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Kapitel B: Farbensehen und Farbmetrik (2020), Hauptteil BGSI

1. Einführung und Ziele.

Die Ostwald-Farben haben die maximalsten Buntwerte CAB2 von allen Körperfarben. Die Wellenlängenbereiche der Ostwald-Farben werden durch kompensative Wellenlängen begrenzt. Sie bilden daher ein "Farbenhalb". Die Wellenlängengrenzen ändern sich etwas mit der Lichtart.

Jede benachbarte Umgebung ändert die Farbstufung und Farberscheinung, zum Beispiel einer Graureihe.


Bild 1: Stufungsfunktionen auf weißer, grauer und schwarzer Umgebung
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Nach IEC 61966-2-1 (sRGB-Farbenraum) wird die Graustufung der Helligkeit L* nach CIELAB auf einem mittelgrauen Umfeld durch eine Potenzfunktion mit dem Exponenten 1/2,4 angenähert. Dann unterscheiden sich die Helligkeitsfunktionen im Bild nur noch durch die drei Exponenten 1/2=0,5, 1/2,4=0,42 und 1/3=0,33.

2. Beobachtungssituationen von aneinandergrenzenden und separaten Farben

Die Beobachtungssituation, zum Beispiel von separaten oder aneinandergrenzenden Farben, hat einen Einfluß auf die Farberscheinung und die Farbstufung.


Bild 2: Relative Farbstufung von grauen Testfeldern im Vergleich zu Schwarz und Weiß
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Das Bild zeigt Helligkeitsschätzwerte der grauen Felder im Vergleich zu der Helligkeit 0 von Schwarz und 100 für Weiß.


Bild 3: Gerade erkennbare Grauunterschiede (JNDs) von benachbarten und separaten Graufeldern
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Die Leuchtdichteunterschiede delta_L für gerade erkennbare Unterschiede (Just Noticeable Differences) JND nehmen mit der Trennung der Muster zu.


Bild 4: Gerade erkennbare Unterschiede (JNDs) als Funktion des Musterabstands in mm
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Die gemessenen Unterschiede delta_L für gerade erkennbare Unterschiede (Just Noticeable Differences) JNDs sind bei separaten Feldern um bis zu einem Faktor drei größer. Nach Kittelmann (2010) gilt dies f¨r alle Farbmuster die sich in Helligkeitsrichtung ändern und mit den CIELAB-Daten im Bild.

3. Farbmerkmale Schwarzheit N*, Weißheit W*, Buntheit C* und die antagonistischen Merkmale I*, T* und A*

Das visuelle System kann die Farben nach Farbmerkmalen ordnen. Zur Bestimmung und Unterscheidung benötigt man definierte Kriterien. Für das antagonistische Paar Schwarzheit N* und Brilliantheit I* ist dies das Kriterium weder verschwärzlicht noch leuchtend.


Bild 5: Farbmerkmale Schwarzheit N* und Brilliantheit I*
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Gestrichelte rote Linien zeigen die Gleichheit des Farbmerkmals Schwarzheit N* oder des antagonistischen Farbmerkmals Brilliantheit I* an.


Bild 6: Farbmerkmale Weißheit W* und Farbtiefe T*
Zum Herunterladen dieses Bildes im Format VG-PDF, siehe BGS31-4A.PDF.

Gestrichelte rote Linien zeigen die Gleichheit des Farbmerkmals Weißheit W* oder des antagonistischen Farbmerkmals Farbtiefe T* an.


Bild 7: Farbmerkmale Buntheit C* und Unbuntheit A*
Zum Herunterladen dieses Bildes im Format VG-PDF, siehe BGS31-7A.PDF.

Gestrichelte rote Linien zeigen die Gleichheit des Farbmerkmals Buntheit C* oder des antagonistischen Farbmerkmals Unbuntheit A* an.

4. Antagonistische Optimalfarben eines Farbenhalbs

Eine Optimalfarbe ist in der Regel durch zwei Spungstellen der spektralen Reflexion definiert. Bei einer speziellen Bandbreite und mit kompensativen Wellenlängengrenzen werden Körperfarben mit den größten Buntwerten CAB2 erzeugt. Sie werden Ostwald-Optimalfarben genannt.


Bild 8: Spektrale Reflexion der Ostwald-Optimalfarbe Rot Rd
Zum Herunterladen dieses Bildes im Format VG-PDF, siehe BGS51-1A.PDF.

Die beiden Spektralfarben der Wellenlänge 567 nm und der Wellenlänge 720 nm am visuellen Spektralende sind kompensativ oder komplementär. In einem geeigneten Verhältnis mischen sich beide Wellenlängen zum Weiß W der CIE-Normlichtart D65 (Tageslicht).

