Rastergrafiken speichern für jeden Bildpunkt die Farbe. Wie geht das?

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Farbkanäle

Für die digitale Verarbeitung müssen Farben in Zahlen umgewandelt werden. Das geschieht, indem die Farben in verschiedene Komponenten, sogenannte Farbkanäle aufgeteilt werden. Pro Pixel kann so die Intensität je Farbkanal als Zahl bestimmt werden.

Die zwei wichtigsten Ansätze, wie diese Aufteilung in verschiedene Kanäle erfolgt, werden unten vorgestellt.

RGB-Farbmodell

Das RGB-Farbmodell basiert auf der Funktionsweise des menschlichen Auges. Dieses nimmt Farben mithilfe von drei Arten von sogenannten Zapfen (Photorezeptoren) wahr, die für Licht unterschiedlicher Wellenlängen empfindlich sind: L-Zapfen für den langwelligen Rotbereich (long wavelength), M-Zapfen für den mittleren Grünbereich (medium wavelength) und S-Zapfen für den kurzwelligen Blaubereich (short wavelength). Die Farbwahrnehmung entsteht aus der kombinierten Aktivität dieser Zapfen.

Diese Eigenschaft des Auges wird bei der additiven Farbdarstellung ausgenutzt, indem sich überlagernde Lichtquellen in den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau verwendet werden. Durch die Regulierung der Helligkeit der einzelnen Lichtquellen können sämtliche Farben erzeugt werden.

Dieses Farbmodell kommt überall dort zum Einsatz, wo Licht verwendet wird, um ein Bild zu erzeugen, insbesondere bei Bildschirmen und Videoprojektoren («Beamer»). Die Farben auf einem Bildschirm werden erzeugt, indem drei nahe beieinanderliegende Leuchtdioden in den Farben Rot, Grün und Blau in unterschiedlicher Helligkeit leuchten. Ein solches Trio von Leuchtdioden wird Pixel genannt.

Umgekehrt kann man bei einem Bild die Rot-, Grün- und Blauanteile jedes Bildpunkts bestimmen. Man sagt, dass man das Bild in Rot-, Grün- und Blaukanal aufteilt:

Aufteilung in Rot-, Grün- und Blaukanal

Im entsprechenden RGB-Farbsystem wird eine Farbe definiert, indem die Helligkeit der Rot-, Grün- und Blauanteils durch eine Zahl zwischen 0 und 255 ausgedrückt wird.

Um eine Farbe binär darzustellen, werden die binären Darstellungen der Zahlen für Rot, Grün und Blau nacheinander aufgeschrieben. So hat beispielsweise die Farbe mit den RGB-Werten 255, 220, 150 und die binäre Darstellung 11111111 11011100 10010110.

RGB-Farben mischen

Erstelle eine eigene Farbe, indem du die Rot-, Grün- und Blauwerte anpasst. Du kannst dir die Regler wie Intensitäten von einer Farbigen Lampe in einem dunklen Raum vorstellen.

R: 255

G: 255

B: 255

Schreibweisen:
html: #ffffff, rgb(255, 255, 255)
python: (255, 255, 255)

RGBA-Farbmodell

Für das RGBA-Farbmodell wird das RBG-Farbmodell um einen Kanal erweitert. Dieser heisst Alphakanal und drückt aus, wie stark die Deckkraft der Farbe ist. Ein Wert von 0 bedeutet gar keine Deckkraft und somit volle Transparenz ein maximaler Wert bedeutet maximale Deckkraft und somit keine Transparenz.

RGBA-Farben mischen

Erstelle eine eigene Farbe, indem du die Rot-, Grün- und Blauwerte anpasst. Mit dem Alpha-Wert kannst du die Transparenz der Farbe einstellen. Je nachdem ist der Hintergrund durch die Farbe sichtbar oder nicht.

R: 255

G: 255

B: 255

A: 1.0

Schreibweisen:
html: rgba(255, 255, 255, 1)

CMYK-Farbmodell

Das CMYK-Farbmodell basiert auf der Weise, wie Gegenstände farbig erscheinen. Ein Gegenstand wird üblicherweise mit weissem Licht, also Licht verschiedener Wellenlängen (Rot, Grün und Blau) angestrahlt. Beispielsweise erscheint ein gelber Gegenstand deshalb in dieser Farbe, weil er blaues Licht absorbiert und rotes und grünes Licht reflektiert.

subtraktives Farbmodell

Bei der subtraktiven Farbdarstellung werden auf weissem Material die drei Grundfarben Cyan, Magenta (Fuchsia) und Yellow (Gelb) verwendet, welche rotes, grünes bzw. blaues Licht absorbieren. Damit man nicht allzuviel Farbe verbraucht, um Schwarz zu erhalten, wird zusätzlich schwarze Farbe (Key-Kanal) verwendet, welche alles Licht absorbiert.

Aufteilung in Cyan-, Magenta-, Yellow- und Key-Kanal

Dieses Farbmodell kommt beim Drucken zum Einsatz.

CMYK-Farben mischen

Erstelle eine eigene Farbe, indem du die Cyan-, Magenta-, Gelb- und Schwarzwerte anpasst. Die Farben mischen sich wie bei einem Farbdrucker auf weissem Papier.

C: 100 %

M: 100 %

Y: 100 %

K: 0 %

Schreibweisen:
html: cmyk(100%, 100%, 100%, 0%)

Umrechnung CMYK – RGB ⭐

Für die Umrechnung einer CMYK-Farbangabe nach RGB wird folgender Formelsatz verwendet:

$$\begin{array}{rl}r& =(1-c)\cdot (1-k)\\ g& =(1-m)\cdot (1-k)\\ b& =(1-y)\cdot (1-k)\end{array}$$

Dabei wird vorausgesetzt, dass sämtliche Werte im Bereich 0 bis 1 liegen. Wenn beispielsweise die CMYK-Werte in Prozent angegeben werden und die RGB-Werte mit einem Byte codiert werden, ergeben sich folgende Formeln:

$$\begin{array}{rl}r& =255\cdot (1-c\cdot 0.01)\cdot (1-k\cdot 0.01)\\ g& =255\cdot (1-m\cdot 0.01)\cdot (1-k\cdot 0.01)\\ b& =255\cdot (1-y\cdot 0.01)\cdot (1-k\cdot 0.01)\end{array}$$

Farbtiefe

Die Anzahl Bits oder Bytes, welche insgesamt für die Speicherung einer Farbe verwendet werden, wird Farbtiefe genannt. Damit wird festgelegt, wie viele unterschiedliche Abstufungen pro Farbkanal dargestellt werden können. Beim RGB-Farbmodell wird üblicherweise eine Farbtiefe von 3 Byte oder 24 Bit verwendet. Dies ergibt pro Farbkanal acht Bit, also ein Byte. Somit können 256×256×256 = 16.7 Millionen unterschiedliche Farben dargestellt werden.

Farbmodell	Farbtiefe	Pixel → Bytes
RGB (True Colour)	3 Byte	×3
CMYK	4 Byte	×4
Graustufen	1 Byte	×1
Schwarzweiss	1 Bit	÷8