Weiß, Abgleich und Farben

Wenn Du in RAW fotografierst, ist das mit dem Weißabgleich nicht so wichtig. Du löst das mit den Farben später im RAW-Konverter. Wenn Du JPEG fotografierst, dann musst Du das mit den Farben schon vor dem Auslösen berücksichtigen (überlege Dir das mit JPEG nochmal, RAW hat viele Vorteile).

Farbstich in Fotos

Hast Du schon mal Fotos gemacht, die einen seltsamen Farbstich aufweisen?

Ein Pärchen links im Baumschatten hat einen grünen Farbstich. Das kommt von den grünen Baumblättern. „Weißabgleich falsch“, wird Dir dann eine Fotografenfreundin als Tipp fürs nächste Mal mitgeben.

Weißabgleich praktisch

Am besten funktioniert der Weißabgleich, wenn man sich eine weiße Karte in das Motiv hält oder halten lässt. Dann einen „individuellen Weißabgleich“ machen und die Messung fürs Foto übernehmen. Wenn man die Farbtemperatur der Lichtquelle weiß, dann kann man sie auch direkt im Fotoapparat einstellen – bei künstlicher Beleuchtung ist das manchmal der Fall.

Und mit einer Olympus Kamera?

Mit der „Ok“-Taste in das SCP gehen und dort Weißabgleich anklicken. „WB erfassen“ (WB steht für White Balance, Weißabgleich) auswählen und nach Drücken der „Info“-Taste Anleitung folgen. Ist ca. so simpel wie das Bild oben vermittelt.

Automatischer Weißabgleich in der Kamera, wie geht das?

Beim automatischen Weißabgleich (AWB) sucht sich die Kamera zunächst die hellste Stelle. Die Kamera nimmt an, dass diese Stelle weiß ist, und regelt einen Farbstich raus.

Wie wir noch lesen werden, hat die Kamera drei Teilbilder, die jeweils hinter roten, grünen und blauen Filtern entstehen. Diese werden bei, automatischen Weißabgleich so abgemischt, dass die aus einigen Pixeln bestehende „hellste Stelle“ eine neutrale weiße Farbe hat.

Wenn Du dem automatischen Weißabgleich Deiner Kamera schon einmal zugesehen hast, z.B. im Display, dann wirst Du festgestellt haben, dass es eine kurze Zeit dauert, bis der Abgleich durchgeführt ist.

Da ich in RAW fotografiere, lasse ich meine Einstellung immer auf automatischem Weißabgleich. Bei RAW kommt die Farbe ohnehin erst im RAW-Konverter dazu.

Wenn Du JPEG fotografierst, werden die drei Teilbilder für rot, grün und blau noch in der Kamera abgemischt. Ein kleines JPEG-Bild wird auch in der RAW-Datei mitgespeichert, als eine Art Vorschaubild.

Farbtemperatur in Kelvin

In der Bedienungsanleitung zu Weißabgleich findest Du Hinweise wie „Außenaufnahmen bei Sonnenlicht“ 5300 K (Abkürzung für Kelvin, eine Temperatureinheit) und „Tageslichtaufnahmen von Motiven im Schatten“ 7500 K und Du liest auch noch „Farbtemperatur“. Was soll die Temperatur einer Farbe eigentlich sein? Dass schwarze Autos in der Sonne heißer werden als weiße, ist hier wahrscheinlich nicht gemeint, oder doch?

Kelvin ist eine Temperaturskala mit gleicher Schrittweite wie die Celsius-Skala, aber mit anderem Nullpunkt. Wie jede physikalische Einheit, die sich vom Namen einer Person ableitet, wird sie mit einem Großbuchstaben abgekürzt, einem K.

Temperatur eines „glühenden Ofens“ als Farbskala

Hast Du schon einmal einem Hufschmied bei der Arbeit zugesehen? Bei einem der Arbeitsschritte wird ein Hufeisen erhitzt. Bei etwa 700°C beginnt das Hufeisen dunkelrot zu glühen, bei 800°C glüht es hellrot, bei 1100°C gelb. Die Hufeisentemperatur für dunkelrot ist also 700°C („Das Dunkelrot, wie die Farbe, die ein Hufeisen bei 700°C hat“), die bei gelb 1100°C („Das Gelb, wie die Farbe, die ein Hufeisen bei 1100°C hat“). So ungefähr funktioniert das.

