationen des Urbildes mit in das neue Bild ein. Die Alphakomponente bestimmt also, wie durchsichtig das entsprechende Pixel ist.
Grenzen
Neben wahrnehmungsphysiologischen Problemen
- Nicht alle Farbeindrücke können im RGB-Farbraum wiedergegeben werden: Einige Farben – insbesondere Spektralfarben – würden negative Koeffizienten benötigen (Äußere Farbmischung). Diese sind aber natürlich nicht möglich: Weniger als kein Licht einer Farbe gibt es nicht)
- die Farbwahrnehmung ist nicht von der absoluten Helligkeit unabhängig
- Farbwahrnehmung ist nicht überall auf der Netzhaut gleich, periphere Bereiche sehen deutlich anders als das zentrale Gesichtsfeld
- Farbwahrnehmung hängt von der Umgebung ab (siehe Weißabgleich und Wahrnehmungstäuschungen)
- genetische Unterschiede beim Farbsehen.
Es gibt noch zwei technische Angaben, die für eine exakte Wiedergabe eines Farbtones erforderlich sind:
- Definition der exakten Farben der Farben Rot, Grün, Blau und Weiß (z. B. im CIE-Farbraum)
- Abhängigkeit zwischen Spannung/Wert einer Farbe und abgegebener Lichtleistung (angenähert durch Gamma bzw. genaue Angabe durch eine Funktion)
Diese beiden Dinge sind z. B. schon in Amerika (FCC, ATSC) und Europa (EBU) unterschiedlich definiert.
Wenn der genaue Farbraum des Aufnahmesystems und des Wiedergabesystems bekannt und konstant ist, kann durch eine Umrechnung des Farbraumes eine dem Original weitgehend angenäherte Darstellung erreicht werden. Probleme bereiten Displays, die z. B. richtungs- oder temperaturabhängige Farbdarstellung aufweisen.
Die Definition einer Farbe durch drei Farbwerte kann die falsche Erwartung wecken, eine Farbe sei dadurch in ihrer Wahrnehmung absolut bestimmt. Tatsächlich ist die Farbwirkung einer numerisch bestimmten RGB-Farbe abhängig vom jeweiligen technischen System, das diese Farbe wiedergibt oder aufnimmt. Die Farbwerte 100% Rot, 50% Grün und 0% Blau ergeben zwar stets ein Orange, dieses Orange kann aber auf verschiedenen Wiedergabegeräten (z. B. CRT und TFT) sehr unterschiedlich aussehen.
Um vorhersagbare Farben in RGB-Systemen zu erhalten, ist der Einsatz von Farbkorrektur nötig. Hierbei finden Farbprofile Verwendung, die das Aussehen der Farben beschreiben und damit für verschiedene Geräte umrechenbar machen. Typische Farbprofile für RGB sind sRGB (standard RGB) und Adobe-RGB für allgemeine Computerperipherie wie Monitore und Digitalkameras und ECI-RGB für den Einsatz im grafischen Gewerbe (z. B. professionelle Bildbearbeitung). Siehe auch European Color Initiative.