Bereits im Jahr 2015 wurde bei einer einfachen Anfrage, welche Farbe ein bestimmtes Kleid hatte, ein breites Interesse an der Wahrnehmung von Farbe geweckt. Tatsache ist, dass die Fähigkeit, Farben wahrzunehmen, komplex und nicht exakt ist.
Was wir wirklich sehen
Unsere Augen sehen keine tatsächlichen Objekte. Was Sie wirklich sehen, ist das von Objekten reflektierte Licht. Die Farbe, die Ihre Augen sehen, ist das Ergebnis davon, welche Lichtwellenlängen vom Objekt reflektiert oder absorbiert werden. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass die Farbe, die Sie sehen, völlig korrekt ist.
Faktoren, die die Farbwahrnehmung beeinflussen
Die reale Farbwahrnehmung wird von mehreren Faktoren beeinflusst:
- Physikalische Eigenschaften eines Objekts: Die Wellenlängen des Lichts, das ein Objekt aufgrund seiner physikalischen Beschaffenheit auf natürliche Weise reflektiert oder absorbiert.
- Uhrzeit: Das Objekt ist im Morgen-, Nachmittags- oder Nachtlicht zu sehen.
- Ort: Das Objekt ist bei Außenlicht (sonniger oder bewölkter Tag) oder künstlichem Innenlicht (und Art des Innenlichts) zu sehen.
- Farbwahrnehmung: Natürliche Unterschiede in der Art und Weise, wie jedes menschliche Augenpaar Farbwellenlängen wahrnimmt.
- Farbenblindheit: Unnatürliche Unterschiede in der Art und Weise, wie manche Personen Farbwellenlängen sehen.
Neben der realen Farbwahrnehmung sind bei Foto, Druck und Video weitere Faktoren zu berücksichtigen:
- Das Instrument, mit dem das Bild erfasst wird: Die Fähigkeit einer Kamera, Farbwellenlängen in Kombination mit Tageszeit und Standort zu erkennen.
- Das Anzeigegerät, das zur Wiedergabe des Bildes verwendet wird: TV, Videoprojektor, Drucken Sie Bilder mit verschiedenen Methoden.
- Anzeige oder Druckerkalibrierung: Wenn Sie das gedruckte Bild oder ein Videoanzeigegerät anzeigen, beeinflusst der Standard, der zur Kalibrierung dieses Geräts für die Farbwiedergabe verwendet wurde, das, was Sie sehen.
Obwohl es Ähnlichkeiten und Unterschiede in der Farbwahrnehmung in Bezug auf Foto-, Druck- und Videoanwendungen gibt, lassen Sie uns auf der Videoseite der Gleichung auf Null eingehen.
Farbe erfassen
- Zuerst müssen Sie das Bild "erfassen". Eine Videokamera muss sehen, dass das Licht von Objekten reflektiert wird und durch eine Linse kommt. Das einfallende Licht besteht aus allen Farben, die von den Zielobjekten reflektiert werden. Dieses Licht tritt in die Linse ein und trifft auf einen Chip (früher musste das Licht vor den Chips eine speziell gebaute Vakuumröhre passieren).
- Sobald das Licht auf dem Chip gelandet ist, gibt es einen Prozess, der vom Chip und der unterstützenden Schaltungsanordnung angewendet wird, der das Licht entweder in analoge elektrische Impulse oder digitale Codes (1er, 0er) umwandelt. Dieses umgewandelte Signal wird dann an ein Empfangsgerät (in diesem Fall ein Fernseh- oder Videoprojektor) gesendet, das ankommende elektrische (analoge) Impulse oder digitalen Code in ein Bild zurückwandelt, das auf einem Bildschirm angezeigt oder projiziert wird es wird schwierig. Wenn die Kamera zu einem bestimmten Zeitpunkt das von einem Objekt reflektierte Licht empfängt, muss die Anzeigevorrichtung die Farbe des erfassten Ergebnisses genau darstellen.
