Grundfarbe

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Die Emissionsspektren der drei Leuchtstoffe, die die additiven Grundfarben eines CRT-Farbvideobildschirms definieren. Andere elektronische Farbbildschirmtechnologien (LCD, Plasmabildschirm, OLED) haben analoge Sätze von Primärfarben mit unterschiedlichen Emissionsspektren.

Ein Satz von Primärfarben besteht aus Farbstoffen oder farbigen Lichtern, die in unterschiedlichen Mengen gemischt werden können, um eine Palette von Farben zu erzeugen. Dies ist die wesentliche Methode, um die Wahrnehmung einer breiten Palette von Farben zu erzeugen, z. B. bei elektronischen Anzeigen, Farbdrucken und Gemälden. Die mit einer bestimmten Kombination von Primärfarben verbundenen Wahrnehmungen können durch ein geeignetes Mischungsmodell (z. B. additiv, subtraktiv) vorhergesagt werden, das die physikalische Wechselwirkung des Lichts mit physikalischen Medien und letztlich der Netzhaut widerspiegelt.

Primärfarben können auch konzeptionell (nicht unbedingt real) sein, entweder als additive mathematische Elemente eines Farbraums oder als irreduzible phänomenologische Kategorien in Bereichen wie Psychologie und Philosophie. Die Grundfarben eines Farbraums sind genau definiert und empirisch durch psychophysikalische Farbmessungsexperimente belegt, die für das Verständnis des Farbsehens von grundlegender Bedeutung sind. Die Grundfarben einiger Farbräume sind vollständig (d. h. alle sichtbaren Farben werden durch ihre Grundfarben beschrieben, die mit nichtnegativen Primärintensitätskoeffizienten gewichtet sind), aber notwendigerweise imaginär (d. h. es gibt keine plausible Möglichkeit, diese Grundfarben physisch darzustellen oder wahrzunehmen). Phänomenologische Darstellungen von Primärfarben, wie die psychologischen Grundfarben, wurden als konzeptionelle Grundlage für praktische Farbanwendungen verwendet, obwohl sie an und für sich keine quantitative Beschreibung darstellen.

Die Mengen der Grundfarben im Farbraum sind im Allgemeinen willkürlich in dem Sinne, dass es keine einzige Menge von Grundfarben gibt, die als die kanonische Menge angesehen werden kann. Primärpigmente oder Lichtquellen werden für eine bestimmte Anwendung auf der Grundlage subjektiver Präferenzen sowie praktischer Faktoren wie Kosten, Stabilität, Verfügbarkeit usw. ausgewählt.

Das Konzept der Primärfarben hat eine lange, komplexe Geschichte. Die Wahl der Primärfarben hat sich im Laufe der Zeit in verschiedenen Bereichen, die sich mit Farben beschäftigen, geändert. Beschreibungen von Primärfarben stammen aus Bereichen wie Philosophie, Kunstgeschichte, Farbordnungssystemen und wissenschaftlichen Arbeiten, die sich mit der Physik des Lichts und der Farbwahrnehmung befassen.

In Materialien für den Kunstunterricht werden üblicherweise Rot, Gelb und Blau als Grundfarben bezeichnet, wobei manchmal suggeriert wird, dass alle Farben gemischt werden können. Kein Satz von realen Farbstoffen oder Lichtern kann jedoch alle möglichen Farben mischen. In der Physik sind die drei Grundfarben in der Regel rot, grün und blau, nach den verschiedenen Arten von Photorezeptorpigmenten in den Zapfenzellen.

Farbkreis nach Johannes Itten (1961)
Farbvalenz = Farbe, wie die Leuchtdioden wahrgenommen werden
Farbreiz = Spektrum von Leuchtdioden in Rot, Grün, Blau und Weiß

Grundfarben sind im engeren Sinne die theoretisch in einem gewählten Farbraum als Bezugswert zugrunde gelegten Farbvalenzen. Im weiteren Sinn sind es die zum Mischen nutzbaren Farbmittel, um eine bestimmte Farbwahrnehmung zu erreichen.

Additives Mischen von Licht

Ein Foto der roten, grünen und blauen Elemente (Subpixel) einer LCD-Anzeige. Die additive Mischung erklärt, wie das Licht aus diesen farbigen Elementen für eine fotorealistische Farbbildwiedergabe genutzt werden kann.

Die Wahrnehmung, die durch mehrere Lichtquellen hervorgerufen wird, die denselben Bereich der Netzhaut gleichzeitig stimulieren, ist additiv, d. h. sie wird durch die Summierung der spektralen Leistungsverteilungen (die Intensität jeder Wellenlänge) der einzelnen Lichtquellen unter der Annahme eines farblich passenden Kontextes vorhergesagt. Zum Beispiel könnte ein violetter Scheinwerfer auf dunklem Hintergrund mit blauen und roten Scheinwerfern kombiniert werden, die beide schwächer sind als der violette Scheinwerfer. Wenn die Intensität des violetten Scheinwerfers verdoppelt wurde, könnte er durch Verdoppelung der Intensität des roten und des blauen Scheinwerfers, die mit dem ursprünglichen violetten Scheinwerfer übereinstimmen, angepasst werden. Die Grundsätze der additiven Farbmischung sind in den Grassmannschen Gesetzen verankert. Additives Mischen wird manchmal auch als "additive Farbanpassung" bezeichnet, um die Tatsache zu betonen, dass die auf der Additivität beruhenden Vorhersagen nur unter der Annahme gelten, dass die Farbanpassung im Kontext stattfindet. Die Additivität beruht auf Annahmen über den Kontext der Farbanpassung, z. B. dass sich die Anpassung im fovealen Sichtfeld befindet, bei einer angemessenen Leuchtdichte, usw.

In den Experimenten, die zur Ableitung des CIE 1931-Farbraums verwendet wurden (siehe Abschnitt Farbraum-Primärfarben), wurde die additive Mischung koinzidenter Spotlights angewandt. Die ursprünglichen monochromatischen Grundfarben der Wellenlängen 435,8 nm (violett), 546,1 nm (grün) und 700 nm (rot) wurden in dieser Anwendung verwendet, da sie für die experimentelle Arbeit am besten geeignet waren.

