Der Weg zum Lab-Farbraum: Versuchsaufbau der CIE

Der Spektralfarbzug Auch Hufeisen oder Schuhsohle oder Zunge wegen seiner Form genannt

Die CIE (International Commission on Illumination oder Commision Internationale de l'Eclairage) definierte 1931 drei Primärfarben X, Y und Z, um Rot, Grün und Blau als Primärfarben zu ersetzen, weil nicht alle sichtbaren Farben durch positive Anteile von Rot, Grün und Blau dargestellt werden können. Mit anderen Worten: Der RGB-Farbraum kann nicht alle sichtbaren Farben erklären.

Mit X, Y und Z können alle sichtbaren Farben durch positive Werte von drei Primärfarben angegeben werden. Das Y wurde so gewählt, dass es die Helligkeitskomponente einer Farbe darstellt.

Um eine Standardbeschreibung für Farben zu entwickeln, setzt die CIE einen Standard-Beobachter ein. Der „Beobachter“ (Proband, Versuchsperson) sieht eine Farbe einer bestimmten Wellenlänge (z.B. einen Gelbton) und kann die unbekannte Farbe V durch drei Regler für die Primärfarben Rot, Grün und Blau reproduzieren.

Der Versuchsaufbau ermittelt also, welche Anteile von Rot, Grün oder Blau z.B. im Licht der Wellenlänge 460 nm gesehen werden.

lab-versuchsaufbau
Und so können wir uns den Versuchsaufbau der CIE vorstellen: Durch ein etwa Euro-großes Loch sieht der Beobachter eine Farbe. Mit den drei Reglern für Rot, Grün und Blau mischt er die vorgeführte Farbe. Hier wird der Beobachter Rot und Grün mischen, um das Gelb der Farbprobe zu erzielen.

Das ursprüngliche vom CIE entwickelte Normvalenzsystem (CIE 1931) verwendete Messwerte, die bei einem Sichtfeld (FOV Field Of View) von 2° gesehen wurde. Das entspricht etwa dem Blick auf eine Euromünze in einem Betrachtungsabstand von 30 cm und zufälligerweise auch dem typischen Betrachtungsabstand zum Monitor des Computers – die gesamte Computergrafik beruht nahezu vollkommen auf dem 2°-Beobachter. Bei diesem Sichtfeld ist die menschliche Farbwahrnehmung besonders gut ausgeprägt.

Kein spektrales Cyan

Wir erinnern uns: Keine der trichromatischen Theorien kann ohne Weiteres alle Farben erklären. In der realen Welt und mit realen Lichtquellen (beim ursprünglichen Versuchsaufbau standen noch nicht einmal Laser zur Verfügung) erzeugt die Mischung aus den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau des RGB-Farbraums sehr viele, aber letztendlich doch nicht alle Farben. So erreicht z.B. keine Mischung aus Rot, Grün und Blau ein spektrales Cyan. Rein rechnerisch können aber tatsächlich alle Farben gemischt werden.

Darum leitete die CIE drei imaginäre Farben – X, Y und Z (die »Normvalenzen«) – ab, die zusammen alle wahrnehmbaren Farben reproduzieren können.

Von der eigentlichen Mischung zur Uneigentlichen

Theoretisch können aus drei Farben dann aber doch wieder alle Farben gemischt werden, wenn das Farbmuster zusätzlich mit einer der drei Lichtquellen angestrahlt würde. Dann klappt's doch noch mit der Farbprobe, die sich aus drei Lichtquellen nicht reproduzieren lässt. Der Lab XYZ-Farbraum ist also eine mathematische Ableitung aus den Tests, die mit »echten« Versuchspersonen durchgeführt wurden.

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Der geänderte (virtuelle) Versuchsaufbau fügt dem unbekannten Farbmuster Licht einer Farbe hinzu – das erzielt eine Wirkung wie die Subtraktion einer Farbe von der Farbe des Musters. Hier würde also Rot hinzugefügt, um aus der Mischung von Blau und Grün ein spektrales Cyan zu erzielen.

Vom Licht zum Beobachter

Die CIE (Commission Internationale de l'Èclairage oder Internationale Beleuchtungskommission, gegründet 1920 in Wien) entwickelt seit 1931 Farbräume. Zwei dieser Farbräume sind CIExyz und CIE L*a*b*, der 1976 hinzukam. Diese Farbräume beschreiben den gesamten Bereich der Farben, die das menschliche Auge wahrnehmen kann.

Als Primärvalenzen hat die CIE reelle monochromatische Farben (monochromatische Strahlung mit einer Wellenlänge) festgelegt:

CIE-Farbe Wellenlänge (nm)
Spektral-Rot 700.0
Spektral-Grün 546.1
Spektral-Blau 435.8

Der Lab-Farbraum der CIE basiert also auf dem menschlichen Farbsehen und bildet das Normsystem, auf das sich alle geräteabhängigen Farbräume beziehen können.

Während die RGB- oder CMYK-Werte von Gerät zu Gerät unterschiedlich ausfallen, bleibt die menschliche Farbempfindung bei allen Geräten gleich: Das Spektrum des sichtbaren Lichts ist geräteunabhängig.

0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 x y
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