Bei der „Farbtemperatur“ wird aber nicht ein Hufeisen als Bezugsmaßstab hergenommen, sondern ein „idealer Schwarzer Strahler“ (den es so in der Praxis gar nicht gibt, und den ein gewisser Hr. Planck ganz gut verstanden hat, aber das lassen wir weg). Stelle Dir einen schwarzen Ofen vor, der sehr heiß werden kann und der ein kleines Loch hat, wo Du reinschauen kannst. Je nach Temperatur glüht er in verschiedenen Farben. Diese Farben werden nach der jeweiligen Temperatur benannt. Aber nicht in Celsius, sondern in Kelvin. Deshalb heißt es Farbtemperatur.

Wie sieht ein Fotoapparat Farben und wie sieht ein Mensch Farben?

Der Sensor eines Fotoapparats ist prinzipiell farbenblind, er misst nur die Menge des Lichts, die auf ihm aufprallt. Durch den inneren photoelektrischen Effekt entsteht in einem Halbleiter (dem Sensor) eine messbare elektrische Spannung.

Damit der Fotoapparat trotzdem mehr „Farben“ erkennen kann als weiß, grau in allen Schattierungen und schwarz, schaltet man dem Sensor ein Muster aus Farbfiltern vor. Diese Filter sind rot, grün und blau (abgekürzt RGB, hast Du vielleicht schon einmal gehört).

Die elektrische Spannung, die so ein Pixel hinter einem Farbfilterplättchen misst, kann eine bestimmte Anzahl an Werten zwischen 0 (keine Spannung) und 1 (höchste messbare Spannung) annehmen. Die Anzahl der Schritte von 0 (keine Spannung, „schwarz“) bis 1 (höchste Spannung, „weiß“) wird oft in bit angegeben. JPEG hat immer 8 bit, die Olympus EM1.3 hat in RAW 12 bit „Farbtiefe“.

Ein bit kann immer die Werte 0 oder 1 einnehmen. Hätte die Kamera nur 1 bit Farbtiefe, dann gebe es nur zwei Werte, nämlich 0 oder 1. Bei 2 bit wären das doppelt so viele Zustände, also 4. Bei 3 bit wären es 8 Zustände usw. 12 bit ist also das 16-fache an Zuständen von 8 bit.

Die Kamera hat dann in JPEG 8 bit Farbtiefe pro Kanal, also 24 bit Farbtiefe bei 3 Kanälen oder in RAW z.B. 12 bit Farbtiefe pro Kanal, also 36 bit. Du siehst daran, dass ein JPEG nur einen Teil der Information enthält, die der Sensor eigentlich misst, seine Rohdaten (RAW, daher der Name) sind wesentlich umfangreicher.

…und wie sieht im Vergleich dazu der Mensch Farben?

Eigentlich genau so. Oder umgekehrt. Der Fotoapparat arbeitet eigentlich sehr ähnlich dem menschlichen Auge. Die Farbplättchen des Bayer-Filters entsprechen den 3 unterschiedlichen Zäpfchen, die wir Menschen auf der Netzhaut an der Hinterwand des Auges haben. Diese drei Arten von Zäpfchen registrieren unterschiedlichen Wellenlängenbereiche.

Die Wellenlängenbereiche der 3 Zäpfchentypen überlappen einander

Im Gehirn wird dann das Bild zusammengesetzt. Die Weißabgleichkorrektur des Hirns kriegen wir gar nicht mit. Daher kann es schon passieren, dass wir (siehe ganz oben) Fotos mit einem Grünstich produzieren.

Enthält der Regenbogen alle Farben, die wir Menschen sehen können?

Nein, auch im Regenbogen sind nicht alle Farben enthalten, die wir Menschen sehen können. Braun ist ein Beispiel für eine Farbe, die nicht im Regenbogen enthalten ist.

Durch Mischen der Farben des Regenbogens können wir jeden Farbton, den wir Menschen sehen können, erzeugen.

Was ist das eigentlich, was wir da sehen?

Wie Du wahrscheinlich weißt, ist Licht eine elektromagnetische Strahlung. Es gibt elektromagnetische Strahlung, die wir weder sehen noch spüren. Es gibt aber auch elektromagnetische Strahlung, die wir spüren, Wärmestrahlung, und es gibt elektromagnetische Strahlung, die wir sehen können. Das ist das Licht.

Das Licht ist eine elektromagnetische Strahlung eines bestimmten Wellenlängenbereichs. Welchen Wellenlängenbereich jeder Einzelne wahrnehmen kann ist zwar leicht unterschiedlich, aber der Bereich von etwas unter 400nm (Nanometer) bis knapp 800nm. Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter.

Wenn Du an Wasserwellen denkst, dann wäre die Wellenlänge der Abstand zwischen zwei „Wellengipfeln“. Im Unterschied zu Wasserwellen, die Wasser brauchen, können sich elektromagnetische Strahlen auch im Vakuum ausbreiten. Es wäre ziemlich kalt und dunkel bei uns, wenn das nicht so wäre, dann kämen die Sonnenstrahlen nicht an.

