Farbdimensionen von darktable

Dieser Abschnitt definiert konzeptionell wie auch quantitativ die wahrnehmbare Eigenschaften von Farben, um kreative und korrigierende Anpassungen an Farben in darktable zu beschreiben und zu quantifizieren.

🔗Definitionen

Farbeigenschaften, wie “Sättigung”, “Leuchtkraft” oder Helligkeit, sind in den normalen Gebrauch übernommen worden, sie werden aber Großteils falsch verwendet und häufig genutzt, um andere Dinge auszudrücken. In der Farblehre hat jeder dieser Ausdrücke eine genaue Bedeutung.

Es gibt zwei Bezugssysteme, innerhalb derer Farbeigenschaften analysiert und beschrieben werden können:

Ein szenenlineares, physiologisches Bezugssystem, das sich hauptsächlich auf die Reaktion der Retinazapfen stützt und Farbräume wie “CIE XYZ 1931” oder “CIE LMS 2006” nutzt,
Ein wahrnehmungsbasiertes, psychologisches Bezugssystem, das die Korrekturen des Gehirnes auf das Retinasignal sammelt und Farbräume, wie “CIE Lab 1976”, “CIE Luv 1976”, “CIE CAM 2016” und “JzAzBz (2017)”, nutzt.

Diese zwei Bezugssysteme stellen Metriken und Dimensionen bereit, um Farben zu analysieren, und sie erlauben, einige ihrer Eigenschaften zu verändern und gleichzeitig andere zu bewahren.

Die folgenden Dimensionen von Farben werden in darktable verwendet:

Farbton: Eine Eigenschaft der visuellen Wahrnehmung, in welcher eine Fläche ähnlich zu einer der Farben rot, gelb, grün oder blau erscheint, oder zu einer Kombination von aneinanderliegenden Paaren dieser Farben, dargestellt in einem geschlossenen Ring. ¹ Farbton ist eine geteilte Eigenschaft zwischen den dem wahrnehmungsbasieren und szenenlinearen Bezugssystem.
Luminanz: Die Dichte der Lichtstärke bezogen auf eine projizierte Fläche in einer definierten Richtung an einem definierten Punkt auf einer realen oder imaginären Oberfläche. ² Luminanz ist eine Eigenschaft des szenenbezogenen Bezugssystems und wird durch den Y-Kanal des “CIE XYZ 1931”-Raumes ausgedrückt.
Leuchtkraft: Eine Eigenschaft der visuellen Wahrnehmung, nach der eine Fläche mehr oder weniger Licht zu emittieren, weiterzugeben oder zu reflektieren scheint. ³
Helligkeit: Die Leuchtkraft einer Fläche relativ beurteilt zur Leuchtkraft einer ähnlich beleuchteten Fläche, die weiß oder hochgradig weiterleitend erscheint. ⁴ Helligkeit ist die wahrnehmbare, nicht-lineare Verwandte der Luminanz (ungefähr gleich der Kubikwurzel der Luminanz Y). Helligkeit wird mit dem L-Kanal in CIE Lab und Luv 1976 und dem J-Kanal in JzAzBz ausgedrückt.
Chroma (Buntheit): Die Farbigkeit einer Fläche beurteilt im Verhältnis zur Leuchtkraft einer ähnlich beleuchteten Fläche, die grau, weiß oder hochgradig weiterleitend erscheint. ⁵ _Achtung: Chroma ist nicht die Kurzform von Chrominanz, die der Farbteil eines Videosignals ist (z.B. die Cb- und Cr-Kanäle in YCbCr).
Brillianz: Die Leuchtdichte einer Fläche relativ beurteilt zur Leuchtkraft ihrer Umgebung. ⁶
Sättigung: Die Farbigkeit einer Fläche beurteilt im Verhältnis zu ihrer Leuchtkraft. ⁷
Reinheit: Die Distanz der Chromazität der Pixel vom Weisspunkt in der xy Chromazitätsebene. Null Reinheit bedeutet, dass das Licht achromatisch ist. Hohe Reinheit, auf der anderen Seite, bedeutet, dass das Licht laserähnlich ist, bestehend aus einer einzigen Wellenlänge.

