Wie entstehen Farben?

Es gibt zwei gängige physikalische Farbmodelle: Licht- und Körperfarben.

Additive Lichtfarben

Lichtquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen nehmen wir als unterschiedliche Farben wahr. Auf diese Weise sehen wir gelbe Sterne oder bunte Pixels auf Bildschirmen. Alle diese Lichtfarben setzen sich aus drei Grundfarben zusammen: Rot (R), Grün (G) und Blau (B). Mischt man all drei Grundfarben in voller Intensität, ergibt sich Weiß. Mischen bedeutet hier Licht anschalten. In diesem Sinne ist dieses Farbsystem additiv.

Subtraktive Körperfarben

Die Farbe von Objekten, die selber kein Licht erzeugen, können wir nur sehen, wenn diese angestrahlt werden. Farbe wird dadurch erzeugt, dass beispielsweise die schwarze Tinte auf einem Blatt andere Wellenlängen (also Farben) absorbiert, als das Blatt, auf dem sie gedruckt wurde. Die Grundfarben dieser subtraktiven Körperfarben sind Cyan (C), Magenta (M) und Gelb (Y). Liegen alle drei Farben übereinander, werden alle Lichtbestandteile verschluckt und es entsteht Schwarz.

Sekundärfarben

Aus zwei Grundfarben ergeben sich Sekundärfarben. Mischt man die RGB-Lichtfarben additiv, ergeben sich die CMY-Körperfarben. Das heißt die Sekundärfarben der Lichtfarben sind gerade die Körperfarben. Genauso gilt das Umkehrte: Die Sekundärfarben der Körperfarben ergeben die Lichtfarben.

Farbmodelle

Um die physikalischen Farbmodelle auf einem Rechner darzustellen, wurden im Laufe der Zeit unterschiedliche Computermodelle entwickelt. Dazu gehören:

• RGB (motiviert durch Lichtfarben)
• CMYK (motiviert durch Körperfarben)
• Lab
• HSB

Während Bildschirme das RGB Modell nutzen, arbeiten Tintenstrahldrucker vorrangig mit dem CMYK Modell. Das heißt aber auch, dass diese beiden Modelle geräteabhängig sind, also von der Wahl des Bildschirms oder des Druckers abhängen. Farbtreue ist schwer zu erreichen.

Aus diesem Grund versuchen die Lab und HSB Modelle Farben geräteunabhängig zu beschreiben. Eine Farbe wird rein mathematisch abstrakt beschrieben und nicht nur als Leuchtkraft eines Monitorpixels oder als Druckfarbengemisch. Trotzdem haben sich die letztgenannten Farbmodelle im Produktionsprozess nicht durchgesetzt. 

Ein Farbraum umfasst alle Farben, die in einem einem Farbsystem vorkommen. Diese mathematischen Räume sind meist dreidimensional.

RGB

Das RGB Modell besteht aus drei Kanälen für die Grundfarben Rot (R), Grün (G) und Blau (B). Wenn man pro Kanal 2⁸ = 256 Farben zulässt, gibt es bei drei Kanälen insgesamt 2⁸ · 2⁸ · 2⁸ = 2²⁴ ≈ 16,7 Millionen mögliche Farben. Das deckt nahezu das für Menschen sichtbare Farbspektrum ab.

Jede der drei RGB-Komponenten kann einen Wert zwischen 0 (Schwarz) und 255 (Weiß) annehmen. Sind die drei Werte für R, G und B gleich, wird neutrales Grau erzeugt. Mischt man ungleiche Anteile, entstehen alle anderen Farben. Niedrige/dunkle Werte in einem Kanal bedeuten, dass dieser Kanal wenig zum Bild beiträgt. 

Bei der Wiedergabe im Web ist der RGB Modus häufig der (einzige) Standard.

CMYK

Die Grundfarben im Farbmodell CMYK sind Cyan, Magenta und Gelb — ganz ähnlich wie im subtraktiven Farbsystem. Darüber hinaus kommt noch Schwarz hinzu. Abgekürzt mit Key für die Tasten-Farbe (key colour) schwarz.

Nur im Idealfall ergeben sich aus CMY alle Farben. In der Praxis kann man durch Mischen dieser drei Farben nicht wirklich ein schönes Schwarz erhalten. Es entsteht nur ein schmuddeliger Braunton. Deswegen wird echtes Schwarz hinzugefügt. Insgesamt gibt es für einen CYMK-Pixel mit 8 Bit Datentiefe also 2⁸ · 2⁸ · 2⁸ · 2= 2³² ≈ 4,3 Milliarden mögliche Farben.

Bei CMYK verhält es sich aufgrund der subtraktiven Struktur anders herum anders herum als bei RGB. Niedrige/dunkle Werte in einem Kanal bedeuten, dass dieser Kanal viel zum Bild beiträgt. Reines Weiß entsteht, wenn alle vier Komponenten keinen Beitrag liefern.

CMYK Farben eignen sich besonders für den professionellen Druck. Der Farbumfang von CMYK ist kleiner als der von RGB.

Lab

Der Lab Modus generiert Farben aus einem Luminanzkanal (einem Helligkeitskanal L) und zwei Farbkanälen (a,b), welche die Buntheit der Farben speichern. Der Farbumfang von Lab ist sehr groß. Er umfasst alle Farben, die CMYK und RGB erzeugen können.

HSB

Das HSB Modell ist ähnlich wie das Lab Modell näher an der menschlichen Wahrnehmung. Es beschreibt Farbe durch die drei Parameter Farbton (Hue), Sättigung (Saturation) und Helligkeit (Brightness). Definiert werden die Farben auf dem Standard-Farbkreis durch Werte zwischen 0 und 360. 

Graustufen

Graustufenbilder bestehen aus nur einem Kanal mit 8 Bit, das heißt 256 Graustufen. Hier entspricht Weiß einem Wert von 0 und Schwarz einem Wert von 255.

Strichbilder 

Strichbilder kommen mit einer noch geringeren Datenmenge für die Bildbeschreibung aus, nämlich mit nur einem Bit pro Pixel. Das heißt ein Pixel kann dann nur weiß oder schwarz sein.