Farbtemperatur

Der x,y-Farbraum der CIE 1931, der auch die Farbwerte von Schwarzkörperlichtquellen verschiedener Temperaturen (Planckscher Ort) und Linien mit konstanter, korrelierter Farbtemperatur zeigt. ⓘ

Die Farbtemperatur ist die Farbe des Lichts, das von einem idealisierten undurchsichtigen, nicht reflektierenden Körper bei einer bestimmten, in Kelvin gemessenen Temperatur abgestrahlt wird. Die Farbtemperaturskala wird verwendet, um die Farbe des von anderen Lichtquellen ausgestrahlten Lichts unabhängig von deren Temperatur zu kategorisieren. ⓘ

Die Farbtemperatur ist ein Merkmal des sichtbaren Lichts, das in der Beleuchtung, Fotografie, Videografie, im Verlagswesen, in der Fertigung, in der Astrophysik, im Gartenbau und in anderen Bereichen wichtige Anwendungen hat. In der Praxis ist die Farbtemperatur nur für Lichtquellen von Bedeutung, die der Farbe eines schwarzen Körpers einigermaßen entsprechen, d. h. für Licht in einem Bereich, der von Rot über Orange, Gelb und Weiß bis hin zu bläulichem Weiß reicht; es ist nicht sinnvoll, von der Farbtemperatur von z. B. grünem oder violettem Licht zu sprechen. Die Farbtemperatur wird üblicherweise in Kelvin ausgedrückt, wobei das Symbol K verwendet wird, eine Maßeinheit für die absolute Temperatur. ⓘ

Farbtemperaturen über 5000 K werden als "kühle Farben" (bläulich) bezeichnet, während niedrigere Farbtemperaturen (2700-3000 K) als "warme Farben" (gelblich) bezeichnet werden. "Warm" ist in diesem Zusammenhang eine Analogie zum abgestrahlten Wärmestrom der herkömmlichen Glühlampenbeleuchtung und nicht zur Temperatur. Die spektrale Spitze des warmen Lichts liegt näher am Infrarotbereich, und die meisten natürlichen warmfarbigen Lichtquellen emittieren erhebliche Infrarotstrahlung. Die Tatsache, dass "warmes" Licht in diesem Sinne eigentlich eine "kühlere" Farbtemperatur hat, führt oft zu Verwirrung. ⓘ

Gewöhnlich weicht das Spektrum einer Lichtquelle von dem eines Schwarzen Strahlers ab. Bei kleiner Abweichung ordnet man der Lichtquelle die Farbtemperatur zu, deren Lichtwirkung bei gleicher Helligkeit und unter festgelegten Beobachtungsbedingungen der Lichtquelle am ähnlichsten ist. Ist die Abweichung groß („farbiges Licht“), ist die Angabe einer Farbtemperatur nicht sinnvoll. ⓘ

Kategorisierung verschiedener Beleuchtungen

Temperatur	Quelle ⓘ
1700 K	Streichholzflamme, Natriumdampf-Niederdrucklampen (LPS/SOX)
1850 K	Kerzenflamme, Sonnenuntergang/Sonnenaufgang
2400 K	Standard-Glühlampen
2550 K	Weichweiße Glühlampen
2700 K	"Weichweiße" Kompaktleuchtstoff- und LED-Lampen
3000 K	Warmweiße Kompakt-Leuchtstoff- und LED-Lampen
3200 K	Studiolampen, Fotolampen, etc.
3350 K	Studio-"CP"-Licht
5000 K	Tageslicht am Horizont
5000 K	Röhrenförmige Leuchtstofflampen oder kaltweißes / Tageslicht Kompakt-Leuchtstofflampen (CFL)
5500 - 6000 K	Vertikales Tageslicht, Elektronenblitz
6200 K	Xenon-Kurzbogenlampe
6500 K	Tageslicht, bewölkt
6500 - 9500 K	LCD- oder CRT-Bildschirm
15,000 - 27,000 K	Klarer blauer, polwärts gerichteter Himmel
Diese Temperaturen sind lediglich charakteristisch; es kann erhebliche Abweichungen geben.

Die Kurven der Strahldichte des schwarzen Körpers (B_λ) gegen die Wellenlänge (λ) für das sichtbare Spektrum. Die vertikalen Achsen der Diagramme des Planck'schen Gesetzes, die diese Animation bilden, wurden proportional transformiert, um gleiche Flächen zwischen Funktionen und horizontaler Achse für die Wellenlängen 380-780 nm zu erhalten. K steht für die Farbtemperatur in Kelvin und M für die Farbtemperatur in Mikro-Reziprok-Grad. ⓘ

Die Farbtemperatur der elektromagnetischen Strahlung, die von einem idealen schwarzen Körper ausgeht, ist definiert als seine Oberflächentemperatur in Kelvin oder alternativ in mikro-reziproken Grad (mired). Dies ermöglicht die Definition eines Standards, mit dem Lichtquellen verglichen werden können. ⓘ

Da eine heiße Oberfläche zwar Wärmestrahlung abgibt, aber kein idealer schwarzer Strahler ist, entspricht die Farbtemperatur des Lichts nicht der tatsächlichen Temperatur der Oberfläche. Das Licht einer Glühlampe ist Wärmestrahlung, und die Glühbirne kommt einem idealen Schwarzkörperstrahler nahe, so dass ihre Farbtemperatur im Wesentlichen der Temperatur des Glühfadens entspricht. So strahlt eine relativ niedrige Temperatur ein mattes Rot und eine hohe Temperatur das fast weiße Licht der traditionellen Glühbirne aus. Metallarbeiter können die Temperatur heißer Metalle anhand ihrer Farbe beurteilen, die von dunkelrot über orange-weiß bis hin zu weiß reicht (siehe rote Hitze). ⓘ