Kleine rote, grüne und blaue Elemente (mit kontrollierbarer Helligkeit) in elektronischen Bildschirmen mischen sich aus einem angemessenen Betrachtungsabstand additiv, um überzeugende Farbbilder zu erzeugen. Diese spezielle Art der additiven Mischung wird als partitive Mischung bezeichnet. Rotes, grünes und blaues Licht sind beliebte Primärfarben für die partitive Mischung, da Primärfarben mit diesen Farbtönen eine große dreieckige Farbskala bieten.

Die genauen Farben, die für die additiven Grundfarben gewählt werden, sind ein Kompromiss zwischen der verfügbaren Technologie (einschließlich Überlegungen wie Kosten und Stromverbrauch) und der Notwendigkeit eines großen Farbumfangs. Im Jahr 1953 legte die NTSC beispielsweise Grundfarben fest, die für die damals verfügbaren Leuchtstoffe für Farbbildröhren repräsentativ waren. Im Laufe der Jahrzehnte führte der Druck des Marktes nach helleren Farben dazu, dass CRTs Primärfarben verwendeten, die erheblich von der ursprünglichen Norm abwichen. Derzeit sind die ITU-R BT.709-5-Primärfarben typisch für hochauflösendes Fernsehen.

Subtraktives Mischen von Farbschichten

Eine vergrößerte Darstellung von kleinen, sich teilweise überlappenden Flecken aus Cyan, Magenta, Gelb und Key (Schwarz) im CMYK-Prozessdruck. Jede Reihe stellt das Muster der sich teilweise überlappenden Farb-"Rosetten" dar, so dass die Muster als blau, grün und rot wahrgenommen werden, wenn sie aus einem typischen Betrachtungsabstand auf weißem Papier betrachtet werden. Die überlappenden Farbschichten mischen sich subtraktiv, während die additive Mischung das Farbbild aus dem von den Rosetten und dem weißen Papier dazwischen reflektierten Licht vorhersagt.

Das Modell der subtraktiven Farbmischung sagt die sich ergebende spektrale Leistungsverteilung von Licht voraus, das durch übereinander liegende, teilweise absorbierende Materialien gefiltert wird, oft im Zusammenhang mit einer darunter liegenden reflektierenden Oberfläche wie weißem Papier. Jede Schicht absorbiert teilweise einige Wellenlängen des Lichts aus dem Beleuchtungsspektrum, während andere durchgelassen werden, was zu einem farbigen Erscheinungsbild führt. Die sich daraus ergebende spektrale Leistungsverteilung wird vorhergesagt, indem man nacheinander das Produkt aus der spektralen Leistungsverteilung des einfallenden Lichts und der Durchlässigkeit an jedem Filter bildet. Beim Druck mischen sich überlappende Farbschichten subtraktiv über reflektierendes weißes Papier, während sich das reflektierte Licht partitiv mischt, um Farbbilder zu erzeugen. Die typische Anzahl von Druckfarben in einem solchen Druckverfahren liegt zwischen 3 und 6 (z. B. CMYK-Prozess, Pantone-Hexachrome). Im Allgemeinen führt die Verwendung von weniger Druckfarben als Primärfarben zu einem wirtschaftlicheren Druck, aber die Verwendung von mehr Druckfarben kann zu einer besseren Farbwiedergabe führen.

Cyan (C), Magenta (M) und Gelb (Y) sind gute chromatische subtraktive Grundfarben, da idealisierte Filter mit diesen Farbtönen überlagert werden können, um einen erstaunlich großen Farbumfang zu erhalten. In CMYK-Systemen wird anstelle einer Mischung von C-, M- und Y-Primärfarben auch eine schwarze Key-Farbe (K) verwendet, da beide Farben zeit- und kosteneffizienter sind und seltener sichtbare Fehler verursachen. Bevor die Farbnamen Cyan und Magenta gebräuchlich waren, wurden diese Grundfarben oft als Blau bzw. Rot bezeichnet, und ihre genaue Farbe hat sich im Laufe der Zeit mit dem Zugang zu neuen Pigmenten und Technologien geändert. Organisationen wie Fogra, European Color Initiative und SWOP veröffentlichen farbmetrische CMYK-Standards für die Druckindustrie.

Die traditionellen Primärfarben Rot, Gelb und Blau

Color Mixing Guide, John L. King 1925, Umschlag und Tafeln zur Beschreibung der Farbmischung von Gelb, Rot und Blau.
Eine Darstellung des Farbkreises von Johannes Itten, die seine Grundfarben Rot, Gelb und Blau innerhalb des zentralen gleichseitigen Dreiecks zeigt.

Farbtheoretiker seit dem 17. Jahrhundert und viele Künstler und Designer seit dieser Zeit haben Rot, Gelb und Blau als Grundfarben angesehen (siehe Geschichte unten). Dieses RYB-System wird in der "traditionellen Farbtheorie" oft verwendet, um Farben zu ordnen und zu vergleichen, und manchmal wird es als System zum Mischen von Pigmenten vorgeschlagen, um eine breite Palette von oder "alle" Farben zu erhalten. O'Connor beschreibt die Rolle der RYB-Primärfarben in der traditionellen Farbtheorie:

Als Eckpfeiler der traditionellen Farbtheorie untermauert das konzeptionelle RYB-Farbmodell die Vorstellung, dass die Schaffung eines umfassenden Spektrums von Farbnuancen durch die Vermischung von roten, gelben und blauen Pigmenten erfolgt, insbesondere wenn sie in Verbindung mit weißer und schwarzer Pigmentfarbe verwendet werden. In der Literatur zur traditionellen Farbtheorie und zu den RYB-Farben werden Rot, Gelb und Blau oft als Primärfarben bezeichnet und stellen eher beispielhafte Farbtöne dar als spezifische Farbtöne, die reiner, einzigartiger oder geschützte Varianten dieser Farbtöne sind. ...