Da weder das Erfassungs- noch das Anzeigegerät alle Farben reproduzieren können, die von Objekten der realen Welt reflektiert werden, müssen beide Geräte auf der Grundlage spezieller "künstlicher" Farbstandards "erraten", die auf drei Grundfarben basieren Modell. In Videoanwendungen wird das dreifarbige Modell durch Rot, Grün und Blau dargestellt. Verschiedene Kombinationen der drei Grundfarben in verschiedenen Verhältnissen werden verwendet, um die Graustufen und alle Farbnuancen, die wir in der Natur sehen, nachzubilden.
Anzeigen der Farbe über einen Fernseher oder einen Videoprojektor
Da es keine endgültige Korrektheit darüber gibt, wie Menschen Farben in der natürlichen Welt wahrnehmen, gibt es Einschränkungen bei der Erfassung von akkurater Farbe mit einer Kamera. Wie wird dies in der häuslichen Umgebung beim Fernsehen oder einem Videoprojektor abgeglichen?
Die Antwort ist zweifach: die Art der verwendeten Technologie, mit der ein TV / Videoprojektor Bilder und Farben anzeigen kann, und die Möglichkeit, die Farbe so genau wie möglich innerhalb eines vordefinierten Farbstandards darzustellen.
Hier finden Sie eine kurze Übersicht über Video-Display-Technologien, die zur Anzeige von Schwarzweiß- und Farbbildern verwendet werden.
Emissive Technologies
- CRT - Ein Elektronenstrahl, der aus dem Hals einer Bildröhre stammt, tastet Zeile für Zeile Leuchtzeilen ab, um ein Bild zu erzeugen. Wenn der Strahl auf jeden Leuchtstoff trifft, wird der Leuchtstoff angeregt und erzeugt das Bild. Farbe wird durch rote, grüne und blaue Phosphore erzeugt, die in der richtigen Kombination angeregt werden, um eine bestimmte Farbe zu erzeugen.
- Plasma - Leuchtstoffe werden mit überhitztem geladenem Gas (ähnlich einem Fluoreszenzlicht) beleuchtet. Kombinationen aus roten, grünen und blauen Phosphoren (als Pixel und Subpixel bezeichnet) erzeugen die angegebene Farbe.
- OLED - Die OLED-Technologie kann für Fernseher auf zwei Arten implementiert werden. Eine Option ist WRGB, bei der weiße OLED-Subpixel mit rotem, grünem und blauem Farbfilter selbstemittierende Subpixel kombiniert werden. Eine andere Option ist die Verwendung von Subpixeln mit rotem, grünem und blauem Submit Pixeln ohne Farbfilter.
Transmissive Technologien
- LCD - LCD-Pixel erzeugen kein eigenes Licht. Damit ein LCD-Fernseher ein Bild auf einem Fernsehbildschirm anzeigen kann, müssen die Pixel "hintergrundbeleuchtet" sein. Was dabei passiert, ist, dass das Licht, das durch die Pixel läuft, je nach den Anforderungen des Bildes schnell abgeblendet oder aufgehellt wird. Wenn die Pixel ausreichend gedimmt sind, wird nur sehr wenig Licht durchgelassen, wodurch der Bildschirm dunkler erscheint. Farbe wird hinzugefügt, wenn das Licht durch den LCD-Chip und dann durch die Farbfilter Rot, Grün und Blau fließt.
- 3LCD - Wird bei der Videoprojektion verwendet und funktioniert ähnlich wie ein LCD-Fernseher. Stattdessen streuen Chips die gesamte Bildschirmquelle. Weißes Licht wird durch drei LCD-Chips und ein Prisma geleitet und dann auf einen Bildschirm projiziert.
Die transmissive / emittierende Kombination - LCD mit Quantenpunkten
Für TV- und Video-Displayanwendungen ist ein Quantum Dot ein künstlicher Nanokristall mit speziellen Lichtemissionseigenschaften, mit dem die Helligkeits- und Farbleistung von Standbildern und Videobildern auf einem LCD-Bildschirm verbessert werden kann.