Viele andere Lichtquellen, wie z. B. Leuchtstofflampen oder Leuchtdioden (LEDs), geben ihr Licht in erster Linie durch andere Prozesse als Wärmestrahlung ab. Das bedeutet, dass die emittierte Strahlung nicht der Form eines Schwarzkörperspektrums folgt. Diesen Quellen wird eine so genannte korrelierte Farbtemperatur (CCT) zugewiesen. Die CCT ist die Farbtemperatur eines Schwarzkörperstrahlers, die in der menschlichen Farbwahrnehmung am ehesten dem Licht der Lampe entspricht. Da eine solche Annäherung für Glühlampenlicht nicht erforderlich ist, ist die CCT für Glühlampenlicht einfach die unangepasste Temperatur, die sich aus dem Vergleich mit einem Schwarzkörperstrahler ergibt. ⓘ

Die Maßeinheit der Farbtemperatur ist die Temperatureinheit Kelvin (K). In der Fotografie ist die Angabe der reziproken Farbtemperatur in Mired (inverse Megakelvin) als das Millionenfache des Kehrwertes der Kelvin-Angabe gebräuchlich. Zum Beispiel entspricht 4.000 K einem Wert von 1.000.000 / 4.000 = 250 Mired. Die für energiesparende Leuchtmittel relevante EU-Verordnung 244/2009 verlangt explizit die Angabe der Farbtemperatur in Kelvin. ⓘ

Die Sonne

Die Sonne kommt einem Schwarzkörperstrahler sehr nahe. Die effektive Temperatur, definiert durch die gesamte Strahlungsleistung pro Quadrateinheit, beträgt etwa 5780 K. Die Farbtemperatur des Sonnenlichts oberhalb der Atmosphäre beträgt etwa 5900 K. ⓘ

Von der Erde aus kann die Sonne je nach ihrer Position am Himmel rot, orange, gelb oder weiß erscheinen. Die sich im Laufe des Tages ändernde Farbe der Sonne ist hauptsächlich auf die Streuung des Sonnenlichts zurückzuführen und nicht auf Veränderungen der Schwarzkörperstrahlung. Die Rayleigh-Streuung des Sonnenlichts an der Erdatmosphäre verursacht die blaue Farbe des Himmels, der dazu neigt, blaues Licht stärker zu streuen als rotes Licht. ⓘ

Ein Teil des Tageslichts am frühen Morgen und am späten Nachmittag (die goldenen Stunden) hat eine niedrigere ("wärmere") Farbtemperatur, was auf eine stärkere Streuung des kürzerwelligen Sonnenlichts an atmosphärischen Partikeln zurückzuführen ist - ein optisches Phänomen, das als Tyndall-Effekt bezeichnet wird. ⓘ

Tageslicht hat ein Spektrum, das dem eines schwarzen Körpers mit einer korrelierten Farbtemperatur von 6500 K (D65 Betrachtungsstandard) oder 5500 K (Tageslicht-ausgeglichener fotografischer Filmstandard) ähnelt. ⓘ

Farbtöne des Planckschen Orts auf einer linearen Skala (Werte in Kelvin) ⓘ

Bei Farben, die auf der Schwarzkörpertheorie basieren, tritt Blau bei höheren Temperaturen auf, während Rot bei niedrigeren Temperaturen auftritt. Dies steht im Gegensatz zu den kulturellen Assoziationen, die den Farben zugeschrieben werden, bei denen "Rot" "heiß" und "Blau" "kalt" ist. ⓘ

Spektrum der Sonne vom Weltraum aus gesehen (gelbe Fläche) im Vergleich zu einem Schwarzen Körper mit 5778 K (durchgezogene Linie). Durch Absorption in der Atmosphäre ist das Spektrum auf der Erdoberfläche in einigen Wellenlängenbereichen unterdrückt (rote Fläche). ⓘ

Anwendungen

Beleuchtung

Color temperature comparison of common electric lamps

Farbtemperaturvergleich gängiger elektrischer Lampen ⓘ

Bei der Innenbeleuchtung von Gebäuden ist es oft wichtig, die Farbtemperatur der Beleuchtung zu berücksichtigen. Ein wärmeres Licht (d. h. eine niedrigere Farbtemperatur) wird häufig in öffentlichen Bereichen verwendet, um die Entspannung zu fördern, während ein kühleres Licht (höhere Farbtemperatur) zur Verbesserung der Konzentration eingesetzt wird, z. B. in Schulen und Büros. ⓘ

Die CCT-Dimmung bei der LED-Technologie gilt als schwierige Aufgabe, da Binning-, Alterungs- und Temperaturdrift-Effekte der LEDs die tatsächliche Farbwertausgabe verändern. Hier werden Rückkopplungssysteme eingesetzt, zum Beispiel mit Farbsensoren, um die Farbausgabe mehrerer farbmischender LEDs aktiv zu überwachen und zu steuern. ⓘ

Aquakultur

In der Fischzucht hat die Farbtemperatur in den verschiedenen Sparten unterschiedliche Funktionen und Schwerpunkte. ⓘ

In Süßwasseraquarien ist die Farbtemperatur im Allgemeinen nur von Bedeutung, um eine attraktivere Darstellung zu erreichen. Die Beleuchtung ist in der Regel so ausgelegt, dass sie ein attraktives Spektrum erzeugt, wobei manchmal auch die Pflanzen im Aquarium am Leben erhalten werden sollen.
In einem Meerwasser-/Riffaquarium ist die Farbtemperatur ein wesentlicher Faktor für die Gesundheit des Beckens. Im Bereich von 400 bis 3000 Nanometern kann Licht kürzerer Wellenlänge tiefer in das Wasser eindringen als Licht längerer Wellenlänge und liefert den Algen, die in den Korallen leben (und diese am Leben erhalten), wichtige Energiequellen. Dies entspricht einer Zunahme der Farbtemperatur mit der Wassertiefe in diesem Spektralbereich. Da Korallen in der Regel in flachen Gewässern leben und intensivem, direktem tropischem Sonnenlicht ausgesetzt sind, konzentrierte man sich früher darauf, diese Situation mit 6500-K-Lampen zu simulieren. Inzwischen sind Lichtquellen mit höherer Temperatur beliebter geworden, zunächst mit 10000 K und in jüngster Zeit mit 16000 K und 20000 K. Aktinische Beleuchtung im violetten Bereich des sichtbaren Spektrums (420-460 nm) wird verwendet, um die Nachtsicht zu ermöglichen, ohne die Algenblüte zu verstärken oder die Photosynthese zu fördern, und um die leicht fluoreszierenden Farben vieler Korallen und Fische "knallig" zu machen und so hellere Schauaquarien zu schaffen. ⓘ