Die traditionelle Farbtheorie basiert mehr auf Erfahrungen mit Pigmenten als auf der Wissenschaft des Lichts. 1920 erklärten Snow und Froehlich: "Es spielt für die Hersteller von Farbstoffen keine Rolle, ob, wie der Physiker sagt, rotes Licht und grünes Licht in einer Mischung gelbes Licht ergeben, wenn sie durch Experimente feststellen, dass rotes Pigment und grünes Pigment in einer Mischung Grau ergeben. Was auch immer das Spektroskop bezüglich der Kombination von gelben und blauen Lichtstrahlen zeigen mag, die Tatsache bleibt bestehen, dass gelbes Pigment gemischt mit blauem Pigment grünes Pigment ergibt. ..."

Die weit verbreitete Einführung des Unterrichts von RYB als Primärfarben an Kunsthochschulen im zwanzigsten Jahrhundert wird dem Einfluss des Bauhauses zugeschrieben, wo Johannes Itten während seiner Zeit in den 1920er Jahren seine Ideen über Farbe entwickelte, sowie seinem 1961 veröffentlichten Buch über Farbe.

In einer Diskussion über Farbdesign für das Web schreibt Jason Beaird: "Der Grund, warum viele Digitalkünstler immer noch einen roten, gelben und blauen Farbkreis zur Hand haben, ist, dass die Farbschemata und Konzepte der traditionellen Farbtheorie auf diesem Modell basieren. ... Auch wenn ich hauptsächlich für das Web entwerfe - ein Medium, das in RGB dargestellt wird - verwende ich immer noch Rot, Gelb und Blau als Grundlage für meine Farbauswahl. Ich glaube, dass Farbkombinationen, die mit dem roten, gelben und blauen Farbkreis erstellt werden, ästhetisch ansprechender sind, und dass es bei gutem Design um Ästhetik geht.

Natürlich ist die Vorstellung, dass alle Farben aus RYB-Grundfarben gemischt werden können, nicht wahr, genauso wenig wie sie in jedem System mit echten Grundfarben wahr ist. Wenn zum Beispiel das blaue Pigment ein tiefes Preußischblau ist, dann kann ein schlammiges, entsättigtes Grün das Beste sein, was durch Mischen mit Gelb erreicht werden kann. Um durch Mischen eine größere Farbskala zu erreichen, sind die blauen und roten Pigmente, die in Anschauungsmaterialien wie dem Farbmischungsleitfaden im Bild verwendet werden, oft näher an Pfauenblau (ein Blaugrün oder Cyan) bzw. Karmin (Farbe) (oder Karminrot oder Magenta). Drucker haben traditionell Tinten mit solchen Farben verwendet, die als "Prozessblau" und "Prozessrot" bekannt waren, bevor sich die moderne Farbwissenschaft und die Druckindustrie auf die Prozessfarben (und Namen) Cyan und Magenta geeinigt haben (damit soll nicht gesagt werden, dass RYB dasselbe ist wie CMY oder dass es genau subtraktiv ist, sondern dass es eine Reihe von Möglichkeiten gibt, das traditionelle RYB als subtraktives System im Rahmen der modernen Farbwissenschaft zu betrachten).

Mischen von Pigmenten in begrenzten Paletten

Ein Selbstporträt von Anders Zorn aus dem Jahr 1896 zeigt deutlich eine Palette mit vier Pigmenten, bei denen es sich vermutlich um Weiß, gelben Ocker, Zinnoberrot und Schwarz handelt.

Die erste bekannte Verwendung von Rot, Gelb und Blau als "einfache" oder "primäre" Farben durch Chalcidius, ca. 300 n. Chr., basierte möglicherweise auf der Kunst des Farbmischens.

Es ist bekannt, dass das Mischen von Pigmenten zum Zweck der Erstellung realistischer Gemälde mit verschiedenen Farbskalen mindestens seit der griechischen Antike praktiziert wurde (siehe Abschnitt Geschichte). Die Identität der minimalen Pigmente zum Mischen verschiedener Farbskalen ist seit langem Gegenstand von Spekulationen von Theoretikern, deren Behauptungen sich im Laufe der Zeit geändert haben, z. B. Plinius' Weiß, Schwarz, das eine oder andere Rot und "Sil", das Gelb oder Blau gewesen sein könnte; Robert Boyle's Weiß, Schwarz, Rot, Gelb und Blau; und Variationen mit mehr oder weniger "primären" Farben oder Pigmenten. Einige Autoren und Künstler fanden es schwierig, diese Schemata mit der tatsächlichen Praxis der Malerei in Einklang zu bringen. Dennoch ist seit langem bekannt, dass begrenzte Paletten, die aus einer kleinen Anzahl von Pigmenten bestehen, ausreichen, um eine breite Palette von Farben zu mischen.

Die Palette der Pigmente, die zum Mischen verschiedener Farbpaletten (in verschiedenen Medien wie Öl, Aquarell, Acryl, Gouache und Pastell) zur Verfügung stehen, ist groß und hat sich im Laufe der Geschichte verändert. Es gibt keinen Konsens über eine bestimmte Gruppe von Pigmenten, die als Primärfarben gelten - die Wahl der Pigmente hängt ganz von den subjektiven Vorlieben des Künstlers in Bezug auf das Thema und den Kunststil sowie von materiellen Überlegungen wie Lichtechtheit und Mischverhalten ab. Künstler haben für ihre Arbeiten eine Vielzahl von begrenzten Paletten verwendet.

Die Farbe des Lichts (d. h. die spektrale Leistungsverteilung), die von beleuchteten Oberflächen reflektiert wird, die mit Farbmischungen beschichtet sind, wird durch ein subtraktives oder additives Mischmodell nicht gut angenähert. Farbvorhersagen, die die Lichtstreuungseffekte von Pigmentpartikeln und die Farbschichtdicke berücksichtigen, erfordern Ansätze, die auf den Kubelka-Munk-Gleichungen beruhen, aber selbst solche Ansätze sind aufgrund inhärenter Einschränkungen nicht geeignet, die Farbe von Farbmischungen präzise vorherzusagen. Künstler verlassen sich in der Regel auf ihre Erfahrung beim Mischen und auf "Rezepte", um die gewünschten Farben aus einer kleinen Anzahl von Grundfarben zu mischen, und verwenden keine mathematische Modellierung.

