Das RGB-Farbmodell

Das RGB-Farbmodell basiert auf der Theorie, dass alle sichtbaren Farben aus einer Mischung von drei primären Farben – Rot, Grün und Blau – erzeugt werden können. Diese Grundfarben werden auch als additiv bezeichnet: Je größer ihr Anteil aller drei Farben, desto heller wird die Mischung bis hin zum Weiß.

So erzeugen Rot und Grün mit denselben Anteilen Gelb, grünes und blaues Licht in gleichen Anteilen erzeugen Zyan, eine Mischung von rotem und blauem Licht wird Violett.

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).

Die Grundfarben (auch Primärfarben) Rot, Grün und Blau spannen einen maximal großen Farbraum auf, der alle sichtbaren Farben enthält.

RGB-Farbmodell als Würfel
Das RGB-Farbmodell ist ein dreidimensionaler Farbraum, der mit roten, grünen und blauen Stimuli definiert ist und einen Würfel aufspannt.
Bildquelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:RGB_color_cube.svg

Die Natur des RGB-Farbsystems ist additiv – ein größerer Anteil einer Farbe macht das Farbe heller.

RGB-Farbwähler

In Bildbearbeitungsprogrammen und Grafik-Tools werden RGB-Werte meist durch Slider oder Regler oder in Form von drei Ziffern zwischen 0 und 255 eingegeben.

Die Regler oder die Eingabefelder für einen Rot-, Grün- oder Blauwert tragen zum Verständnis des "additiv" bei: Je höher der Wert der drei Grundfarben, desto heller wird die Farbe. Anhand der Regler können wir auch nachvollziehen, dass eine Mischung aus Rot und Grün tatsächlich Gelb wird und eine Mischung zwischen Grün und Blau einen Zyan- oder Türkiston erzeugt.

Wer allerdings nach einem Farbton sucht (z.B. ein helles Orange oder einen Goldton), braucht einen Farbpicker, der die Farbwerte für Rot, Grün und Blau ausliest. Ein Feld mit allen RGB-Farben für die Farbauswahl lässt sich nicht als zweidimensionale Grafik wiedergeben – das RGB-Modell ist ein Würfel. Darum basieren die meisten Felder für die Auswahl einer Farbe auf dem HSL- oder HSV bzw. HSB-Farbmodell und rechnen die gewählte Farbe on the fly in RGB-Werte um.

Das Farbrad als Farbwähler trennt Farbe, Sättigung und Helligkeit

Einige Programme zeigen auch ein Farbrad, auf dem die Farben aufgetragen sind, und darin ein Dreieck, in dem Helligkeit und Sättigung gewählt werden. Auch diese grafische Variante nutzt das HSL- oder HSV-/ HSB-Modell.

Normalisierte RGB-Werte

Die Farben werden häufig in normalisierter Form angegeben. Die Normalisierung sorgt dafür, dass R+G+B=1 ist. Die Werte für Rot, Grün und Blau liegen dann jeweils zwischen 0 und 1.

r=RR+B+G
g=GR+B+G
b=BR+B+G
  • Schwarz ist der Ursprung,
  • Weiß ist die Ecke, an der R=G=B=1 gilt.
  • Grau erstreckt sich von Schwarz nach Weiß entlang einer diagonalen Linie, die den schwarzen und weißen Punkt verbindet.
  • Ein Grauton kann also durch drei gleiche Farbwerte (x,x,x) beschrieben werden;
  • rgb(0.8,0.8,0.8) z.B. ist ein mattes Weiß oder ein helles Grau.

Die normalisierten Werte des RGB-Farbraums werden z.B. für Berechnungen wie Transformationen in einen anderen Farbraum gebraucht.

RGB-Arbeitsfarbräume

Innerhalb des RGB-Farbmodells liegen verschieden große und unterschiedlich positionierte Farbräume, die als Arbeitsfarbraum bezeichnet werden. Die bekanntesten sind sRGB und AdobeRGB. Der Arbeitsfarbraum wird im Bildbearbeitungsprogramm (z.B. Adobe Photoshop) oder Grafikprogramm (Illustrator, Inksape).

Während das RGB-Farbmodell alle theoretisch sichtbaren Farben enthält, enthalten Arbeitsfarbräume nur die Farben, die mit dem jeweiligen Medium bzw. Gerät dargestellt werden können.

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
1387
G+ R+ B+ R- B- G- R:83 G:150 B:60 G: 150 B: 60 R G B R G B R 255 G 255 B 255