Digitale Fotografie

In der Digitalfotografie bezieht sich der Begriff Farbtemperatur manchmal auf die Neuzuordnung von Farbwerten zur Simulation von Schwankungen der Farbtemperatur in der Umgebung. Die meisten Digitalkameras und Rohbildsoftware bieten Voreinstellungen, die bestimmte Umgebungswerte simulieren (z. B. sonnig, bewölkt, Kunstlicht usw.), während andere die explizite Eingabe von Weißabgleichswerten in Kelvin erlauben. Diese Einstellungen variieren die Farbwerte entlang der Blau-Gelb-Achse, während manche Software zusätzliche Regler (manchmal mit der Bezeichnung "Tint") enthält, die die Magenta-Grün-Achse hinzufügen und bis zu einem gewissen Grad willkürlich und eine Frage der künstlerischen Interpretation sind. ⓘ

Fotografischer Film

Der fotografische Emulsionsfilm reagiert auf die Lichtfarbe nicht in gleicher Weise wie die menschliche Netzhaut oder die visuelle Wahrnehmung. Ein Objekt, das dem Betrachter weiß erscheint, kann sich auf einer Fotografie als sehr blau oder orange erweisen. Die Farbbalance muss unter Umständen während des Drucks korrigiert werden, um einen farbneutralen Abzug zu erhalten. Das Ausmaß dieser Korrektur ist begrenzt, da Farbfilme in der Regel aus drei Schichten bestehen, die für verschiedene Farben empfindlich sind, und wenn sie unter einer "falschen" Lichtquelle verwendet werden, reagiert möglicherweise nicht jede Schicht proportional, was zu seltsamen Farbstichen in den Schatten führt, obwohl die Mitteltöne unter dem Vergrößerungsgerät korrekt weiß ausgeglichen wurden. Auch Lichtquellen mit diskontinuierlichen Spektren, wie z. B. Leuchtstoffröhren, können beim Druck nicht vollständig korrigiert werden, da eine der Schichten möglicherweise kaum ein Bild aufgenommen hat. ⓘ

Fotografischer Film wird für bestimmte Lichtquellen hergestellt (am häufigsten Tageslicht- und Kunstlichtfilm) und erzeugt bei richtiger Verwendung einen neutralen Farbabzug. Eine Möglichkeit, die Farben auszugleichen, besteht darin, die Empfindlichkeit des Films an die Farbtemperatur der Lichtquelle anzupassen. Wird Wolframfilm in Innenräumen mit Glühlampen verwendet, erscheint das gelblich-orangefarbene Licht der Wolframglühlampen auf dem Foto als Weiß (3200 K). Farbnegativfilme sind fast immer tageslichttauglich, da man davon ausgeht, dass die Farbe beim Druck angepasst werden kann (mit Einschränkungen, siehe oben). Der Farbdiafilm als Endprodukt des Prozesses muss an die Lichtquelle angepasst werden, oder es müssen Filter zur Farbkorrektur verwendet werden. ⓘ

Zur Korrektur der Farbbalance können Filter auf dem Kameraobjektiv oder Farbgele über der/den Lichtquelle(n) verwendet werden. Bei Aufnahmen mit einer bläulichen Lichtquelle (hohe Farbtemperatur), z. B. an einem bewölkten Tag, im Schatten, bei Fensterlicht oder bei Verwendung von Kunstlichtfilm mit weißem oder blauem Licht, kann ein gelblich-oranger Filter zur Korrektur verwendet werden. Bei Aufnahmen mit Tageslichtfilm (kalibriert auf 5600 K) unter wärmeren Lichtquellen (niedrige Farbtemperatur) wie Sonnenuntergängen, Kerzenlicht oder Kunstlicht kann ein bläulicher Filter (z. B. #80A) verwendet werden. Dezentere Filter werden benötigt, um den Unterschied zwischen z. B. 3200 K und 3400 K bei Kunstlichtlampen oder den leichten Blaustich einiger Blitzröhren zu korrigieren, die 6000 K haben können. ⓘ

Wenn es mehr als eine Lichtquelle mit unterschiedlichen Farbtemperaturen gibt, besteht eine Möglichkeit, die Farbe auszugleichen, darin, Tageslichtfilm zu verwenden und Farbkorrekturgelfilter über jede Lichtquelle zu setzen. ⓘ

Fotografen verwenden manchmal Farbtemperaturmessgeräte. Diese sind in der Regel so konzipiert, dass sie nur zwei Bereiche des sichtbaren Spektrums (rot und blau) messen; teurere Geräte messen drei Bereiche (rot, grün und blau). Bei Lichtquellen wie Leuchtstoff- oder Entladungslampen, deren Licht in der Farbe variiert und für die eine Korrektur schwieriger sein kann, sind sie jedoch unwirksam. Da dieses Licht oft grünlich ist, kann ein Magentafilter die Farbe korrigieren. In Ermangelung solcher Messgeräte können komplexere Farbmessgeräte verwendet werden. ⓘ

Desktop-Publishing

In der Desktop-Publishing-Branche ist es wichtig, die Farbtemperatur eines Monitors zu kennen. Software zur Farbanpassung, wie z. B. Apples ColorSync Utility für MacOS, misst die Farbtemperatur eines Monitors und passt dann die Einstellungen entsprechend an. So kann die Farbe auf dem Bildschirm besser mit der gedruckten Farbe übereinstimmen. Gängige Farbtemperaturen von Monitoren, zusammen mit den entsprechenden Standardlichtquellen in Klammern, sind wie folgt:

5000 K (CIE D50)
5500 K (CIE D55)
6500 K (D65)
7500 K (CIE D75)
9300 K ⓘ

D50 ist die wissenschaftliche Abkürzung für eine Standardlichtart: das Tageslichtspektrum mit einer korrelierten Farbtemperatur von 5000 K. Ähnliche Definitionen gibt es für D55, D65 und D75. Bezeichnungen wie D50 werden verwendet, um die Farbtemperaturen von Leuchttischen und Betrachtungskabinen zu klassifizieren. Bei der Betrachtung eines Farbdias an einem Leuchttisch ist es wichtig, dass das Licht richtig ausbalanciert ist, damit die Farben nicht in Richtung Rot oder Blau verschoben werden. ⓘ