MacEvoy erklärt, warum sich Künstler oft für eine Palette entschieden haben, die näher an RYB als an CMY liegt: "Weil die 'optimalen' Pigmente in der Praxis unbefriedigende Mischungen ergeben; weil die alternativen Auswahlmöglichkeiten weniger körnig und transparenter sind und dunklere Werte mischen; und weil visuelle Vorlieben relativ gesättigte Gelb- bis Rotmischungen verlangt haben, die auf Kosten relativ stumpfer Grün- und Violettmischungen erzielt wurden. Die Künstler haben die 'Theorie' über Bord geworfen, um in der Praxis die besten Farbmischungen zu erhalten.

Primäre Farbräume

Eine konzeptionelle Visualisierung eines Experiments zur Farbabstimmung. Ein kreisförmiges foveales zweiteiliges Feld (etwa so groß wie ein Daumennagel in einer Armlänge Entfernung) wird dem Betrachter in einer dunklen Umgebung präsentiert. Ein Teil des Feldes wird durch einen monochromatischen Testreiz beleuchtet. Der Teilnehmer stellt die Intensität der drei übereinstimmenden monochromatischen Primärlichter (in der Regel Rot, Grün und Blau) auf beiden Feldern ein, bis sowohl der Testreiz als auch der Vergleichsreiz in genau derselben Farbe erscheinen. In diesem Fall hat der Teilnehmer dem 480-nm-Testreiz Rot hinzugefügt und den Match-Reiz, der nur aus grünem und blauem Licht mit vergleichbarer Intensität besteht, nahezu angepasst. Die hier gezeigten spezifischen monochromatischen Grundfarben stammen aus dem Experiment von Stiles-Burch 1955.
Die CIE-RGB- und CIE-XYZ-Farbanpassungsfunktionen sowie die LMS-Kegelgrundlagen. Die Kurven beziehen sich alle auf 2°-Felder.

Die Farbraum-Primärwerte stammen aus kanonischen farbmetrischen Experimenten, die ein standardisiertes Modell eines Beobachters (d. h. eine Reihe von Farbanpassungsfunktionen) darstellen, das von den Normen der Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) übernommen wurde. Die verkürzte Darstellung der Farbraum-Primärfarben in diesem Abschnitt basiert auf den Beschreibungen in Colorimetry - Understanding The CIE System.

Der CIE-Standardbeobachter von 1931 wurde aus Experimenten abgeleitet, bei denen die Teilnehmer ein foveales, zweigeteiltes 2°-Feld mit einer dunklen Umgebung beobachteten. Die Hälfte des Feldes wird mit einem monochromatischen Testreiz (im Bereich von 380 nm bis 780 nm) beleuchtet, die andere Hälfte ist der passende Reiz, der mit drei übereinstimmenden monochromatischen Primärlichtern beleuchtet wird: 700 nm für Rot (R), 546,1 nm für Grün (G) und 435,8 nm für Blau (B). Diese Primärlichter entsprechen dem CIE-RGB-Farbraum. Die Intensitäten der primären Lichter konnten vom teilnehmenden Beobachter angepasst werden, bis der passende Stimulus mit dem Teststimulus übereinstimmte, wie es die Grassmanschen Gesetze der additiven Mischung vorhersagen. Seit 1931 wurden verschiedene Standardbeobachter aus anderen Farbvergleichsexperimenten abgeleitet. Die Variationen in den Experimenten umfassen die Wahl der primären Lichter, des Sichtfeldes, der Anzahl der Teilnehmer usw., aber die folgende Darstellung ist repräsentativ für diese Ergebnisse.

Die Anpassung wurde bei vielen Teilnehmern in inkrementellen Schritten entlang des Wellenlängenbereichs des Teststimulus (380 nm bis 780 nm) durchgeführt, um schließlich die Farbanpassungsfunktionen zu erhalten: , und die die relativen Intensitäten von rotem, grünem und blauem Licht zur Anpassung an jede Wellenlänge darstellen (). Diese Funktionen implizieren, dass Einheiten des Testreizes mit beliebiger spektraler Leistungsverteilung, Der Farbabgleich kann durch [R]-, [G]- und [B]-Einheiten jedes Primärlichts erfolgen, wobei:

Gl. 1

Jeder Integralterm in der obigen Gleichung wird als Tristimuluswert bezeichnet und misst Beträge in den angenommenen Einheiten. Kein Satz echter Primärlichter kann bei additiver Mischung mit einem anderen monochromatischen Licht übereinstimmen, so dass mindestens eine der Farbanpassungsfunktionen für jede Wellenlänge negativ ist. Ein negativer Tristimuluswert bedeutet, dass die betreffende Primärfarbe dem Testreiz anstelle des Anpassungsreizes hinzugefügt wird, um eine Übereinstimmung zu erzielen.

Die negativen Tristimuluswerte erschwerten bestimmte Berechnungen, so dass die CIE neue Farbanpassungsfunktionen aufstellte , , und durch die folgende lineare Transformation definiert:

Gl. 2

Diese neuen Farbabstimmungsfunktionen entsprechen den imaginären Primärlichtern X, Y und Z (CIE-Farbraum XYZ). Alle Farben können angepasst werden, indem die Beträge [X], [Y] und [Z] analog zu [R], [G] und [B], wie in Gl. 1 definiert, ermittelt werden. Die Funktionen , , und basierend auf der Vorgabe, dass sie für alle Wellenlängen nicht-negativ sein sollten, gleich der photometrischen Leuchtdichte sind und dass für einen gleichenergetischen (d. h. eine gleichmäßige spektrale Leistungsverteilung) Testreiz.