Quantenpunkte sind Nanopartikel mit einstellbaren Emissionseigenschaften, die energiereiches Licht einer Farbe absorbieren und niedrigeres Licht einer anderen Farbe emittieren können (ähnlich wie Leuchtstoffe auf einem Plasmafernseher), aber in diesem Fall, wenn sie mit Photonen aus einem Außenlicht getroffen werden Quelle (bei einem LCD-Fernsehgerät mit blauer LED-Hintergrundbeleuchtung) emittiert jeder Quantenpunkt eine Farbe einer bestimmten Wellenlänge, die durch seine Größe bestimmt wird.
Quantum Dots können auf drei Arten in ein LCD-Fernsehgerät integriert werden:
- Innerhalb einer dünnen Glasröhre (als Randoptik bezeichnet) innerhalb der Lichtquellenstruktur des Fernsehgeräts zwischen einer blauen LED-Kantenlichtquelle und der Lichtleiterplatte (die Struktur, die das Licht über den Bildschirm verteilt) für kantenbeleuchtete LED / LCD-Fernseher
- Auf einer "Filmverbesserungsschicht" zwischen einer blauen LED-Lichtquelle und dem LCD-Chip sowie Farbfiltern (für Full Array- oder Direct-Lit-LED / LCD-Fernseher).
- Auf einem Chip, auf dem Quantenpunkte direkt auf einer blauen LED integriert sind, entweder in Rand- oder Direktbeleuchtungskonfigurationen.
Bei jeder Option trifft das blaue LED-Licht auf die Quantum Dots, die dann so angeregt werden, dass sie rotes und grünes Licht emittieren (was auch mit dem blauen Licht der LED-Lichtquelle kombiniert wird). Das farbige Licht durchläuft dann die LCD-Chips, Farbfilter und den Bildschirm zur Bildanzeige. Durch die hinzugefügte Quantum Dot-Emissionsschicht kann das LCD-Fernsehgerät einen gesättigten und breiteren Farbbereich anzeigen als LCD-Fernsehgeräte ohne die hinzugefügte Quantum Dot-Schicht.
Reflektierende Technologien
- LCOS (auch als D-ILA und SXRD bezeichnet)LCOS ist eine Variante von 3LCD und wird bei der Videoprojektion verwendet. Anstatt Licht durch jeden der drei LCD-Chips und dann durch Farbfilter und die Linse zu leiten, befindet sich der LCD-Chip auf einer reflektierenden Basis. Wenn also eine farbige Lichtquelle den Chip passiert, wird sie automatisch reflektiert und durch die Linse geschickt auf die Projektionsfläche.
- DLP (3-Chip) - Wird in Videoprojektoren verwendet - Der Schlüssel zu DLP ist das DMD (Digital Micro-Mirror Device), bei dem jeder Chip aus winzigen kippbaren Spiegeln besteht. Dies bedeutet, dass jedes Pixel auf einem DMD-Chip ein reflektierender Spiegel ist. Das Videobild wird auf dem DMD-Chip angezeigt. Die Mikrospiegel auf dem Chip (jeder Mikrospiegel stellt ein Pixel dar) neigen sich dann sehr schnell, wenn sich das Bild ändert. Dies erzeugt die Graustufengrundlage für das Bild.
- In einem 3-Chip-DLP-Videoprojektor werden drei Lichtquellen verwendet (oder weißes Licht wird durch drei Prismen geleitet). Das farbige Licht wird dann von drei DLP-Chips reflektiert (sie sind alle Graustufen, erhalten jedoch jeweils verschiedenfarbiges Licht). Der Neigungsgrad jedes Mikrospiegels in Bezug auf die Farblichtquelle zu einem bestimmten Zeitpunkt bestimmt die Farben im Bild. Das reflektierte Licht wird dann durch die Linse des Projektors zur Leinwand geleitet.
Reflektierende / durchlässige Kombination
- DLP (1-Chip) - In Videoprojektoren verwendet - In dieser Anordnung gibt es eine einzige weiße Lichtquelle, die von einem einzelnen DLP-DMD-Chip reflektiert wird. Dann wird Farbe hinzugefügt, wenn reflektiertes Licht durch ein Hochgeschwindigkeits-Farbrad, durch die Linse und dann zum Bildschirm geht.