In Wikipedia findet sich dazu dieses schöne Bild über das elektromagnetische Spektrum:

Wie kann man Farben beschreiben?

Da Du das gerade liest, hast Du wahrscheinlich einen Monitor, ein Display, vor Dir. Solltest Du, was ich aber nicht glaube, einen Ausdruck von dieser Seite gemacht haben, dann hast Du bedrucktes Papier vor Dir liegen. In beiden Fällen, also am Monitor und am Papier sind verschiedenste Farben darstellbar. Die Methoden der jeweiligen Farberstellung unterscheidet sich aber in manchen Punkten.

Gemeinsam ist den beiden Systemen additive und subtraktive Farbmischung, dass mit drei Ausgangsfarben – im Prinzip – jede beliebige Farbe hergestellt werden kann. Die Einschränkung mit „im Prinzip“ ist notwendig, weil es in der Praxis nicht immer ganz so ist, weil die Geräte Einschränkungen haben.

Vereinfacht gesagt, ist RGB für alle Arten von Bildschirmen interessant, CMYK für Drucke (in Deinem Tintenstrahldrucker, falls Du einen hast, geht Dir nie die Patrone für rot, blau oder grün aus, sondern meistens für cyan, magenta oder yellow (Gelb). Oder eines der verschiedenen Schwarze 🙂 .

Ein Drucker, zB ein Tintenstrahldrucker, rechnet sich automatisch aus den RGB Werten einer Bilddatei, die entsprechenden CMYK Werte aus. Beim Kalibrieren eines Druckers, zB auf eine bestimmte Papiersorte („Druckerprofil“), wird diese Umrechnung feinabgestimmt.

Der CIE-Farbraum

Mit dem Wissen, dass man jede Farbe aus drei „Grundfarben“ erzeugen kann, hat man Farben in den 1930er Jahren bei der „Internationalen Beleuchtungskommision“ (Commission Internationale de l‘Eclairage) genauer untersucht.

„Grundfarben“ liegen dann vor, wenn keine der drei Farben aus einer Mischung der anderen beiden erzeugt werden kann. Wenn das gegeben ist, ist es egal, welche drei Farben man nimmt. Vielleicht interessieren auch die Graßmannschen Gesetze.

Dabei mussten Menschen, die am Versuch der CIE teilgenommen haben, mit je einem roten, einem blauen und einem grünen in der Intensität regelbarem Scheinwerfer eine Farbe nachmischen, die ihnen gezeigt wurde.

Weil das nicht mit jeder Farbe gelungen ist, durften sie die Ursprungsfarbe auch noch mit einem weiteren roten Scheinwerfer verändern, also anleuchten. Mathematisch entspricht das einem „negativen“ Rot 🙂

Wenn Du mehr darüber lesen möchtest, es gibt dazu einen tollen (englischen) Artikel.

Abbildung eines 3-dimensionalen Graphen auf ein 2-dimensionales Bild

Bei den Versuchen der CIE wurde jede gemessene Farbe mit drei farbigen Scheinwerfern nachgestellt. Die Werte für R, G und B wurden notiert. Da es auch einen roten Scheinwerfer gab, mit dem man die ursprüngliche Farbe anleuchten durfte, gab es auch negative Rotwerte. Mit negativen Rotwerten tut man sich in der Praxis schwer, daher hat man das umgerechnet auf positive Werte.

Im Bild unten siehst Du grafisch dargestellt, wie der Farbraum, der ursprünglich aus rot (nach rechts), grün (nach oben), blau (aus dem Bild herauszeigend), in einen anderen Farbraum umgerechnet wurde (sozusagen in die Farben „Quadrat“, „Kreis“, „Dreieck“ – sind ja nur Namen). Davor hat man noch den Trick angewendet, das die Summe aus R, G und B immer 1 ergibt.

Es gibt mittlerweile praktischere Farbräume als den CIE-Farbraum von 1931 und dieser Farbraum hat auch ein paar Schwächen, zB seine Grünlastigkeit. Trotzdem ist er für das Grundverständnis von Teilaspekten von Farben gut geeignet. Vor allem ist es ein sehr verbreitetes Modell.

Ein paar Details zum CIE-Farbraum

Der CIE-Farbraum aus 1931 wird wegen seiner Form manchmal „Schuhsohle“ genannt. Diese Schuhsohle zeigt den Raum der von Menschen wahrnehmbaren Farben in einer zweidimensionalen Darstellung (obwohl wir 3 Zäpfchentypen haben!).

Dieser sichtbare Bereich ist einerseits begrenzt durch die Spektrallinie der Farben des Regenbogens, andererseits durch die Purpurlinie, die Linie der möglichen Farbmischungen aus Rot und Blau.