Die Pfeile von unten nach oben sollen andeuten, dass man Farben von Schwarz N aus additiv ermischen kann.
Die Pfeile von oben nach unten sollen andeuten, dass man Farben von Weiß W aus subtraktiv ermischen kann.
Die Bedeutung der Pfeile wird weiter in den Bilder 10 und 11 beschrieben.


Bild 9: Spektrale Reflexion der Ostwald-Optimalfarbe Cyan Cd
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Die additive Mischung der Farben Cyan Cd und Rot Rd erzeugt Weiß. Die additive Mischung ergibt das Gesamtspektrum von Weiß W.

Die beiden Farben Cd und Rd sind aus Spektralfarben aus unterschiedlichen Bereichen gemischt. Ihr Aussehen ist oben rechts in einem Quadrat dargestellt.

An fast allen Bildschirmen wird Weiß aus den Gerätefarben Rot Rd und Cyan Cd gemischt. Cyan Cd besteht aus einer Mischung von Grün Gd und Blau Bd. Weiß W wird daher additiv aus den drei Farben Rd, Gd und Bd gemischt.


Bild 10: LABJND-Buntwerte des Displays WideColourGamut (WCGa) der EBU 2020
Zum Herunterladen dieses Bildes im Format VG-PDF, siehe BGE41-8N.PDF.

Im Farbenraum LABJND sind die radialen Buntwerte CAB2 von antagonistischen Farben gleich, zum Beispiel von Cd und Rd, die sich zu Weiß mischen.


Bild 11: CIELAB-Buntheiten des Displays WideColourGamut (WCGa) der EBU 2020
Zum Herunterladen dieses Bildes im Format VG-PDF, siehe BGE41-2N.PDF.

Zum Beispiel die Buntheiten C*ab von CIELAB sind für antagonistische Farben nicht gleich. CIELAB kann daher zur Beschreibung von Displayfarben weniger geeignet sein.

Die CIELAB-Buntheiten erhöhen sich für große Buntheiten von Gelb und Grün im Verhältnis zu den visuelen Abständen, siehe IRichter (1980), Cube Root Colour Spaces and Chromatic Adaptation, CR&A. Diese Eigenschaft wird auch in Bild 11 sichtbar. Daher kann der Farbenraum LABJND zur Beschreibung der Farberscheinung und von Farbabständen besser geeignet sein als CIELAB.

5. Farbvektoren des antagonistischen Farbsehmodells und Zusammenhang mit linearen Farbwerten sowie linearen und nichtlinearen Farbmerkmalen.


Bild 12: Farbmischung der Bunttöne Rot und Cyan bei Start von entweder Schwarz N oder Weiß W
Zum Herunterladen dieses Bildes im Format VG-PDF, siehe BGS80-2A.PDF.

Die schwärzlichen Vektoren (Pfeile) von unten nach oben sollten andeuten, dass man die dunkelrote Farbe RN mit r+ und die hellere bunteste rote Farbe R mit R+ von Schwarz N aus mischen kann.

Entsprechend kann man vom Gesamtspektrum Weiß W die rote Farbe R abziehen und erhält den Buntton Cyan C.

Die weißen Vektoren (Pfeile) von oben nach unten sollten andeuten, dass man die helle Farbe Cyan CW mit r- und die dunklere bunteste Farbe Cyan mit R- von Weiß aus mischen kann.


Bild 13: Farbmischung der Bunttöne Grün G2 und Magenta M2 ausgehend von Schwarz N oder Weiß W
Zum Herunterladen dieses Bildes im Format VG-PDF, siehe BGS80-8A.PDF.

Die schwarzen Vektoren (Pfeile) von unten nach oben sollten andeuten, dass man die dunkelgrüne Farbe G2N mit g2+ und die hellere bunteste grüne Farbe G2 mit G2+ von Schwarz N aus mischen kann.

Entsprechend kann man vom Gesamtspektrum Weiß W die grüne Farbe G2 abziehen und erhält den Buntton Magenta M2.

Die weißen Vektoren (Pfeile) von oben nach unten sollten andeuten, dass man die helle Farbe M2W mit g2- und die dunklere bunteste Farbe Magenta M2 mit G2- von Weiß aus mischen kann.

Die Vektoren mit einem "+" oder "-" entsprechen physiologischen Signalen in der Netzhaut. Es gibt vier antagonistische Signalprozesse W-N, R-C, Y-B und G-M . Oft werden nur drei Signalprozesse W-N, Y-B und R-G beschrieben. Der Signale R-G entstehen wahrscheinlich als Mittel der Signale R-C und M-G in einer höheren Signalstufe.

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