Ableitungen verwenden die Farbanpassungsfunktionen zusammen mit Daten aus anderen Experimenten, um letztendlich die Zapfengrundlagen zu erhalten: , und . Diese Funktionen entsprechen den Reaktionskurven für die drei Arten von Farbphotorezeptoren in der menschlichen Netzhaut: langwellige (L), mittelwellige (M) und kurzwellige (S) Zapfen. Die drei Zapfengrundlagen werden durch die folgende lineare Transformation (spezifisch für ein 10°-Feld) mit den ursprünglichen Farbanpassungsfunktionen in Beziehung gesetzt:

Gl. 3

Die L-, M- und S-Primäre entsprechen imaginären Lichtern, die nur die L-, M- bzw. S-Zapfen stimulieren. Diese Grundfarben bilden die Grundlage für den LMS-Farbraum, der von großer physiologischer Bedeutung ist, da diese drei Photorezeptoren das trichromatische Farbensehen des Menschen vermitteln.

Die hier beschriebenen R-, G- und B-Primärfarben sind insofern real, als sie physikalische Lichter darstellen, aber unvollständig, da einige Farben nicht mit primären Intensitätskoeffizienten übereinstimmen, die alle nicht-negativ sind. Die X-, Y- und Z-Primärfarben sowie die L-, M- und S-Primärfarben sind imaginär, da keine von ihnen durch reale Lichter oder Farbstoffe dargestellt werden können, und vollständig, da alle Farben durch primäre Intensitätskoeffizienten definiert werden können, die alle nicht negativ sind. Andere Farbräume wie sRGB und scRGB sind teilweise durch lineare Transformationen von CIE XYZ definiert, die ihre eigenen spezifischen Grundfarben haben. Die Wahl des zu verwendenden Farbraums ist im Grunde willkürlich und hängt vom Nutzen für eine bestimmte Anwendung ab.

Der Kontext für die Farbanpassung ist immer dreidimensional (wie in allen zuvor beschriebenen Farbräumen), aber allgemeinere Modelle für das Erscheinungsbild von Farben wie CIECAM02 beschreiben Farben in mehr Dimensionen und können verwendet werden, um vorherzusagen, wie Farben unter verschiedenen Betrachtungsbedingungen erscheinen.

Menschen sind in der Regel Trichromaten und verwenden drei (oder mehr) Primärfarben für Farbwiedergabeanwendungen, die verschiedene Farbspektren erfordern. Einige Menschen sind Monochromaten oder Dichromaten, was bestimmten Formen der Farbenblindheit entspricht, bei denen das Farbsehen nur durch eine oder zwei Arten von Farbrezeptoren vermittelt wird. Teilnehmer mit Farbenblindheit, die an Experimenten zur Farbabstimmung teilnahmen, waren für die Bestimmung der Grundlagen der Zapfen unerlässlich. Es gibt einen wissenschaftlichen Bericht über einen funktionierenden menschlichen Tetrachromaten. Die meisten anderen Säugetiere sind Dichromaten, während Vögel und viele Fische Tetrachromaten sind.

Psychologische Grundfarben

Ewald Herings Illustration der psychologischen Grundfarben. Rot/Grün und Gelb/Blau bilden Gegensatzpaare (oben). Jede Farbe kann psychologisch gemischt werden, um andere Farben zu bilden (unten), und zwar mit beiden Mitgliedern des anderen Paares, nicht aber mit dem Gegenspieler, so Hering.

Das Gegenspielerverfahren wurde von Ewald Hering vorgeschlagen, der die vier "einfachen" oder "Grundfarben" als Rot, Grün, Gelb und Blau beschrieb. Für Hering erschienen die Farben entweder als diese reinen Farben oder als "psychologische Mischungen" von zwei dieser Farben. Darüber hinaus waren diese Farben in "gegnerischen" Paaren organisiert, Rot gegen Grün und Gelb gegen Blau, so dass Mischungen zwischen den Paaren (z. B. ein gelbliches Grün oder ein gelbliches Rot), aber nicht innerhalb eines Paares (d. h. ein grünliches Rot ist nicht vorstellbar) auftreten konnten. Ein achromatischer Gegenprozess entlang von Schwarz und Weiß ist ebenfalls Teil von Herings Erklärung der Farbwahrnehmung. Hering behauptete, wir wüssten nicht, warum diese Farbbeziehungen wahr sind, aber wir wüssten, dass sie wahr sind. Rot, Grün, Gelb und Blau (manchmal zusammen mit Weiß und Schwarz) werden als die psychologischen Grundfarben bezeichnet. Obwohl es viele Beweise für den gegensätzlichen Prozess in Form von neuronalen Mechanismen gibt, gibt es derzeit keine eindeutige Zuordnung der psychologischen Grundfarben zu neuronalen Substraten.

Die psychologischen Grundfarben wurden von Richard S. Hunter als Grundfarben für den Hunter L,a,b-Farbraum verwendet, der zur Schaffung von CIELAB führte. Das Natural Color System ist ebenfalls direkt von den psychologischen Grundfarben inspiriert.

Geschichte

Philosophie

In philosophischen Schriften aus dem antiken Griechenland wurden Vorstellungen von Primärfarben beschrieben, die jedoch im Sinne der modernen Farbwissenschaft schwer zu interpretieren sind. Theophrastus (ca. 371-287 v. Chr.) beschrieb Demokrits Position, dass die Primärfarben Weiß, Schwarz, Rot und Grün seien. Im klassischen Griechenland bezeichnete Empedokles Weiß, Schwarz, Rot und (je nach Interpretation) entweder Gelb oder Grün als Primärfarben. Aristoteles beschrieb ein Konzept, bei dem Weiß und Schwarz in verschiedenen Verhältnissen gemischt werden konnten, um Buntfarben zu erhalten; diese Idee hatte erheblichen Einfluss auf das westliche Farbdenken. François d'Aguilons Vorstellung von den fünf Grundfarben (Weiß, Gelb, Rot, Blau, Schwarz) wurde von Aristoteles' Idee beeinflusst, dass die Buntfarben aus Schwarz und Weiß bestehen. Der Philosoph Ludwig Wittgenstein erforschte im 20. Jahrhundert farbbezogene Ideen, indem er Rot, Grün, Blau und Gelb als Grundfarben verwendete.

Das Farbschema von François d'Aguilon, bei dem die beiden einfachen Farben Weiß (albus) und Schwarz (niger) zu den "edlen" Farben Gelb (flavus), Rot (rubeus) und Blau (caeruleus) gemischt werden. Orange (aureus), Purpur (purpureus) und Grün (viridis) sind jeweils Kombinationen aus zwei edlen Farben.