Weitere technische Erläuterungen zu DLP finden Sie in unserem Begleitartikel: DLP Video Projector Basics.
Farbe anzeigen - Kalibrierungsstandards
Nun, da die Elektronik und Mechanik dahingehend entwickelt wurde, wie ein Farbbild entweder zu Ihrem Fernsehgerät oder zu Ihrer Videoprojektionsfläche wird, ist der nächste Schritt herauszufinden, wie diese Geräte trotz technischer Einschränkungen Farbe so genau wie möglich wiedergeben können.
Hier wird die Anwendung von Farbstandards im sichtbaren Farbraum wichtig.
Einige der derzeit verwendeten Farbkalibrierungsstandards für Fernsehgeräte und Videoprojektoren sind:
- NTSC - Der Basisstandard für analoge Farben (USA).
- Rec.601 - Verbesserung gegenüber dem NTSC-Standard.
- Rec.709 - Zur Verwendung mit HDTVs und HD-Videoprojektoren.
- Rec.2020 - Für die Verwendung mit 4K Ultra HD-Fernsehern und Videoprojektoren.
- sRGB - Zur Verwendung meist in PC-Monitoren zur Anzeige von Grafiken.
Mit einer Kombination aus Hardware (Colorimeter) und Software (normalerweise über einen Laptop) kann eine Person die Farbwiedergabefähigkeit eines Fernsehgeräts oder eines Videoprojektors auf einen der oben genannten Standards (abhängig von den Farbspezifikationen des Fernsehgeräts) über die im Video bereitgestellten Einstellungen anpassen / Anzeigeeinstellungen oder Servicemenü des Fernseh- oder Videoprojektors.
Beispiele für grundlegende Video- (Farb-) Kalibrierungswerkzeuge, die Sie ohne die Notwendigkeit eines Technikers verwenden können, sind Test-Discs wie Digital Video Essentials, DVD- und Blu-ray-Test-Discs von Disney WOW (World of Wonder), die Spears und Munsil HD-Benchmark, die THX-Kalibrator-Disc und die THX Home Theatre Tune-up-App für kompatible iOS- und Android-Handys / Tablets.
Ein Beispiel für ein grundlegendes Video-Kalibrierungswerkzeug, das ein Colorimeter und eine PC-Software verwendet, ist das Datacolor Spyder-Farbkalibrierungssystem.
Ein Beispiel für ein umfangreicheres Kalibrierungswerkzeug ist Calman von SpectraCal.
Die oben genannten Werkzeuge sind deshalb so wichtig, weil die Lichtbedingungen in Innenräumen und im Freien die Fähigkeit von uns beeinflussen, Farbe in der realen Welt zu sehen. Diese Faktoren spielen auch eine Rolle, wie die Farbe auf Ihrem Fernsehgerät aussehen wird Videoprojektionsbildschirm, wobei zu berücksichtigen ist, wie gut sich Ihr Fernsehgerät oder Videoprojektor einstellen kann.
Zu den Kalibrierungsanpassungen gehören nicht nur Dinge wie Helligkeit, Kontrast, Farbsättigung und Farbtoneinstellung, sondern auch andere notwendige Einstellungen wie Farbtemperatur, Weißabgleich und Gamma.
Die Quintessenz
Die Farbwahrnehmung in der realen Welt und in Fernsehumgebungen erfordert komplizierte Prozesse sowie andere externe Faktoren. Die Farbwahrnehmung ist mehr ein Ratespiel als eine präzise Wissenschaft.Das menschliche Auge ist das beste Werkzeug, das wir haben, und obwohl in Fotografie, Film und Video akkurate Farbe mit einem bestimmten Farbstandard versehen werden kann, der Farbe, die Sie auf einem gedruckten Foto, einem Fernsehgerät oder einer Videoprojektionsfläche sehen, auch wenn Sie entsprechen zu 100% einer bestimmten Farbstandardspezifikation und können dennoch nicht genau so aussehen, wie sie unter realen Bedingungen aussehen könnte.