Digitalkameras, Webgrafiken, DVDs usw. sind normalerweise für eine Farbtemperatur von 6500 K ausgelegt. Der sRGB-Standard, der üblicherweise für Bilder im Internet verwendet wird, schreibt (unter anderem) einen Anzeigeweißpunkt von 6500 K vor. ⓘ

TV, Video und digitale Fotokameras

Die NTSC- und PAL-Fernsehnormen verlangen, dass ein konformer Fernsehbildschirm ein elektrisch schwarz-weißes Signal (minimale Farbsättigung) bei einer Farbtemperatur von 6500 K anzeigt. Bei vielen Fernsehgeräten der Unterhaltungselektronik ist eine deutliche Abweichung von dieser Anforderung zu erkennen. Bei hochwertigeren Fernsehgeräten kann die Farbtemperatur jedoch mit Hilfe einer vorprogrammierten Einstellung oder einer benutzerdefinierten Kalibrierung auf 6500 K eingestellt werden. In den aktuellen ATSC-Versionen wird ausdrücklich gefordert, dass die Farbtemperaturdaten in den Datenstrom aufgenommen werden, in den alten ATSC-Versionen konnten diese Daten jedoch weggelassen werden. In diesem Fall zitieren die aktuellen ATSC-Versionen je nach Format Standard-Farbmetrik-Standards. Beide zitierten Standards geben eine Farbtemperatur von 6500 K an. ⓘ

Die meisten Video- und digitalen Fotokameras können die Farbtemperatur anpassen, indem sie auf ein weißes oder farbneutrales Objekt zoomen und den manuellen "Weißabgleich" einstellen (der Kamera mitteilen, dass "dieses Objekt weiß ist"); die Kamera zeigt dann echtes Weiß als Weiß an und passt alle anderen Farben entsprechend an. Ein Weißabgleich ist vor allem in Innenräumen mit Leuchtstoffröhrenbeleuchtung und beim Wechsel der Kamera von einer Beleuchtungssituation zur anderen erforderlich. Die meisten Kameras verfügen auch über eine automatische Weißabgleichsfunktion, die versucht, die Farbe des Lichts zu bestimmen und entsprechend zu korrigieren. Während diese Einstellungen früher unzuverlässig waren, sind sie bei den heutigen Digitalkameras wesentlich besser und sorgen für einen präzisen Weißabgleich in einer Vielzahl von Beleuchtungssituationen. ⓘ

Künstlerische Anwendung durch Steuerung der Farbtemperatur

Das Haus oben erscheint in der Mittagszeit in einem hellen Cremeton, aber hier im gedämpften Licht vor dem Sonnenaufgang scheint es bläulich weiß zu sein. Beachten Sie die Farbtemperatur des Sonnenaufgangs im Hintergrund. ⓘ

Videokameraleute können einen Weißabgleich für Objekte durchführen, die nicht weiß sind, indem sie die Farbe des für den Weißabgleich verwendeten Objekts abschwächen. So können sie beispielsweise mehr Wärme in ein Bild bringen, indem sie einen hellblauen Gegenstand, wie z. B. eine verblichene blaue Jeans, weiß abgleichen; auf diese Weise kann der Weißabgleich einen Filter oder ein Lichtgel ersetzen, wenn diese nicht zur Verfügung stehen. ⓘ

Kameraleute führen den "Weißabgleich" nicht auf dieselbe Weise durch wie Videokameraleute; sie verwenden Techniken wie Filter, die Wahl des Filmmaterials, Vorblitzen und nach den Aufnahmen die Farbabstufung, sowohl durch Belichtung im Labor als auch digital. Kinematographen arbeiten auch eng mit Bühnenbildnern und Beleuchtern zusammen, um die gewünschten Farbeffekte zu erzielen. ⓘ

Für Künstler haben die meisten Pigmente und Papiere einen kühlen oder warmen Farbstich, da das menschliche Auge selbst eine geringe Sättigung erkennen kann. Grau gemischt mit Gelb, Orange oder Rot ist ein "warmes Grau". Grün, Blau oder Violett ergeben "kühle Grautöne". Beachten Sie, dass dieses Temperaturempfinden das Gegenteil der realen Temperatur ist: Blauer wird als "kühler" bezeichnet, obwohl er einem schwarzen Körper mit höherer Temperatur entspricht. ⓘ


"Warmes" Grau	"Kühles" Grau
Gemischt mit 6% Gelb.	Gemischt mit 6 % Blau.

Beleuchtungsdesigner wählen manchmal Filter nach Farbtemperatur aus, um theoretisch weißes Licht anzupassen. Da Leuchten mit Entladungslampen ein Licht mit einer wesentlich höheren Farbtemperatur als Wolframlampen erzeugen, kann die gleichzeitige Verwendung der beiden Lampen einen starken Kontrast erzeugen. Daher werden manchmal Leuchten mit HID-Lampen, die üblicherweise Licht mit 6000-7000 K erzeugen, mit 3200 K-Filtern ausgestattet, um Wolframlicht zu emulieren. Scheinwerfer mit Farbmischfunktionen oder mit mehreren Farben (einschließlich 3200 K) können ebenfalls Wolfram-ähnliches Licht erzeugen. Die Farbtemperatur kann auch ein Faktor bei der Auswahl von Lampen sein, da jede Lampe wahrscheinlich eine andere Farbtemperatur hat. ⓘ

Korrelierte Farbtemperatur

Log-Log-Diagramme der Wellenlänge der Spitzenemission und des Strahlungsaustritts in Abhängigkeit von der Schwarzkörpertemperatur. Die roten Pfeile zeigen, dass schwarze Körper mit 5780 K eine Spitzenwellenlänge von 501 nm und einen Strahlungsausstoß von 63,3 MW/m² haben. ⓘ