Innerhalb der Begrenzung sind alle Mischfarben dargestellt.

Der Weißpunkt befindet sich bei den Koordinaten 1/3 nach rechts und 1/3 nach oben (wie weiter oben beschrieben – R+G+B wurde 1 gesetzt -, ergibt sich damit der Wert aus dem Bild heraus auch 1/3). Jede Linie, die durch diesen Weißpunkt geht, verbindet auf der äußeren Begrenzung die jeweiligen Komplementärfarben. Und je weiter entfernt vom Weißpunkt, desto höher die Farbsättigung der Farbe.

Der AdobeRGB Gamut (Teilbereich des Farbraums) hat einen größeren Umfang als der sRGB Gamut. Der für den Druck wichtige CYMK-Gamut ragt teilweise über den sRGB Gamut.

AdobeRGB oder doch sRGB?

Der AdobeRGB ist größer als der sRGB und deshalb ist er sicher „besser“, oder nicht? In der Schummelzettelsammlung zur EM1.3 beim Untermenü G des Anwendermenüs auf Seite 13 (hier das Booklet zum Ausdruck) empfehle ich bei „Farbraum“ trotzdem sRGB – „außer man weiß, was man tut“.

Um es kurz zu machen:

Für die Mehrheit von uns ist der sRGB die bessere Wahl.

Wenn man die ganze Kette von der Aufnahme in der Kamera über die Bearbeitung am Monitor bis zum Druck entsprechend durchhält, spricht nichts gegen AdobeRGB. Dann ist es besser als sRGB, deutlich besser, speziell in den grünen Bereichen wie man oben sehen kann.

Ich kann das in meinem „Workflow“ nicht durchhalten (habe einen Laptop ohne externen Monitor), ich verwende sRGB und habe es noch nicht als massive Einschränkung empfunden. Die Konsistenz der Farben über die unterschiedlichen Medien ist in sRGB gut gegeben, weil das wirklich jedes Gerät ordentlich kann. Profis, die „wissen ja, was sie tun“, haben also oft ihre AdobeRGB-„Ketten“.

sRGB ist sozusagen das Mindestniveau, das alle Geräte auch erreichen können. Von der Kamera über Computer-Monitor und Bildbearbeitungsprogramme bis hin zum Drucker.

Man „verschiebt“ bei einem Weißabgleich (siehe das Pärchen unter dem Baum ganz oben) den Weißpunkt des Fotos in Richtung der Komplementärfarbe des Farbstichs, der Farbstich wird dadurch neutralisiert. Oder anders: Durch digitales Dazumischen der Komplemetärfarbe wird ein Farbstich neutralisiert.

Daher sollte man bei der digitalen Bildbearbeitung mit dem Weißabgleich beginnen. Führt man das zu spät durch, dann verschiebt sich farblich wieder alles, was man vielleicht zuvor schon korrigiert hat.

Kalibrierungen

Mit der Zeit verliert ein Farbmonitor seine Farbgenauigkeit. Speziell die blauen Pixels altern schneller (wir reden von 10-Tausend-Stunden-Bereichen). Um über den gesamten Prozess gleiche Farben zu haben, sollte man daher seinen Monitor von Zeit zu Zeit kalibrieren – man könnte auch einstellen sagen, oder justieren, nicht aber eichen, außer man ist das Eichamt 🙂 . Dafür gibt es verschiedene Methoden, einige davon mit externen Messgeräten.

Wenn man selber druckt, sollte man auch eigene Farb-Profile für die verwendeten Papiersorten verwenden. Das folgende Bild zur Illustration:

Der Lab-Farbraum (L*a*b)

Der sehr populäre CIE-„Schuhsohlen“-Farbraum aus 1931 hat ein paar Schwächen. Beispielsweise gibt es darin um bestimmte Farbwerte herum Bereiche, die sich für Menschen nicht unterscheiden lassen (die MacAdam Ellipsen). Daher hat man die Messwerte, die auch dem XYZ-Model (der „Schuhsohle“) zugrunde liegen, mathematisch noch einmal transformiert. Das Ergebnis ist der der L*a*b-Farbraum der CIE von 1976.

Wenn Du mit der Maus auf eines der unten vorbeiziehenden Bilder zeigst (oder, je nach Gerät, mit einem Finger draufdrückst), dann solltest die Animation stoppen, dann kannst Du Dir das Bild genauer ansehen.

Und sonst?

Hier ist eine nette Seite über verschiedene Farbsysteme in Kunst und Wissenschaft

Es gibt soviel zu sagen über Farben, vielleicht kommt hier noch mehr, ….