Kapitel 2 v. 3: Dioden, Pixel und Farbe

Dioden, pixel und Farbe

Erfahren sie in diesem zweiten von drei Artikeln zu den Themen Auflösung, Bildpunkt, Pixel und Farbe wie ein Pixel aufgebaut ist und  warum es Farbe erzeugt! Wir reden über …

Dioden, Pixel und Farbe:

Beginnen wir mit der Erstellung eines Bildes mittels einer digitalen Foto-Kamera. Hier wird das von einem Motiv reflektierte Licht auf einem aufzeichnenden Sensor fokussiert. Der Sensor besteht aus einer Anzahl rasterförmig angeordneten Dioden-Plätzen, den Pixeln bzw. Rasterzellen. In den Pixeln befinden sich Dioden zur Erfassung der einfallenden Lichtmenge. 

Zur besseren Veranschaulichung stelle man sich die Diode als Becher vor und das Licht als Wasser, das für einen kurzen Moment, der Belichtungszeit, eingegossen wird. Nach dem Eingießen wird der Füllstand gemessen. Um dem binären Zahlensystem der Computertechnik gerecht zu werden, ist die Diode mit 8 Bit = 1 Byte belegt. Ein Byte kennt 256 Zahlen bzw. Zustände. Ist das Glas trocken, so entspricht dieses dem Zahlenwert 0 und einem Füllstand von 0%, was Schwarz darstellt. Die 100% Füllung entspricht der Zahl 256 und somit der höchst messbaren Lichtintensität. Dieser Zustand stellt Weiß dar. Für reine Schwarz-Weiß-Bilder wäre eine Diode ausreichend, nicht aber für eine farbige Darstellung! 

Das für Menschen sichtbare, natürliche Lichtspektrum besteht aus drei Grundfarben, Rot, Grün und Blau, aus denen sich alle anderen Farben mischen lassen. Es wird vom RGB-Farbraum gesprochen.

Dioden können keine Farben unterscheiden, sondern nur Lichtmengen messen. Lässt man aber das Licht vor der Diode durch einen Filter passieren, der alle Lichtwellen blockiert, bis auf die einer einzigen Farbe, wird die Diode nur die Lichtmenge genau dieser erfassen.

Zur Darstellung von Farben brauchen wir folglich drei, mit Filter bestückte Dioden in einem Pixel. De facto besitzt aber jedes Pixel vier Dioden, eine für Rot, eine für Blau und zwei für Grün. Dieses ist der sehr empfindlichen Wahrnehmung von Grün durch das menschliche Auge geschuldet, derer mit einem sehr klaren Signal begegnet werden kann. Die beiden grünen Dioden geben ihr Signal aber in ein und demselben Ausgangskanal weiter.

Ein Pixel besteht also aus vier Dioden – oftmals werden diese auch als Sub-Pixel erwähnt – und drei Ausgangskanälen, welche direkt in einem Prozessor zur Bild-Datei verarbeitet werden.

 

RGB Farbe und Dioden eines Pixel

 

Wie bereits erwähnt, kennt jede der Dioden 256 Zustände bzw. Farbabstufungen, die mit denen der zwei anderen Dioden „gemischt“ werden. Somit ergeben sich aus 256 x 256 x 256 möglichen Kombinationen ca. 16,7 Millionen darstellbare Farben des RGB-Farbspektrums.

Das System der RGB-Farben ist ein additives. Der Grundzustand eines Pixels ist, dass kein Licht gemessen wird, also 0, was Schwarz entspricht. Erst wenn die einzelnen Dioden Licht empfangen, werden diese Werte entsprechend addiert, wodurch die Farben entstehen. Messen alle Dioden 100%, entsteht Weiß.

(Finden Sie hier RGB-Farben und ihre Codes)

Will man ein Bild auf weißem Papier drucken, kehrt sich das benötigte Farbsystem dahingehend um, als dass weiße Flächen bzw. Bild-Elemente keinen Farbauftrag bekommen, schwarze Elemente hingegen entsprechend gedruckt werden müssen. Weiß bedeutet die gebündelte Reflektion aller Lichtfarben. Um hieraus eine bestimmte Farbe zu zeigen, muss dafür gesorgt werden, dass nur deren Lichtwellenlänge reflektiert wird. Alle anderen Lichtwellen werden aus dem weißen Licht herausgefiltert. Dieses entspricht einer Subtraktion!

Der Farbdruck benötigt somit ein anderes Farbsystem. Eines, in dem es kein Weiß gibt und die Mischung aller Farben Schwarz ergibt. Dieses kann mit den Farben Cyan, Magenta, Gelb (Yellow) geschehen. Diese drei Farben sind nichts anderes als die Mischungen jeweils zweier der Grundfarben des RGB-Systems. Werden alle drei Farben gemischt, entsteht allerdings kein reines Schwarz, sondern ein äusserst dunkles Braun. Um diesem zu begegnen wird dem System das reine Schwarz als Schlüssel- bzw. Key-Farbe hinzugefügt. Wir sprechen vom CMYK-Farbraum.

 

Druck-Raster

 

Will der Digital-Fotograf ein RGB-Foto drucken lassen, so muss dieses in ein CMYK-Bild umgewandelt werden. In aller Regel macht ein Laser- oder Tintenstrahldrucker dieses automatisch oder man bedient sich einer Bildbearbeitungs-Software.

Im nächsten Kapitel erfahren Sie u.a. Mindest-Pixel-Zahlen für Bildschirme, was hoffentlich ein Hilfe beim Kauf Ihres nächsten Bildschirms ist. Lesen sie weiter, klicken Sie HIER!