Auch umgekehrt werden wir vom Farbsehen beeinflußt:

2.3.) Helligkeitseindruck

Mit abnehmender Wellenlänge nimmt die Energie einer Welle zu. Die Gesamtzahl aller Lichtwellen in einem Lichtstrahl, also seine Gesamtenergie, bestimmt den Helligkeitseindruck einer Farbe.

Durch unterschiedlich hohe Anteile von Photopigmenten in den Zapfen werden die Intensitäten der Frequenzen jedoch unterschiedlich gut wahrgenommen. Durch Experimente wurden für den Helligkeitseindruck folgende Durchschnittswerte ermittelt.

Reizung des Auges:

Aus diesem Grund wird Blau gerne als Hintergrundfarbe verwendet (Fernsehen).

2.4.) Farbigkeit

Das Verhältnis der verschiedenen Lichtwellen zueinander, besonders die dominanten Frequenzen, bestimmen die Farbigkeit des Lichtstrahls. Werden alle drei Zapfenpopulationen gleichmäßig erregt empfinden wir das Licht als farblos. Sonnenlicht wird so wahrgenommen. Bei Kunstlicht können bestimmte, meist langwelligere Farben überrepräsentiert sein. Das führt zu dem bekannten Gelbstich, der auf Fotofilm zum Leidwesen der Fotofreunde gut zu sehen ist. Während der fotochemische Film auf Tageslicht eingestellt ist und seine Charakteristik nicht ändern kann, nimmt unser Sehsinn durch die Umstimmung diese Frequenzanpassung vor. Das selbe passiert beim Weißabgleich bei der Videographie.

Unterschiedliche Farbigkeit:

Unterschiedliche Helligkeit:

Unterschiedliche Sättigung:

Ganz verschiedene Spektren können den gleichen Farbeindruck vermitteln. Da die Zapfen die Energie über einen ganzen Bereich des Spektrums sammeln, kann ein breites energiearmes Spektrum den Zapfen auf gleiche Art reizen, wie ein schmales Spektrum mit viel Strahlungsenergie.

Die meisten Menschen können 128 unterschiedliche Farbtöne mit jeweils 30 Sättigungswerten und 50 Helligkeitsstufen unterscheiden (192000 Farben).

3) Farbmodelle

Die ausgesprochene Subjektivität unserer Frabwahrnehmung erschwert das Beschreiben oder Normieren von Farben sehr. Wir wissen nicht wie unsere Mitmenschen im Vergleich zu uns eine Farbe wahrnehmen. Je nach Situation, Stimmungslage und Kontext ist der Farbeindruck ein anderer.
In der Computergrafik sind jedoch verläßliche und eindeutige Beschreibungssysteme für Farben notwendig um die Farbwidergabe im Druck und auf Monitoren verschiedener Hersteller oder bei der Verarbeitung in Softwaresystemen nicht der Beliebigkeit preiszugeben.

Zwei Grundtypen von Farbmodellen werden dafür verwendet.
Relative Modelle beschrieben die Farbe in Relation zu verschiedenen Farbachsen definierter Grundfarben (RGB, CMYK), absolute Modelle versuchen dagegen Farben durch drei absolute Koordinaten in einem Farbsystem anzugeben (CIE-L*a*b, HSI).

3.1.) relative Modelle

RGB-Modell

Aus den drei Komponenten Rot, Grün und Blau lassen sich fast alle spektralen Farben mischen. Das Modell eignet sich für alle Geräte die Licht aussenden. Stellt man sich drei Strahler in den jeweiligen Farben vor und richtet sie alle auf einen Punkt, so erscheint der Lichtpunkt weiß. Dies nennt man additive Farbmischung, alle Farben zu gleichen Teilen ergeben Weiß .

Auch wenn dieses Modell in der Praxis häufig eingesetzt wird, bringt es doch einige Probleme mit sich:

• Ein großes Problem bei der RGB-Beschreibung ist, daß eine Farbänderung auch immer gleichzeitig eine Sättigungs- und Helligkeitsänderung bewirkt. Möchte man zum Beispiel einen Farbstich in einem Bild korrigieren, so möchte man Sättigung und Helligkeit des Bildes unangetastet lassen, die Farbe dagegen ändern. Steht nur das RGB-Tripplet zur Verfügung bereitet das erhebliche Probleme.
  
  
• Das RGB-Modell ist ein relatives Modell. Es beschreibt die Farben immer in Abhängigkeit von drei Mischfarben die ihrerseits von Gerät zu Gerät sehr unterschiedlich ausfallen können. Jede Farbe auf einem Monitor ist abhängig von den Phosphoren des Bildschirms. 100% Rot bedeutet nicht ein maximales Rot, sondern das Maximum des entsprechenden Gerätes.
  
  
• Nicht alle Farben sind im RGB-System mischbar. Bestimmte blaugrün und gelbgrün Bereiche der Spektralfarben (zwischen 450 und 550 nm) können durch additive Farbmischung nur erzeugt werden, wenn ein negativer Rotanteil hinzugemischt wird. Diese mathematische Überlegung ist jedoch bei existierenden Strahlern schlechterdings nicht möglich. Das ist keine technische Unzulänglichkeit, sondern es ist prinzipiell nicht möglich das eine Lichtquelle negatives rotes Licht emittiert.
  

CMYK-Modell

Der CMYK-Farbmodell, daß besonders für den Druck verwendet wird, definiert ebenso wie das RGB-Modell jede Farbe durch Mischung aus drei Grundfarben: Cyan, Magenta und Yellow. Je mehr dieser Farben übereinander gedruckt werden, desto dunkler wir die Farbe. Hier besteht also eine subtraktive Frabmischung. Je größer die Anteile für C, M und Y werden, desto dunkler wird die Farbe.