Die korrelierte Farbtemperatur (CCT, T_cp) ist die Temperatur des Planckschen Strahlers, dessen wahrgenommene Farbe der eines bestimmten Reizes bei gleicher Helligkeit und unter bestimmten Betrachtungsbedingungen am ähnlichsten ist
- CIE/IEC 17.4:1987, Internationales Beleuchtungsvokabular (ISBN 3900734070) ⓘ

Begründung

Schwarzkörper-Strahler sind die Referenz, anhand derer der Weißgrad von Lichtquellen beurteilt wird. Ein schwarzer Körper kann durch seine Temperatur beschrieben werden und erzeugt Licht mit einem bestimmten Farbton, wie oben dargestellt. Dieser Satz von Farben wird Farbtemperatur genannt. Analog dazu können nahezu plancksche Lichtquellen wie bestimmte Leuchtstofflampen oder Hochdruckentladungslampen anhand ihrer korrelierten Farbtemperatur (CCT) beurteilt werden, der Temperatur des planckschen Strahlers, dessen Farbe ihnen am nächsten kommt. Für Lichtquellenspektren, die nicht plancksch sind, ist die Anpassung an die eines schwarzen Körpers nicht gut definiert; das Konzept der korrelierten Farbtemperatur wurde erweitert, um solche Quellen so gut wie möglich auf der eindimensionalen Skala der Farbtemperatur abzubilden, wobei "so gut wie möglich" im Zusammenhang mit einem objektiven Farbraum definiert wird. ⓘ

Hintergrund

Judd's (r,g) Diagramm. Die konzentrischen Kurven zeigen die Orte konstanter Reinheit an. ⓘ

Judd's Maxwell-Dreieck. Planckscher Ort in grau. Die Umrechnung von trilinearen Koordinaten in kartesische Koordinaten führt zum nächsten Diagramm. ⓘ

Judds einheitlicher Farbraum (UCS) mit dem Planckschen Ort und den Isothermen von 1000 K bis 10000 K, die senkrecht zum Ort liegen. Judd berechnete die Isothermen in diesem Raum, bevor er sie in den (x,y)-Farbraum zurückübersetzte, wie im Diagramm am Anfang des Artikels dargestellt. ⓘ

Nahaufnahme des Planckschen Orts im UCS der CIE 1960 mit den Isothermen in Mireds. Man beachte den gleichmäßigen Abstand der Isothermen bei Verwendung der reziproken Temperaturskala und vergleiche mit der ähnlichen Abbildung unten. Der gleichmäßige Abstand der Isothermen auf der Ortskurve deutet darauf hin, dass die Mired-Skala ein besseres Maß für den wahrgenommenen Farbunterschied ist als die Temperaturskala. ⓘ

Der Gedanke, Plancksche Strahler als Maßstab für die Beurteilung anderer Lichtquellen zu verwenden, ist nicht neu. Als Priest 1923 über die "Einstufung von Leuchtmitteln in Bezug auf die Qualität der Farbe ... die Temperatur der Quelle als Index für die Qualität der Farbe" schrieb, beschrieb er im Wesentlichen die CCT, wie wir sie heute verstehen, und ging so weit, den Begriff "scheinbare Farbtemperatur" zu verwenden, und erkannte scharfsinnig drei Fälle:

"Diejenigen, bei denen die spektrale Energieverteilung mit der durch die Plancksche Formel gegebenen identisch ist."
"Diejenigen, bei denen die spektrale Energieverteilung nicht mit der durch die Plancksche Formel gegebenen identisch ist, aber dennoch so beschaffen ist, dass die Qualität der hervorgerufenen Farbe die gleiche ist, wie sie durch die Energie eines Planckschen Strahlers bei der gegebenen Farbtemperatur hervorgerufen würde."
"Diejenigen, bei denen die spektrale Verteilung der Energie so ist, dass die Farbe nur annähernd durch einen Stimulus der Planckschen Form der spektralen Verteilung erreicht werden kann." ⓘ

Im Jahr 1931 gab es mehrere wichtige Entwicklungen. In chronologischer Reihenfolge:

Raymond Davis veröffentlichte eine Arbeit über die "korrelierte Farbtemperatur" (sein Begriff). Unter Bezugnahme auf den Planck'schen Ort im r-g-Diagramm definierte er die CCT als Mittelwert der "Primärkomponententemperaturen" (RGB CCTs) unter Verwendung trilinearer Koordinaten.
Die CIE gibt den XYZ-Farbraum bekannt.
Deane B. Judd veröffentlicht eine Abhandlung über die Art der "am wenigsten wahrnehmbaren Unterschiede" in Bezug auf Farbreizungen. Auf empirische Weise stellte er fest, dass der Empfindungsunterschied, den er als ΔE für einen "Unterscheidungsschritt zwischen Farben ... Empfindung" bezeichnete, proportional zum Abstand der Farben in der Farbtafel war. Unter Bezugnahme auf die nebenstehend abgebildete (r,g)-Farbtafel stellte er die Hypothese auf, dass ⓘ

KΔE = |c₁ - c₂| = max(|r₁ - r₂|, |g₁ - g₂|). ⓘ

Diese Entwicklungen ebneten den Weg für die Entwicklung neuer Farbräume, die sich besser für die Schätzung korrelierter Farbtemperaturen und Farbunterschiede eignen. Indem er die Konzepte der Farbdifferenz und der Farbtemperatur miteinander verband, machte Priest die Beobachtung, dass das Auge auf konstante Unterschiede in der "reziproken" Temperatur empfindlich ist:

Ein Unterschied von einem Mikro-Reziprok-Grad (μrd) ist ziemlich repräsentativ für den zweifellos wahrnehmbaren Unterschied unter den günstigsten Beobachtungsbedingungen. ⓘ

Priest schlug vor, "die Temperaturskala als Skala für die Anordnung der Chromatizitäten der verschiedenen Leuchtmittel in einer seriellen Reihenfolge" zu verwenden. In den folgenden Jahren veröffentlichte Judd drei weitere wichtige Arbeiten: Die erste bestätigte die Ergebnisse von Priest, Davis und Judd mit einer Arbeit über die Empfindlichkeit gegenüber Veränderungen der Farbtemperatur. ⓘ