Farben können in vielen verschiedenen Farbräumen beschrieben werden, aber unabhängig vom Farbraum, braucht jede Farbe mindestens 3 Komponenten: eine Metrik von Helligkeit oder Leuchtkraft und 2 Metriken der Chromatizität (Farbton und Buntheit, oder komplementäre Farbkoordinaten).

🔗Illustrationen

Während die vorherige Definitionen nützlich sind, den Worten einen Sinn zu verleihen, sagen sie natürlich noch nichts darüber aus, auf was wir zu schauen haben. Die folgenden Tabellen zeigen Luminanz, Helligkeit, Chroma, Brillianz/Leuchtkraft und Sättigung variierend von einer Basisfarbe “0” und wie die resultierenden Farben degradieren:

(Helligkeit + Chroma) oder (Brillianz/Leuchtkraft + Sättigung) sind zwei verschiedene Arten, die gleiche Realität zu kodieren. Es sind orthogonale Räume, die vom einen zum anderen mit einer einfachen Rotation der Basis konvertiert werden können. Das bedeutet, dass Chroma sich mit konstanter Helligkeit entwickelt, Sättigung entwickelt sich bei konstanter Brillianz/Leuchtkraft, und vice versa:

Linien mit gleicher Chroma sind vertikal (der Anordnung der Farbkästchen folgend), was bedeutet, dass Chroma die gleiche Richtung für alle Farben im Farbraum hat (siehe unten). Jedoch sind Linien gleicher Sättigung schräg (in der Grafik gestrichelt dargestellt) und sie gehen alle von Schwarz aus durch jedes Farbfeld, was bedeutet, dass deren Richtung für alle Farben spezifisch ist.

Wenn man das Chroma erhöht, werden deshalb alle Farben gleichmäßig weg von der zentralen Grau-Achse horizontal wegbewegt, währenddessen, wenn die Sättigung erhöht wird, dann wird sich der Winkel der schrägen gestrichelten Linie öffnen oder schließen, wie eine Blume.

Gleichermaßen wird das Erhöhen der Helligkeit alle Farben gleichmäßig von der horizontalen Achse nach oben bewegen, während eine Erhöhung der Brillianz/Leuchtkraft diese entlang der Linien einer gleichen Sättigung bewegt.

Bei beiden den obigen Grafiken, werden Helligkeit, Chroma, Sättigung und Brillianz im JzAzBz Farbraum gezeichnet, welcher ein wahrnehmender Farbraum ist, geeignet für ein HDR-Signal, und er wird in parametrischen Masken und im Modul Farbbalance RGB. Luminanz wird im 1931 Farbraum gezeichnet und repräsentiert den Effekt einer Belichtungs-Anpassung. Es zeigt das gleiche Verhalten wie Brillianz, außer, dass die Schriftgröße nicht wahrnehmend skaliert ist.

Beachte: In diesem Abschnitt werden Brillianz sowie Leuchtkraft gebraucht, um die gleiche Dimension zu beschreiben. Bei aller Strenge ist Leuchtkraft absolut metrisch, während Brillianz die Leuchtkraft einer Fläche relativ zum Leuchtkraft seiner Umgebung ist (das ist die Stärke mit der eine Fläche sich von der Umgebung absetzt und wie fluoreszierend aussieht). Aber in der Bildbearbeitung wird ein Erhöhen der Leuchtkraft tatsächlich auch die Brillianz erhöhen, sodass der Ausdruck Brillianz aus Gründen der Klarheit und wegen des Bezugs zum visuellen Effekts in der Nutzerschnittstelle von darktable vorgezogen wird.