Licht und Farbensehen

Isaac Newton verwendete den Begriff "Primärfarbe", um die farbigen Spektralanteile des Sonnenlichts zu beschreiben. Eine Reihe von Farbtheoretikern war mit Newtons Arbeit nicht einverstanden. David Brewster vertrat bis in die 1840er Jahre hinein die Ansicht, dass rotes, gelbes und blaues Licht zu jedem beliebigen Spektralfarbton kombiniert werden könne. Thomas Young schlug Rot, Grün und Violett als die drei Grundfarben vor, während James Clerk Maxwell die Umwandlung von Violett in Blau befürwortete. Hermann von Helmholtz schlug "ein leicht violettes Rot, ein vegetationsgrünes, leicht gelbliches und ein ultramarinblaues" als Trio vor. Newton, Young, Maxwell und Helmholtz leisteten alle einen bedeutenden Beitrag zur "modernen Farbwissenschaft", die die Farbwahrnehmung letztlich mit Hilfe der drei Arten von Photorezeptoren der Netzhaut beschrieb.

Farbstoffe

John Gages The Fortunes of Apelles gibt einen Überblick über die Geschichte der Primärfarben als Pigmente in der Malerei und beschreibt die Entwicklung dieser Idee als komplex. Gage beginnt mit einer Beschreibung von Plinius dem Älteren, der von namhaften griechischen Malern berichtet, die vier Grundfarben verwendeten. Plinius unterschied die Pigmente (d. h. Substanzen) nach ihren offensichtlichen Farben: Weiß aus Milos (ex albis), Rot aus Sinope (ex rubris), attisches Gelb (sil) und Atramentum (ex nigris). Sil wurde historisch gesehen zwischen dem 16. und 17. Jahrhundert als blaues Pigment verwechselt, was zu der Behauptung führte, dass Weiß, Schwarz, Rot und Blau die wenigen für die Malerei erforderlichen Farben seien. Thomas Bardwell, ein Porträtmaler aus Norwich im 18. Jahrhundert, war skeptisch, was die praktische Relevanz von Plinius' Darstellung angeht.

Der irische Chemiker Robert Boyle führte 1664 den Begriff der Primärfarben in die englische Sprache ein und behauptete, es gebe fünf Primärfarben (Weiß, Schwarz, Rot, Gelb und Blau). Der deutsche Maler Joachim von Sandrart schlug schließlich vor, Weiß und Schwarz aus den Grundfarben zu streichen und nur noch Rot, Gelb, Blau und Grün zu benötigen, um "die ganze Schöpfung" zu malen.

Teilweise Liste von Autoren, die Rot, Gelb und Blau als (chromatische) Grundfarben vor dem 18. Jahrhundert beschrieben (nach Shamey und Kuehni)
Jahr Autor Farbbegriffe Beschreibender Begriff
Ca. 325 Chalcidius Pallidus, Rubeus, Cyaneus Allgemeine Farben
Ca. 1266 Roger Bacon Glaucus, rubeus, viriditas Wichtigste Arten
Ca. 1609 Anselmus de Boodt Flavus, ruber, caeruleus Wichtigste Farben
Ca. 1613 François d'Aguilon Flavus, rubeus, caeruleus Einfache Farben
Ca. 1664 Robert Boyle Gelb, Rot, Blau Einfach, primär
Ca. 1680 André Félibien Jaune, rouge, bleu Prinzipiell, primitiv

Rot, Gelb und Blau als Grundfarben wurden im 18. und 19. Jahrhundert zu einer beliebten Vorstellung. Jacob Christoph Le Blon, ein Kupferstecher, war der erste, der für jede Farbe in der Schabkunst getrennte Platten verwendete: Gelb, Rot und Blau sowie Schwarz, um Schattierungen und Kontraste hinzuzufügen. Le Blon benutzte 1725 den Begriff primitiv, um Rot, Gelb und Blau in einem ähnlichen Sinne zu beschreiben wie Boyle den Begriff primär. Moses Harris, ein Entomologe und Graveur, beschreibt 1766 ebenfalls Rot, Gelb und Blau als "primitive" Farben. Léonor Mérimée beschrieb Rot, Gelb und Blau in seinem Buch über die Malerei (ursprünglich 1830 in französischer Sprache veröffentlicht) als die drei einfachen/primitiven Farben, die eine "große Vielfalt" von Tönen und Farben ergeben können, die in der Natur vorkommen. George Field, ein Chemiker, verwendete 1835 das Wort Primärfarben, um Rot, Gelb und Blau zu beschreiben. Michel Eugène Chevreul, ebenfalls Chemiker, sprach 1839 von Rot, Gelb und Blau als "Primärfarben".

Farbordnungssysteme

Johann Heinrich Lamberts Tetraeder "Farbenpyramide" aus dem Jahr 1772. Die Pigmente Gamboge (Gelb), Karmin (Rot) und Preußischblau werden in den Eckfeldern jeder "Helligkeitsstufe" verwendet, wobei Mischungen die anderen Felder ausfüllen und Weiß an der Spitze steht.
Philipp Otto Runges Skizze zeigt bl (blau), g (gelb) und r (rot) als Grundfarben.

