Das RGB-Farbmodell

Das RGB-Farbmodell ist ein dreidimensionaler Farbraum, der mit roten, grünen und blauen Stimuli definiert ist. Die Grundfarben Rot, Grün und Blau spannen einen maximal großen Farbraum auf – tatsächlich aber kann das RGB-Modell nicht alle Farben reproduzieren (darauf kommen wir später noch einmal zurück). Beim Computer sind RGB-Farbräume die am häufigsten benutzen Farbräume, da die meisten Geräte das RGB-System direkt unterstützen.

Die Farben des RGB-Farbmodells werden als Tripel (R, G, B) beschreiben, wobei R, G, B = [0, 1]. Den RGB-Farbraum können wir uns als dreidimensionalen Würfel vorstellen, in dem jede Achse eine Primärfarbe darstellt. Die Farben des RGB-Farbraums sind Punkte innerhalb des Würfels und werden entsprechend ihrer Koordinaten angegeben.

Die Primärfarben von RGB sind Rot=(1,0,0), Grün=(0,1,0) und Blau(0,0,1). Die Sekundärfarben von RGB sind Cyan=(0,1,1), Magenta=(1,0,1) und Gelb=(1,1,0).

Der Farbraum des RGB-Modells wird als Würfel dargestellt.

Die Natur des RGB-Farbsystems ist additiv – mehr Farbe macht das Bild heller. Schwarz ist der Ursprung, Weiß ist die Ecke, an der R=G=B=1 gilt. Grau erstreckt sich von Schwarz nach Weiß entlang einer Linie, die die beiden Punkte verbindet. Ein Grauton kann also als (x,x,x) beschrieben werden; rgb(0.8,0.8,0.8) z.B. ist ein mattes Weiß oder ein helles Grau.

Normalisierung

Die Farben werden häufig in normalisierter Form angegeben. Die Normalisierung sorgt dafür, dass R+G+B=1 ist.

r=RR+B+G
g=GR+B+G
b=BR+B+G

Warum das RGB-Modell nicht reicht

Das RGB-Modell ist nicht intuitiv. Wir können eine Farbe nicht aus den Anteilen der Primärfarben Rot, Grün und Blau vorhersagen. Oder kann jemand sagen, welche Farbe rgb(233,240,219) ist? RGB-Werte erscheinen uns ungeordnet bis chaotisch.

Führen wir uns diesen Umstand anhand eines einfachen Vergleichs vor Augen:

hsl(80,40,90) hsl(80,40,70)
Im dunkleren Grün hat sich jeder Farbanteil des RGB-Farbraums geändert: weniger Rot, weniger Grün, weniger Blau.

Der Blauanteil im dunkleren Grün ist nach der Helligkeitskorrektur überproportional kleiner als der Rot- oder Grünanteil.

  • Änderung im dunkleren Rot: 44
  • Änderung im dunkleren Grün: 31
  • Änderung im dunkleren Blau: 71

Trichromatische Farbmodelle wie RGB und CMY sind optimal für die Darstellung auf dem Monitor oder den Druck. Für die Bearbeitung von Bildern sind trichromatische Modelle aber keinesfalls ideal: Die Änderung der Helligkeit einer Farbe führt zu einer nichtproportionalen Änderung der anderen Farbkomponenten.

Vor der Helligkeitskorrektur Vor der Helligkeitskorrektur
Wir können zu einem RGB-Rot ohne Farbrechner kein helleres Rot angeben.
RGB RGB korrigiert HSB HSB korrigiert
204, 51, 0 290, 60, 6 14,96%,86% 45,68%,75%
189, 156, 63 207,176, 53 59,50%,86% 0,93%,85%
189, 10, 13 216, 19, 19 0,93%,85% 2,88%,77%

Trichromatische Modelle wie das RGB-Modell vereinfachen die Darstellung von Bildern auf Geräten wie Monitoren und Druckern, da wir auf eine spektrale Reproduktion verzichten können.

Im RGB-Modell korrelieren die roten, grünen und blauen Komponenten, so dass nicht alle Algorithmen der Bildbearbeitung ohne komplexe Transformationen brauchbare Ergebnisse liefern.

Bildbearbeitungsprogramme wie Photoshop führen darum Helligkeits- und Farbkorrekturen nicht im RGB-Farbraum durch, sondern in einem Lab-Farbraum, und zwar im Lab-Farbraum der CIE von 1976.

Der Lab-Farbraum enthält alle theoretisch möglichen Farben und ist groß genug, um RGB und CMYK zu umfassen, und der Abstand zwischen zwei Farbwerten entspricht dem Unterschied, den wir wahrnehmen.

Graustufenbilder

Jeder Fotograf, der sich in die Schwarzweißfotografie vertieft hat, kennt die Problematik: Ein Schwarzweißbild kann nicht so einfach auf der Basis der Helligkeiten der Farben basieren. So weisen z.B. Rot und Grün nahezu dieselbe Helligkeit auf und in Schwarzweißbildern würden rote Äpfel im grünen Blattwerk untergehen und ein rotes Haus wäre kaum vom grünen Wald dahinter zu trennen.

Die Schwarzweißfotografie hat darum immer die Farben mit Filtern getrennt, der Schwarzweißfilm mit einer Gewichtung der Farbanteile gearbeitet.

Die Ableitung der Graustufen aus einem RGB-Bild könnte zwar als Intensitätskomponente herangezogen werden, das ist aber nicht unbedingt das angebrachte Verfahren. Um ein Bild vom RGB-Farbraum in Graustufen umzurechnen, wird i.A. die folgende Gleichung benutzt:

Graustufenintensität = 0.299R + 0.587G + 0.114B (NTSC-Standard für Luminanz)

Eine andere mögliche Konvertierung ist

Graustufenintensität = 0.333R + 0.333G + 0.333B

Das liefert ein ziemlich fades Graustufenbild, wird aber z.B. bei der Konvertierung von RGB nach HSI benutzt. Da Grün eine große Komponente der Grauscala darstellt, konvertieren einige Algorithmen RGB nach Graustufen allein auf der Grünkomponente.

graustufen-rgb graustufen-rot graustufen-gruen graustufen-blau
Gesamtfarbkanal, der rote, grüne und blaue Kanal des Farbbildes: Die Grünkomponente enthält fast immer die meisten Bildinformationen.
1260 px
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