🔗Farb Dimensionen und Gamut

Der Gamut ist das Volumen von Farben, das ein gewisser Farbraum umfassen und kodieren kann. Es ist wichtig zu wissen dass, einmal in wahrnehmende Räume konvertiert, ist der Gamut von jedem RGB Raum nicht gleichmäßig entlang den Farbtönen.

Die folgenden Beispiele zeigen das Gamut-Volumen des sRGB Raumes auf Farbton Schichten, welche die primären roten, grünen und blauen Lichter des sRGB Raumes über eine Helligkeit-Chroma Ebene mit einem gleichmäßigen Maßstab:

Das zeigt, dass ein Erhöhen des Chroma (auf der horizontalen Achse bewegen) um einen gewissen Wert sicher gemacht werden kann für gewisse Farbtöne und gewisse Helligkeiten, es kann aber andere Farbton-Helligkeits-Koordinaten aus dem Gamut befördern. Zum Beispiel haben wir mehr Spielraum in Grün oder Magenta als in Cyan.

Viele Probleme von Gamut beim Export sind in Wirklichkeit durch den Nutzer verursacht und sind das Resultat von zu harschem Chroma auf pushen. Aus diesem Grund wird das Modell Helligkeit-Sätttigung sicherer sein.

🔗Farb Dimensionen und Komplementärfarben

Cyan, Magenta, Gelb sind Komplementärfarben von Rot, Grün und Blau (RGB). Jedoch sind die komplementären CMY Räume berechnet aus RGB Räumen nicht wahrnehmend komplementär. Um das zu zeigen, kreieren wir einen CMY Raum von sRGB, in dem Cyan die sRGB Koordinaten (0,1,1), Magenta (1,0,1) und Gelb (1,1,0), und zeigen ihn in einem Helligkeits-Chroam-Raum:

Beim Vergleichen mit den Farbton Schichten der Primärfarben des vorherigen Abschnittes, es ist leicht zu sehen, dass nicht nur die Gamuts nicht die gleiche Form haben, aber auch, dass die Farben nicht übereinstimmen.

Das ist ein anderer Grund, HSL/HSV-Räume (abgeleitet aus RGB-Räumen) für die Farbbearbeitung zu meiden: Da diese RGB-Räume wahrnehmbar ungleichmäßig sind, ergeben sich auch entsprechende HSV/HSL-Räume. Während RGB-Räume gewisse Vorteile haben, da diese auf physikalischem Licht basieren, sollte jeder Prozess mit Farbtonung direkt zu einem wahrnehmenden Raum abbilden. Siehe auch HSL-Farbraum und HSV-Farbraum.

🔗Farbdimensionen und Einstellungen

Viele Anwendungen, einschließlich darktable, bezeichnen jedes Einstellen, das Chroma beeinflusst, als"Sättigung" (zum Beispiel in Farbbalance, “Kontrast/Helligkeit/Sättigung”). Das ist typisch für Software, die versucht für Laien geeignet zu sein und daher eine Umgangssprache verwendet. Das ist irreführend, da Sättigung existiert und ziemlich unterschiedlich von Chroma ist. Zusätzlich bezeichnen viele Videospezifikationen fälschlicherweise Chroma als “Sättigung”. Wann immer darktable solche Spezifikationen wiederverwendet, verwendet es die inkorrekte Bezeichnung der Spezifikation eher als die richtige Bezeichnung der Farbdimension.

CIE definition of hue: https://cie.co.at/eilvterm/17-22-067 ↩︎
CIE definition of luminance: https://cie.co.at/eilvterm/17-21-050 ↩︎
CIE definition of lightness: https://cie.co.at/eilvterm/17-22-059 ↩︎
CIE definition of brightness: https://cie.co.at/eilvterm/17-22-063 ↩︎
CIE definition of chroma: https://cie.co.at/eilvterm/17-22-074 ↩︎
Article about brilliance (paywall): https://doi.org/10.1002/col.20128 ↩︎
CIE definition of saturation: https://cie.co.at/eilvterm/17-22-073 ↩︎