Farbräume: CIE XYZ und CIELAB
Farbräume
Wie man Farben mit Zahlen beschreibt, warum es dafür zwei verschiedene Systeme gibt, und was unser Auge damit zu tun hat.
Ein Farbraum ist eine Landkarte für Farben
Jede Farbe bekommt eine Adresse aus Zahlen. Der Computer rechnet damit, statt Farben zu „fühlen“.
Der Farbraum legt fest, welche Zahlen welche Farbe bedeuten.
So kann man Farben speichern, vergleichen und weitergeben.
Es gibt mehrere Farbräume. Für jede Aufgabe passt ein anderer.
Ein Farbfächer: tausende Farbtöne, jeder einzelne mit einer eigenen Zahlenadresse. Foto: Viktorya Sergeeva / Pexels
Drei Zahlen reichen, weil unser Auge drei Sensoren hat
In der Netzhaut sitzen drei Sorten von Zapfen. Sie reagieren stark auf Rot, Grün und Blau.
Aus diesen drei Signalen mischt das Gehirn alle Farben, die wir sehen.
Deshalb genügen drei Zahlen, um eine Farbe zu beschreiben.
Für die Farbmessung legte man 1931 einen Normalbeobachter fest: den Durchschnitt aus den Augen vieler Testpersonen.
Beim Farbabgleich 1931 blickten die Testpersonen auf ein Feld von nur 2°. Das ist etwa so groß wie eine 1-Euro-Münze mit ausgestrecktem Arm.
CIE XYZ: das Fundament, auf dem alles rechnet
1931 legte die CIE, die Internationale Beleuchtungskommission, den ersten genormten Farbraum fest.
Drei Zahlen beschreiben jede Farbe: X, Y und Z.
X, Y und Z sind keine echten Lichtfarben, sondern Rechengrößen. Man nennt sie deshalb „imaginär“.
Y ist besonders: Dieser Wert sagt, wie hell eine Farbe ist.
Damit lassen sich alle Farben beschreiben, die ein Mensch sehen kann.
Drei Zahlen genügen: Das Zahlenbeispiel beschreibt ein Smaragdgrün. Die Fläche links ist nur eine Näherung auf dem Bildschirm.
Alle sichtbaren Farben in einer Form: dem Hufeisen
Schematische Darstellung der CIE-Normfarbtafel (xy-Diagramm des CIE-Normalbeobachters von 1931) mit ausgewählten Wellenlängen.
Außen läuft der Spektralfarbenzug: die reinsten Farben, also der Regenbogen.
Unten schließt die Purpurlinie die Fläche. Purpur kommt im Regenbogen nicht vor.
In der Mitte liegt Weiß. Je weiter außen ein Punkt sitzt, desto kräftiger ist die Farbe.
Jeder Punkt ist eine Farbadresse. Zwei Zahlen, x und y, reichen dafür aus.
Weil die Form an einen Schuh erinnert, heißt sie auch Hufeisen oder Schuhsohle.
CIELAB misst Farben so, wie unser Auge sie unterscheidet
1942 fand MacAdam heraus: Im xy-Diagramm sind die Bereiche, in denen wir zwei Farben noch für gleich halten, ganz unterschiedlich groß und schief.
1976 entwickelte die CIE deshalb CIELAB, kurz L*a*b*.
CIELAB wird aus CIE XYZ berechnet, ist aber absichtlich verzerrt.
Ziel: gleiche Abstände im Raum bedeuten gleich große Unterschiede für unser Auge.
Deshalb lässt sich ein Farbunterschied mit CIELAB in Zahlen angeben: der Farbabstand ΔE.
Schematisch: Die eingezeichneten Bereiche stehen für Farben, die das Auge noch nicht unterscheiden kann. Links sind sie unregelmäßig (MacAdam-Ellipsen), rechts macht CIELAB daraus gleich große Kreise.
Drei Achsen: hell, grün bis rot, blau bis gelb
L* ist die Helligkeit: 0 bedeutet Schwarz, 100 bedeutet Weiß.
a* läuft von Grün zu Rot. Minuswerte sind grün, Pluswerte sind rot.
b* läuft von Blau zu Gelb. Minuswerte sind blau, Pluswerte sind gelb.
In der Mitte liegt die neutrale Zone: a* = 0 und b* = 0 ist ein Grau.
Dahinter steckt die Idee der Gegenfarben: Ein grünliches Rot oder ein blaues Gelb können wir uns nicht vorstellen.
Zusammen ergeben die drei Werte eine Farbadresse wie „Lab 60 −20 30“. Die Skalen sind hier als Farbverläufe gezeigt, damit man die Richtungen direkt sieht.
Zwei Modelle, weil sie zwei verschiedene Aufgaben haben
| CIE XYZ | CIELAB | |
|---|---|---|
| Seit | 1931 | 1976 |
| Die drei Zahlen | X, Y, Z | L*, a*, b* |
| Wofür gedacht | Farborte exakt berechnen | Farbunterschiede bewerten |
| Abstände | passen nicht zum Auge | passen zum Auge |
| Typisch benutzt für | das xy-Diagramm, die Umrechnung zwischen Farbräumen | Farbmessgeräte, Bildbearbeitung, Druck, Qualitätskontrolle |
Der Landkarten-Vergleich: Die erste Karte zeigt dir genau, wo eine Stadt liegt, aber ein Zentimeter darauf ist nicht überall gleich lang. Die zweite Karte ist so gezeichnet, dass ein Zentimeter überall fast dieselbe Strecke bedeutet. Genau so unterscheiden sich CIE XYZ und CIELAB.
Wo dir diese Farbräume im Alltag begegnen
Druckerei und Verpackung
Ein Messgerät zeigt die Werte als L*a*b* an und prüft, ob der Farbton der Vorlage entspricht. Den Unterschied gibt es als Zahl: ΔE.
Monitor, Handy und Foto
Bildschirme werden kalibriert, damit ein Foto überall gleich aussieht. Lab dient dabei als gemeinsame Sprache der Geräte.
Auto, Lack und Stoff
Ein nachlackierter Kotflügel oder Stoff aus einer neuen Lieferung soll genau denselben Ton treffen wie der Rest.
Bildbearbeitung am Computer
Programme wie Photoshop rechnen im Hintergrund mit Lab, damit Farbkorrekturen das Bild nicht zerstören.
In der Druckerei entscheidet die gemessene Zahl, ob ein Farbton durchgeht. Foto: Antoni Shkraba / Pexels
Was du dir merken solltest
Unser Auge hat drei Farbsensoren. Deshalb reichen drei Zahlen für jede Farbe.
CIE XYZ (1931) ist die Rechenbasis: X, Y und Z beschreiben jeden sichtbaren Farbort.
Im xy-Diagramm werden alle Farben zum Hufeisen: außen der Regenbogen, innen Weiß.
CIELAB (1976) rechnet das um: gleiche Abstände im Raum, gleiche Unterschiede im Auge.
Im Alltag steckt das in Messgeräten, Druck und Monitoren. Der Farbabstand heißt ΔE.
CIE XYZ rechnet genau. CIELAB rechnet so, wie wir sehen.