Historische Betrachtungen über Farbordnungssysteme ("Farbkataloge"), die im 18. und 19. Jahrhundert vorgeschlagen wurden, beschreiben diese als mit roten, gelben und blauen Pigmenten als chromatische Grundfarben. Tobias Mayer (ein deutscher Mathematiker, Physiker und Astronom) beschrieb 1758 in einer öffentlichen Vorlesung eine dreieckige Bipyramide mit den Farben Rot, Gelb und Blau an den drei Eckpunkten in derselben Ebene, Weiß am oberen Eckpunkt und Schwarz am unteren Eckpunkt. Im Inneren der dreieckigen Bipyramide befinden sich zwischen dem weißen und dem schwarzen Scheitelpunkt 11 Ebenen mit Farben. Mayer schien nicht zwischen farbigem Licht und Farbstoff zu unterscheiden, obwohl er Zinnoberrot, Orpiment (Königsgelb) und Bergblau (Azurit) in teilweise vollständigen Färbungen von Flächen in seinem Körper verwendete. Johann Heinrich Lambert (ein Schweizer Mathematiker, Physiker und Astronom) schlug eine dreieckige Pyramide mit Gamboge, Karmin und Preußischblau als Grundfarben und nur Weiß am oberen Scheitelpunkt vor (da Lambert mit diesen Pigmenten eine ausreichend schwarze Mischung herstellen konnte). Lamberts Arbeit über dieses System wurde 1772 veröffentlicht. Philipp Otto Runge (der deutsche Maler der Romantik) glaubte fest an die Theorie von Rot, Gelb und Blau als Grundfarben (wiederum ohne zwischen Lichtfarbe und Farbstoff zu unterscheiden). Seine Farbkugel wurde schließlich in einem Aufsatz mit dem Titel Farben-Kugel beschrieben, der 1810 von Goethe veröffentlicht wurde. In seinem Kugelmodell waren die Farben Rot, Gelb und Blau in Längsrichtung gleichmäßig verteilt, mit Orange, Grün und Violett dazwischen und Weiß und Schwarz an den gegenüberliegenden Polen.

Rot, Gelb und Blau als Primärfarben

Zahlreiche Autoren lehren, dass Rot, Gelb und Blau (RYB) die Grundfarben sind, und zwar mindestens seit dem 19. Jahrhundert in Kunstlehrmaterialien, die den oben aufgeführten Ideen aus früheren Jahrhunderten folgen.

Eine Vielzahl zeitgenössischer pädagogischer Quellen beschreibt ebenfalls die RYB-Primärfarben. Diese Quellen reichen von Kinderbüchern über Kunstmaterialhersteller bis hin zu Mal- und Farbführern. In den Materialien zur Kunsterziehung wird häufig darauf hingewiesen, dass die RYB-Grundfarben gemischt werden können, um alle anderen Farben zu erzeugen.

Kritik

Albert Munsell, ein amerikanischer Maler (und Schöpfer des Munsell-Farbsystems), bezeichnete den Begriff RYB-Primärfarben in seinem 1905 erstmals veröffentlichten Buch A Color Notation als "Unfug", "einen weithin akzeptierten Irrtum" und zu wenig spezifiziert.

Ittens Ideen über die RYB-Primärfarben wurden kritisiert, weil sie die moderne Farbwissenschaft ignorieren, und es wurde nachgewiesen, dass einige von Ittens Behauptungen über das Mischen von RYB-Primärfarben unmöglich sind.

Begriffe

Allgemein

Alle folgenden Überlegungen, insbesondere die in vielen Varianten auftretende Dreizahl der Grundfarben, beziehen sich auf die spezifisch menschliche Farbwahrnehmung (Trichromasie) und sind auf die Farbwahrnehmung vieler Tiere daher nicht unverändert anwendbar.

Auf den Erfahrungen der Kunstmaler beruht eine „Drei-Farben-Theorie“ mit den grundlegenden Farben Rot, Gelb und Blau, aus denen alle anderen Farben mischbar seien. Für den RGB-Farbraum sind es dagegen die drei Valenzen Rot, Grün und Blau, auf die die Leuchtstoffe des Monitors optimal abgestimmt werden. Die Grundfarben eines Mehrfarbendrucks, beispielsweise eines Tintenstrahldrucks, sind: Gelb, Magenta (Rotblau/Fuchsia) und Cyan (Blaugrün). Für die Beschreibung des Farbraums reichen drei Grundfarben, die Wahrnehmung allerdings beruht auf Gegensatz-Paaren (Vier-Farben-Theorie). Für die Beschreibung der Farben sind prinzipiell unterschiedliche Farbentripel als Grundfarben möglich.

Spektralfarbe

Spektralfarben sind die leuchtstarken, reinen Farben, wie sie sich im Sonnenspektrum, am Rand von CDs oder beim Regenbogen zeigen. Newton ordnete wegen der heiligen Zahl Sieben diesem Kontinuum sieben Grundfarben zu: Violett, Indigo, Blau, Grün, Gelb, Gelbrot, Rot, obwohl das Kontinuum eine durchgehende Farbenfolge bietet. Das „weiße“ Licht wird durch Beugungs- oder Interferenzeffekte in die „bunten“ Farben des Spektrums zerlegt. Genauer sind es Farbreize die durch die wellenlängenabhängige Aufspaltung als Farbvalenzen wahrgenommen werden. Eine Spektralfarbe ist dabei typischerweise das Aussehen einer „einzelnen“ Wellenlänge oder (realer) monochromatisches Licht. „Mischungen“ aus mehreren Spektralfarben werden als Valenzfarben bezeichnet, so ist die Valenzfarbe Magenta eine „Überlagerung“ der Spektralfarben Violett und Rot.

Farbvalenz

Das auslösende Ereignis des Farbeindruckes ist der Farbreiz, die daraus folgende rechnerische Größe (Zahlenwert oder Vektor) ist die Farbvalenz.

Primärvalenzen

Bei der Erarbeitung des CIE-Normvalenzsystems wurden drei Primärvalenzen als Eichfarbwerte ermittelt, die aus den Empfindlichkeiten der drei Zapfen abgeleitet sind. Die Primärvalenzen entsprechen dem LMS-Farbraum, dabei wird der L-Zapfen(valenz) mit    bezeichnet, dem M-Zapfen wird die Primärvalenz   zugeordnet und die aus dem Empfindlichkeitsspektrum der S-Zapfen abgeleitete Primärvalenz wird mit    bezeichnet. Diese Primärvalenzen werden als Basisvektoren eines dreidimensionalen Farbraumes genutzt. Die Buchstaben L, M und S für die Zapfen stehen für long-, medium- und shortwave.

Zu den Anfängen der Farbmessung wurden diese Primärvalenzen mittelbar gemessen. Bei dieser Messtechnik wurde (durch Ändern des Vergleichslichtes) Licht abgezogen, sozusagen Farbe weggenommen. Um solche negativen Farbwerte zu vermeiden, wurden nach den Rechenvorschriften für Vektoren virtuelle Grundvalenzen abgeleitet, die den Farbraum aufspannen, dies sind

   als Rot-,   als Grün- und   als Blauvalenz.

