Wissenschaftlicher Hintergrund

Der Mensch ist mit seinem Sehapparat fähig, Farben zu sehen. Wie genau der Prozess des menschlichen Sehens vor sich geht, ist bis heute ein Rätsel, jedoch hat die Wissenschaft folgende Erkenntnisse hervorgebracht: Auf der Rückwand des menschlichen Auges liegen viele verschiedene Zellen, welche auf visuelle Reize reagieren. Es gibt vier Zelltypen, welche von jeweils unterschiedlichen Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums (im Bereich von rund 400 bis 700 Nanometer) mehr oder weniger stark angeregt werden. Durch eine nervliche Verknüpfung dieser Zellen werden mehrere Reize auf bislang nicht gänzlich bekannte Art zu einer Kontrastinformation zusammengefasst und über den Sehnerv ans Hirn transportiert. An verschiedenen Stellen des Hirns werden die vom Auge erfassten Informationen weiter gefiltert und schlussendlich entsteht im Sehzentrum des Hirns ein visueller Eindruck.

Durch das fehlende Wissen um den genauen Vorgang des Sehens konnte lange Zeit der Begriff Farbe wissenschaftlich nicht erfasst werden. Tatsächlich kann ein Mensch ein Lichtspektrum nicht als ganzes erfassen, was bedeutet, dass verschiedene Spektren gleich erscheinen, obschon sie es nicht sind. In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts hat sich aufgrund dessen der Begriff Farbvalenz etabliert, welcher besagt, dass zwei Farbvalenzen gleich sind, wenn sie von einem Menschen als gleich empfunden werden. Aufgrund dieser Definition wurden Farb-Nachmisch-Versuche mit mehreren Probanden durchgeführt und führten im Jahre 1931 zur Einführung eines standartisierten psychovisuellen Modells, dem sogenannten CIE-Normalbeobachter. Dieses Modell vermag sämtliche für den Menschen sichtbare Farben (siehe Diagramm rechts) numerisch zu beschreiben. Dadurch wurde es möglich, Farbmetriken aufzubauen, wodurch Farben letztendlich auch als digitale Daten gespeichert werden können.

Eine Farbmetrik erlaubt es, rechnerisch zu ermitteln, welcher Farbeindruck sich aus einer Mischung von mehreren sogenannten Primärfarben ergibt. Die Wahl der Primärfarben und die Art der Mischung definieren dabei einen Farbraum, welcher einen Teil des gesamten menschlichen Farbsehvermögens abbildet. Jeder Bildpunkt eines digitalen Bildes speichert einen Farbreiz, welcher als die Koordinaten dieses Farbraumes anzusehen sind. Anders gesagt wird die Farbe eines Pixels durch das Mischverhältnis der Primärfarben ausgedrückt, welche als Kanäle bezeichnet werden. Je nach Anwendungsbereich werden unterschiedliche Farbräume mit unterschiedlichen Kanälen benötigt.