Die zweite schlug einen neuen Farbraum vor, der sich an einem Prinzip orientierte, das zum heiligen Gral der Farbräume geworden ist: Wahrnehmungsgleichheit (der Farbabstand sollte dem Wahrnehmungsunterschied entsprechen). Mittels einer projektiven Transformation fand Judd einen "einheitlicheren Farbraum" (UCS), in dem die CCT ermittelt werden konnte. Judd ermittelte die "nächstgelegene Farbtemperatur", indem er einfach den Punkt auf der Planckschen Ortskurve fand, der dem Farbwert des Stimulus auf dem nebenstehend abgebildeten Maxwellschen Farbdreieck am nächsten lag. Die Transformationsmatrix, die er zur Umwandlung der X,Y,Z-Tristimuluswerte in R,G,B-Koordinaten verwendete, lautete:

{\begin{bmatrix}R\\G\\B\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}3.1956&2.4478&-0.1434\\-2.5455&7.0492&0.9963\\0.0000&0.0000&1.0000\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}X\\Y\\Z\end{bmatrix}}.

ⓘ

Daraus kann man diese Farbwerte ermitteln:

u={\frac {0.4661x+0.1593y}{y-0.15735x+0.2424}},\quad v={\frac {0.6581y}{y-0.15735x+0.2424}}.

ⓘ

Die dritte zeigte den Ort der isothermen Farbwerte auf dem CIE-Farbwertdiagramm von 1931 (x,y). Da die isothermen Punkte in seinem UCS-Diagramm Normalen bildeten, stellte sich bei der Rücktransformation in die xy-Ebene heraus, dass es sich immer noch um Linien handelte, die aber nicht mehr senkrecht zum Ort standen. ⓘ

MacAdam's "uniform chromaticity scale" Diagramm; eine Vereinfachung von Judd's UCS. ⓘ

Berechnung

Judds Idee, den dem Planck'schen Ort am nächsten liegenden Punkt auf einem einheitlichen Farbraum zu bestimmen, ist aktuell. Im Jahr 1937 schlug MacAdam ein "modifiziertes Diagramm der einheitlichen Farbskala" vor, das auf bestimmten vereinfachenden geometrischen Überlegungen beruht:

u={\frac {4x}{-2x+12y+3}},\quad v={\frac {6y}{-2x+12y+3}}.

ⓘ

Dieser (u,v)-Farbraum wurde zum CIE-Farbraum 1960, der immer noch zur Berechnung der CCT verwendet wird (auch wenn MacAdam ihn nicht zu diesem Zweck entwickelt hat). Die Verwendung anderer Farbräume, wie z. B. u'v', führt zu nicht normgerechten Ergebnissen, die aber dennoch für die Wahrnehmung von Bedeutung sein können. ⓘ

Nahaufnahme des CIE 1960 UCS. Die Isothermen stehen senkrecht zum Planck'schen Ort und sind so gezeichnet, dass sie den maximalen Abstand vom Ort angeben, den die CIE für die korrelierte Farbtemperatur als sinnvoll erachtet:

\Delta uv=\pm 0.05

ⓘ

Der Abstand vom geometrischen Ort (d. h. der Grad der Abweichung von einem schwarzen Körper) wird traditionell in Einheiten von $\Delta uv$ angegeben; positiv für Punkte oberhalb des Ortes. Dieses Konzept der Entfernung hat sich zu Delta E weiterentwickelt, das auch heute noch verwendet wird. ⓘ

Die Robertson-Methode

Vor dem Aufkommen leistungsfähiger Personalcomputer war es üblich, die korrelierte Farbtemperatur durch Interpolation aus Nachschlagetabellen und Diagrammen zu schätzen. Die berühmteste dieser Methoden ist die von Robertson, der die relativ gleichmäßigen Abstände der Mired-Skala (siehe oben) nutzte, um die CCT Tc durch lineare Interpolation der Mired-Werte der Isothermen zu berechnen:

Berechnung der CCT Tc, die dem Farbwertkoordinaten

\scriptstyle (u_{T},v_{T})

im UCS der CIE 1960. ⓘ

{\frac {1}{T_{c}}}={\frac {1}{T_{i}}}+{\frac {\theta _{1}}{\theta _{1}+\theta _{2}}}\left({\frac {1}{T_{i+1}}}-{\frac {1}{T_{i}}}\right),

ⓘ

wobei $T_{i}$ und $T_{i+1}$ die Farbtemperaturen der Look-up-Isothermen sind und i so gewählt wird, dass $T_{i}<T_{c}<T_{i+1}$ . (Außerdem liegt der Testfarbwert zwischen den einzigen beiden benachbarten Linien, für die $d_{i}/d_{i+1}<0$ .) ⓘ

Wenn die Isothermen eng genug sind, kann man annehmen $\theta _{1}/\theta _{2}\approx \sin \theta _{1}/\sin \theta _{2}$ , was zu ⓘ

{\frac {1}{T_{c}}}={\frac {1}{T_{i}}}+{\frac {d_{i}}{d_{i}-d_{i+1}}}\left({\frac {1}{T_{i+1}}}-{\frac {1}{T_{i}}}\right).