Nicht-Farbe

In verschiedenen Farbräumen sind die für die 3D-Modelldarstellung benötigten Parameter so ausgewählt, dass die gewonnene Farbvalenz keiner sichtbaren Farbe entspricht oder dass das Ergebnis außerhalb des Gamuts liegt. In der Farbmetrik werden solche (nicht wahrnehmbare) Farborte als „Nicht-Farbe“ oder besser als imaginäre Farben bezeichnet.

Optimalfarben

Spektrum einer Optimalfarbe über einem spektralähnlichen Farbdesign

Von Wilhelm Ostwald und von Robert Luther vertieft, entstand der Begriff „Optimalfarben“ für idealisierte Farben, die auf Ausschnitten des Spektrums beruhen, wobei die Intensitäten nur die Werte 0 und 1 annehmen. Je nach Lage der Sprungwellenlängen gibt es blaue Kurzendfarben, grüne Mittelfarben, rote Langendfarben und violette Mittelfehlfarben.

Hell-Dunkel, Unbuntfarben

Etwas abseits der bunten Farben finden sich Schwarz und Weiß, die „extremen“ Fälle von Neutralgrau. Diese Unbuntfarben nehmen eine gesonderte Rolle ein, da sie (eben gerade) nicht bunt sind.

Bei Wilhelm Ostwald finden sich die Begriffe als verhüllte (das ist verschwärzlicht) und verweißlichte Farben, die er den Optimalfarben entgegensetzte. Den Durchbruch hierfür schaffte Siegfried Rösch, indem er aus den Optimalfarben den Begriff der Relativ-Helligkeit ableitete.

Vollfarbe

In Ostwalds Farbkreis ist Vollfarbe die Bezeichnung für die Buntheit. Es sind die gesättigsten und reinsten (weil eng begrenzten) Optimalfarben. In diesem Farbsystem werden die Farben durch Schwarz trüber also weniger gesättigt, und werden verschwärzlicht genannt. Der Zusatz von Weiß, das Verweißlichen, bedingt eine Zunahme der Helligkeit der Farbe. Wird der Weißanteil des Anteils Vollfarbe verdrängt wird die Unbuntfarbe Weiß erhalten. Die gesamte Anteilsumme »Farbe = Vollfarbeanteil v + Weißanteil w + Schwarzanteil s« liegt dabei immer bei 100 %, denn mehr als Farbe geht nicht.

Urfarben

Ewald Hering legte die vier Urfarben Rot, Gelb, Blau und Grün seiner Gegenfarbtheorie zugrunde, wobei die Farbenpaare Rot/Grün und Blau/Gelb sich einander als Gegenfarben ausschließen.

Küppers nutzt für seine Farbtheorie die Bezeichnung Urfarben für die Farbempfindungen Orangerot (R), Grün (G) und Violettblau (B). Diese Urfarben ergeben sich aus den (symbolisierten) „Empfindungskräften“ des Sehorgans, wie diese letztlich dem LMS-Farbraum entsprechend zu Grunde liegen.

Grundfarben in Sprachen

Der als kontinuierlich empfundene Farbkreis kann unterschiedlich durch Grundfarben geteilt werden. Was als Grundfarbe bezeichnet oder empfunden wird, hängt von kulturellen Traditionen und Konventionen ab.

Im europäischen System (indoeuropäischer Sprachraum) werden vier (oder sechs) Farben zu Grunde gelegt: Neben „Schwarz“ und „Weiß“ sind die vier grundlegenden „bunten“ Farben „Rot“, „Blau“, „Gelb“ und „Grün“ bekannt. Dieses Namenssystem ist allerdings relativ jung. In der Antike galten noch ganz andere Grundfarben.

Germanische Farbnamen drangen nach der Völkerwanderungszeit in die romanischen Sprachen ein: Das germanische Farbwort gel (gelb, englisch yellow) findet sich als giallo im italienischen und ähnlich zum Teil in anderen romanischen Sprachen wieder. Ebenso wurde das althochdeutsche blao (blau) von mehreren romanischen Sprachen übernommen: französisch bleu, italienisch blu und katalanisch blau.

Auch das Wort blanc (katalanisch und französisch für „weiß“, ebenso italienisch bianco, spanisch blanco und portugiesisch branco) hat einen im deutschen Wort „blank“ noch erkennbaren germanischen Ursprung. Das eigentliche lateinische Wort für „weiß“ war dagegen albus (vergleiche Album), was im portugiesischen alvo („weiß“, „rein“), im rumänischen alb („weiß“) und im spanischen alba („Morgengrauen“) fortlebt. Vergleiche dazu blanco und oscuro (für Hell und Dunkel).

Das aus älteren (süd)französischen Varietäten bekannte Farbwort „azur“ (vgl. „Côte d’Azur“) findet sich auch in italienisch azzurro und spanisch: azul wieder. Originär Italienisch Sprechende empfinden blu (Dunkelblau) und azzurro (Himmelblau) als völlig verschiedene Grundfarben, etwa wie Gelb und Grün für einen Deutschsprachigen unterschiedliche Farben darstellen. Für die Römer war der Himmel nicht „blau“, sondern „hell“.

Im griechisch steht χλωρός (chloros) für „gelb-grün“ (vergleiche das Element Chlor und Chlorophyll), γλαυκός (glaucos) ist ein stumpfes „blau-grau-grün“ (vergleiche hierzu Glaukom).

Die japanische Sprache kennt außer der Entlehnung von „gurin“ (green) aus dem Englischen keine Kategorie Grün, vielmehr wird „Grün“ als (gelbe) Schattierung von Blau angesehen (Ausbausprache).

Die chinesische Sprache unterscheidet zwei Arten von Grün: 綠色 (lü se) oder nur 綠 (lü) für ein helles, eher gelbliches Grün und 青色 (qing se) für ein sattes, ins Bläuliche übergehendes Grün, Türkis oder Cyan.

Farbräume und -modelle