Das K steht für Key und bezeichnet die schwarze Farbe, die zur Kontrasterhöhung mitgedruckt wird. Hier ein Bild ohne und ein Bild mit zusätzlichem Schwarzanteil.

Mit diesem Modell können Farben gemischt werden, die durch eine additive Farbmischung nicht erzeugbar sind. Dadurch, das Gegenstände in der Lage sind bestimmte Farbanteile zu absorbieren, können Farben entstehen die im RGB-Spektrum nicht vorkommen, sogenannte Körperfarben. Reines Cyan entsteht, wenn Grün und Blau von einem Körper reflektiert und Rot absorbiert wird. Die Absorption entspricht dem negativen Farbanteil, der im RGB-Modell nicht möglich war.

3.2.) absolute Modelle

Um zu einer geräteunabhängigen und praktikablen Beschreibung von Farbe zu gelangen trennen die absoluten Farbmodelle die Eigenschaft der Farbigkeit von der Helligkeit. Prototyp dieser Farbsysteme ist das HSI-Modell.

HSI

HSI steht für Hue (Farbton), Saturation (Sättigung) und Intensity (Helligkeit). Statt eines Mischverhältnisses werden hier auf einem Farbkreis die Farben des Spektrums angeordnet und in Gradschritten bezeichnet. Die Sättigung der Farbe ergibt sich aus der Entfernung zum Mittelpunkt in einem Einheitskreis zwischen 0 und 1, oder 0 und 100%. Die dritte Achse, durch die man sich das Modell als Zylinder vorstellen kann, zeigt den Helligkeitswert an.

L*a*b-Modell

Das L*a*b-Modell wurde bereits 1931 durch die Commission Internationale d'Éclairage weltweit mit der Einführung des Standardbeobachters mit Normalempfindlichkeit standardisiert und 1976 erneut verbessert. Diese Farbbeschreibung umfaßt alle vom menschlichen Auge sichtbaren Farben. Daher sind alle anderen Farbmodelle in diesem Farbraum enthalten.

Probleme entstehen besonders dann, wenn von einem Farbraum, zum Beispiel einer RGB-Darstellung am Monitor in eine CMYK-Darstellung der Farbe für den Druck umgerechnet werden muß. Professionelle Bildbearbeitungsprogramme zeigen die im Bild enthaltenen Farben an, die zwar im RGB-Farbraum angezeigt werden können, jedoch nicht druckbar sind (CMYK-Farbraum).

Wie wird Farbe gemessen? Ähnlich dem Verfahren in Scannern messen Colorimeter mit Hilfe von Normlicht und drei Farbfiltern, die den Zapfen im Auge entsprechen, die Farbe. Die genauere aber auch teurere Variante ist das Spektralverfahren. Das ganze Spektrum wird dabei durch Prismen zerlegt (Auflösung über das Spektrum ca. 5 nm) und die Meßwerte .

In der Praxis bestehen eine Reihe weiterer Farbsysteme, die aus normierten Farben bestehen. Das Pantone- oder HKS-Farbsystem sind große Farbtabellen für die es sowohl Module in Bildbearbeitungsprogrammen als auch Mischanweisungen für die Druckindustrie gibt.

4) Probleme mit der Farbechtheit

Aufgrund der gerätespezifisch unterschiedlichen Darstellung von Farben kann das Ergebnis beim Druck erheblich von der gescannten Vorlage oder dem Bild auf dem Monitor abweichen. Daher sollte man jedes Gerät auf seine Farbechtheit hin eichen. Diesen Vorgang nennt man Kalibrieren.

Um dieses Problem zu bewältigen wurde von der "European Color Initiative" (ECI) ein Farbmanagement System entwickelt. Dieses beschreibt mittels der CMM (Color Matching Method) zunächst einmal die Umrechnungsmethoden zwischen den gerätespezifischen RGB oder CMYK-Werten und dem CIE-L*a*b Farbraum und ist mittlerweile Bestandteil der wichtigsten Betriebssysteme (ColorSync bei Apple, ICM bei Windows 95).

Neben den Umrechnungsmethoden werden durch die ICC (International Color Consortium) die Geräteprofile festgelegt. Sie beschreiben das Farbverhalten des Gerätes bezogen auf den Lab-Farbraum. Die Farbprofile werden im Internet veröffentlicht.

Zusätzlich gibt es Software, sogenannte Profilierer die es erlauben individuelle Profile zu erstellen.

5) Literatur

• Abmayr, Wolfgang: "Einführung in die digitale Bildverarbeitung" [B.G. Teubner] Stuttgart, 1994
• Encarnação, J.; W. Starßer; R. Klein: "Graphische Datenverarbeitung" 4. Aufl. [Oldenbourg] München, 1996
• Kraus, Helmut: “Scannen. Mit Desktop-Scannern zum perfekten Bild” [Addison-Wesley] Bonn, 1996
• Jähne, Bernd: “Digitale Bildverarbeitung” [Springer] Berlin, 1991
• Schlicht, Hans-Jürgen: "Bildverarbeitung digital" 2.Aufl. [Addison-Wesley] Bonn, 1995
• Stefan Zingg: “Praxis digitale Bildverarbeitung Schwarzweiß- Techniken” [Thomson] Bonn, 1996
• Jan-Peter Homann: "Digitales Color-Management" [Springer] Berlin, 1998 Michael Bach: "Räumlich durchs Auge. Wie kommt die greifbare Welt in den Kopf?" in: C´t [Heise] 1999 Heft 7 S.158-162.