ⓘ

Der Abstand des Testpunkts zur i-ten Isotherme ist gegeben durch ⓘ

d_{i}={\frac {(v_{T}-v_{i})-m_{i}(u_{T}-u_{i})}{\sqrt {1+m_{i}^{2}}}},

ⓘ

wobei $(u_{i},v_{i})$ ist die Farbwertkoordinate der i-ten Isotherme auf dem Planckschen Ort und mi ist die Steigung der Isotherme. Da sie senkrecht zur Ortskurve steht, ergibt sich $m_{i}=-1/l_{i}$ wobei li die Steigung der Ortskurve bei $(u_{i},v_{i})$ . ⓘ

Vorsichtsmaßnahmen

Obwohl die CCT für jeden Farbort berechnet werden kann, ist das Ergebnis nur dann aussagekräftig, wenn die Lichtquelle einem Planck'schen Strahler einigermaßen nahe kommt. Die CIE empfiehlt: "Das Konzept der korrelierten Farbtemperatur sollte nicht verwendet werden, wenn der Farbort der Testquelle um mehr als [ $\scriptstyle \Delta _{uv}=5\times 10^{-2}$ ] vom Planck'schen Strahler abweicht". Ab einem bestimmten Wert von $\scriptstyle \Delta uv$ kann eine Farbortkoordinate zu zwei Punkten auf der Ortskurve äquidistant sein, was zu Mehrdeutigkeit bei der CCT führt. ⓘ

Annäherung

Wenn man einen engen Bereich von Farbtemperaturen betrachtet - der praktischste Fall ist der des Tageslichts -, kann man sich dem Planckschen Ort annähern, um die CCT anhand von Farbwertkoordinaten zu berechnen. Nach Kellys Beobachtung, dass sich die Isothermen im violetten Bereich in der Nähe von (x = 0,325, y = 0,154) schneiden, schlug McCamy diese kubische Näherung vor:

CCT(x,y)=-449n^{3}+3525n^{2}-6823.3n+5520.33,

ⓘ

Dabei ist n = (x - xe)/(y - ye) die inverse Steigungslinie und (xe = 0,3320, ye = 0,1858) das "Epizentrum", das dem von Kelly genannten Schnittpunkt recht nahe kommt. Der maximale absolute Fehler für Farbtemperaturen von 2856 K (Lichtart A) bis 6504 K (D65) liegt unter 2 K. ⓘ

Ein neuerer Vorschlag, der exponentielle Terme verwendet, erweitert den anwendbaren Bereich beträchtlich, indem ein zweites Epizentrum für hohe Farbtemperaturen hinzugefügt wird:

CCT(x,y)=A_{0}+A_{1}\exp(-n/t_{1})+A_{2}\exp(-n/t_{2})+A_{3}\exp(-n/t_{3})

ⓘ

wobei $n$ wie zuvor ist und die anderen Konstanten wie folgt definiert sind:

	3-50 kK	50-800 kK ⓘ
x_e	0.3366	0.3356
y_e	0.1735	0.1691
A₀	−949.86315	36284.48953
A₁	6253.80338	0.00228
t₁	0.92159	0.07861
A₂	28.70599	5.4535×10⁻³⁶
t₂	0.20039	0.01543
A₃	0.00004
t₃	0.07125

Der Autor schlägt vor, die Gleichung für niedrige Temperaturen zu verwenden, um festzustellen, ob die Parameter für höhere Temperaturen benötigt werden. ⓘ

Die umgekehrte Berechnung von der Farbtemperatur zu den entsprechenden Farbkoordinaten wird in Planckscher Ortskurve § Annäherung erörtert. ⓘ

Farbwiedergabeindex

Der CIE-Farbwiedergabeindex (CRI) ist eine Methode, mit der bestimmt werden kann, wie gut die Beleuchtung von acht Musterflächen durch eine Lichtquelle im Vergleich zur Beleuchtung durch eine Referenzquelle ist. CRI und CCT zusammengenommen geben eine numerische Schätzung darüber ab, welche (ideale) Referenzlichtquelle einem bestimmten Kunstlicht am nächsten kommt und wie groß der Unterschied ist. Siehe Farbwiedergabeindex für den vollständigen Artikel. ⓘ

Spektrale Leistungsverteilung

Charakteristische spektrale Leistungsverteilungen (SPDs) für eine Glühlampe (links) und eine Leuchtstofflampe (rechts). Die horizontalen Achsen geben die Wellenlängen in Nanometern an, die vertikalen Achsen die relative Intensität in beliebigen Einheiten. ⓘ

Lichtquellen und Leuchtmittel können durch ihre spektrale Leistungsverteilung (SPD) charakterisiert werden. Die relativen SPD-Kurven, die von vielen Herstellern angeboten werden, können mit einer Schrittweite von 10 nm oder mehr auf ihrem Spektroradiometer erstellt worden sein. Das Ergebnis ist eine scheinbar gleichmäßigere ("vollere") Leistungsverteilung, als die Lampe tatsächlich aufweist. Aufgrund der stacheligen Verteilung sind für die Messung von Leuchtstofflampen wesentlich feinere Abstufungen ratsam, was wiederum teurere Geräte erfordert. ⓘ

Farbtemperatur in der Astronomie

In der Astronomie wird die Farbtemperatur durch die lokale Steigung des SPD bei einer bestimmten Wellenlänge oder, in der Praxis, einem Wellenlängenbereich definiert. Bei den Farbstärken B und V, die für einen A0V-Stern (z. B. Wega) gleich kalibriert sind, ergibt sich die stellare Farbtemperatur $T_{C}$ durch die Temperatur gegeben, für die der Farbindex $B-V$ eines Schwarzkörperstrahlers mit dem stellaren Farbindex übereinstimmt. Neben dem $B-V$ können auch andere Farbindizes verwendet werden. Die Farbtemperatur (wie auch die oben definierte korrelierte Farbtemperatur) kann stark von der effektiven Temperatur abweichen, die durch den Strahlungsfluss der Sternoberfläche gegeben ist. Beispielsweise beträgt die Farbtemperatur eines A0V-Sterns etwa 15000 K im Vergleich zu einer effektiven Temperatur von etwa 9500 K. Für die meisten Anwendungen in der Astronomie (z. B. zur Einordnung eines Sterns in das HR-Diagramm oder zur Bestimmung der Temperatur eines Modellflusses, der zu einem beobachteten Spektrum passt) ist die effektive Temperatur die maßgebliche Größe. In der Literatur finden sich verschiedene Beziehungen zwischen Farbe und effektiver Temperatur. Es gibt auch Beziehungen, die in geringerem Maße von anderen Sternparametern abhängen, wie z. B. der Metallizität und der Oberflächenschwere des Sterns. ⓘ

Charakteristische spektrale Leistungsverteilung eines A0V-Sterns (T_eff = 9500 K, vgl. Wega) im Vergleich zu Schwarzkörperspektren. Das Spektrum des schwarzen Körpers von 15000 K (gestrichelte Linie) stimmt viel besser mit dem sichtbaren Teil der stellaren SPD überein als das des schwarzen Körpers von 9500 K. Alle Spektren sind so normiert, dass sie sich bei 555 Nanometern schneiden. ⓘ

Subjektive Farbwahrnehmung

Charakteristische Lichtfarben nach DIN EN 12665 ⓘ
Lichtquelle	Farbtemperatur in Kelvin	Reziproke Farbtemperatur in Mired
Warmweiß	< 3300 K	> 303 Mired
Neutralweiß	3300 … 5300 K	303 … 189 Mired
Tageslichtweiß, Kaltweiß	> 5300 K	< 189 Mired

Die Farbtemperatur ist durch die physikalisch definierte Oberflächeneigenschaft eines Strahlers festgelegt. Die übliche Einteilung von Farben in kalte oder warme Farbtöne geht auf ein subjektives Empfinden zurück und ist nicht durch eine Temperatur zu beschreiben. Künstliche Lichtquellen geben vom Tageslicht abweichende Farbwahrnehmungen. Mischungen verschiedener Arten von Lichtquellen können sogar das Wohlgefühl stören. ⓘ

Farbtemperaturen von Lichtquellen

Typische Farbtemperaturen

Farbtemperatur	Lichtquelle ⓘ
1500 K	Kerze
2000 K	Natriumdampflampe (SON-T)
2600 K	Glühlampe (40 W)
2700 K	Glühlampe (60 W)
2800 K	Glühlampe (100 W)
2700–2800 K	Halogenlampe (230 V, Eco-Halogen, 30–60 W)
3000 K	Glühlampe (200 W)
3000–3200 K	Halogenlampe (12 V)
3200 K	Fotolampe Typ B, Halogenglühlampe
3400 K	Fotolampe Typ A bzw. S, Spätabendsonne kurz vor Dämmerungsbeginn
3600 K	Operationssaalbeleuchtung
4000 K	Leuchtstofflampe (Neutralweiß)
4120 K	Mondlicht
4500–5000 K	Xenonlampe, Lichtbogen
5000 K	Morgen-/Abendsonne, D50-Lampe (Druckerei)
5500 K	Vormittags-/Nachmittagssonne
5500–5600 K	Elektronenblitzgerät
5500–5800 K	Mittagssonne, Bewölkung
6500–7500 K	Bedeckter Himmel
7500–8500 K	Nebel, starker Dunst
9000–12.000 K	Blauer (wolkenloser) Himmel auf der beschatteten Nordseite Blaue Stunde
15.000–27.000 K	Klares blaues, nördliches Himmelslicht

Messung

Zur Bestimmung der Farbtemperatur gibt es Farbtemperaturmesser (Kolorimeter). In den 1950er Jahren wurde mit dem Sixticolor des Herstellers Gossen ein Gerät für Amateurfotografen angeboten, das ausschließlich der Messung der Farbtemperatur diente. Eine preiswertere Variante war der Color Finder in verschiedenen Belichtungsmessern dieser Firma. Ein Farbbalken wurde mit verschiedenen Farbfeldern verglichen, das (subjektiv) farbähnlichste Feld gab die Farbtemperatur an. Seit den 1990er Jahren sind Kolorimeter mit Digitalanzeige üblich, bei welchen der Messwert direkt in Kelvin angezeigt wird. ⓘ

Fotografie

Einfluss verschiedener Farbtemperatur-Einstellungen bei der Digitalfotografie. Das erste Bild wurde fälschlicherweise auf 2800 K (warmes Glühlampenlicht) eingestellt. Die Software glich den vermeintlich sehr geringen Blauanteil der Beleuchtung aus. ⓘ

In der Fotografie ist die Berücksichtigung der Farbtemperatur wichtig, damit ein Motiv in den Farben aufgenommen werden kann, die dem natürlichen Seheindruck entsprechen (sollten). Im nebenstehenden Bild ist die Farbwiedergabe des gleichen Motivs bei Aufnahme mit unterschiedlichen manuell eingestellten Farbtemperaturen der Lichtquelle dargestellt. Um beispielsweise den gelblichen Farbton einer Halogenlampe (2800 K) auszugleichen, mithin die Farben dem natürlichen Seheindruck des Menschen anzupassen, erhält das Foto einen Blaustich, der die unterrepräsentierten Blauanteile verstärkt. Umgekehrt werden bei der 10.000-K-Einstellung gelb-orange Farbtöne verstärkt, um ein durch blaustichiges Licht angestrahltes Motiv möglichst farbneutral darzustellen. Wird der automatische Weißabgleich von digitalen Foto- und Videokameras genutzt, so versucht die Schaltung eigenständig jene Einstellung – bezogen auf die „weißeste“ Bildfläche – passend zu ermitteln. ⓘ

Die internationale Norm für mittleres Sonnenlicht beträgt 5500 Kelvin; es ist der Ton eines Sonnentages bei klarem Himmel am Vor- oder Nachmittag. Tageslichtfilme sind so sensibilisiert, dass sie bei Farbtemperaturen um 5500 K eine der Wirklichkeit entsprechende Farbwiedergabe möglich machen. Kunstlichtfilme entsprechen je nach Typ einer Farbtemperatur von 3100 bis 3400 K. ⓘ

Um andere Farbtemperaturen zu erreichen, werden Konversionsfilter vor das Objektiv gesetzt. In der Digitalfotografie wird (oft automatisch) ein Weißabgleich vorgenommen. Eine Nachbearbeitung unkorrekter Farben in einer Bildbearbeitungssoftware ist in gewissen Grenzen möglich, mindert aber die Qualität der Abbildung, sofern nicht mit den Rohdaten des Kamerasensors gearbeitet wird (RAW-Fotografie). Die Wirkung eines Konversionsfilters lässt sich quantifizieren; sie ist in der Einheit Mired angegeben. Negative Werte stehen für bläuliche Filter, positive für rötliche Werte. Die korrigierte Farbtemperatur erhält man, indem man den Mired-Wert des Filters zur gegebenen Farbtemperatur des Lichts addiert. Dabei sind die Vorzeichen der Filter zu beachten. ⓘ