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Relevante Informationen zur Farbtiefe

Die Qualität eines Monitors hängt von technischen Eigenschaften sowie seiner Eignung für die Durchführung bestimmter Aufgaben ab. Tatsache ist, dass kein Monitor für alle Aufgaben gleich gut geeignet ist. Während für Filme und zum Gaming eine gute Synchronisation und die klare Darstellung schnell bewegter Bilder wichtig ist, kommt es bei der Bildbearbeitung auf die bestmögliche Farbdarstellung bei statischen Bildern an. So ist oft die Farbtiefe ein entscheidendes Auswahlkriterium beim Kauf eines Monitors.

 

Was ist die Farbtiefe?

Die Farbtiefe bezeichnet den Umfang der Farb- und Helligkeitsabstufungen eines Bildes. Oft wird die Farbtiefe mit der Anzahl der darstellbaren Farben gleichgesetzt. Dies stimmt jedoch nicht ganz, da die Anzahl der möglichen Abstufungen einer Farbe nichts über die Anzahl der Farben aussagt. Die tatsächliche Anzahl der darstellbaren Farben hängt deshalb sowohl von der Farbtiefe (beispielsweise von Weiß über diverse Graustufen bis Schwarz), als auch von der Anzahl der Farbkanäle (wie Rot, Blau und Grün) ab.

Farbtiefe-8bit-vs-24bitDie kombinierten Informationen werden in Bildern in der jeweiligen kleinsten Einheit gespeichert. Diese kann ein Vektor im Farbraum oder ein Pixel sein. Mit einander kombiniert, bestimmen alle diese Informationen die Farbqualität eines Bildes. Dabei ist zunächst egal, ob es sich bei dem Bild um die gespeicherte Datei auf der Festplatte, oder um das auf dem Monitor dargestellte Bild handelt. Erst beide Farbdarstellungen zusammen, ergeben die tatsächliche Bildqualität.

Der Monitor kann keine große Anzahl von Farben darstellen, wenn die Bilddatei nur drei Farben enthält und eine komplexe Bilddatei nützt nichts, wenn der Monitor so viele Farben nicht darstellen kann.

Deshalb ist eines der Auswahlkriterien, dass der Monitor mindestens die gleiche Farbtiefe haben muss, wie die Bilddateien, welche dargestellt und bearbeitet werden sollen.

 

Farbtiefe in Zahlen ausgedrückt

Die Farbtiefe wird in Bit angegeben. Die Berechnung der Abstufungen erfolgt nach dem Schema von 2^n(Bit). Das heißt, dass 1 bit einer Farbtiefe von 2^1 = 2*1 = 2 Farbabstufungen entspricht, während 8 bit 2^8 = 2*2*2*2*2*2*2*2 = 256 Farbabstufungen entspricht.

Hier ist eine Übersicht üblicher Werte für die Farbtiefe und der Anzahl der darstellbaren Farben:

  • 1 bit = 2 Farben
  • 2 bit = 4 Farben
  • 4 bit = 16 Farben
  • 8 bit = 256 Farben
  • 16 bit = 65.536 Farben
  • 24 bit ~ 16,78 Millionen Farben
  • 32 bit ~ 4,3 Milliarden Farben
  • 48 bit ~ 281,5 Billionen Farben

Mit einer größeren Farbtiefe steigt der Detailreichtum von Bildern, da mit mehr Farbabstufungen feinere Übergänge und somit kleinere Details dargestellt werden können.

Diese Zahlen sagen jedoch ohne einen Referenzwert nicht viel aus. Der sinnvollste Referenzwert ist das menschliche Auge. Denn unabhängig von der Anzahl der darstellbaren oder tatsächlich dargestellten Farben, kann das menschliche Auge nur eine begrenzte Anzahl von Farben wahrnehmen.

Dass diese nicht zwangsläufig der Anzahl der tatsächlich darstellbaren Farben entspricht, ist offensichtlich, wenn man bedenkt, dass viele Tiere, im Gegensatz zum Menschen, im UV-Spektrum des Lichts sehen können und dass Leuchtmittel hergestellt werden können, welche UV-Licht abstrahlen.

 

Wie viele Farben kann das Menschliche Auge wahrnehmen?

Die genaue Zahl der Farben, die der Mensch sehen kann, ist unbekannt. Einerseits wäre der Aufwand, die Zahl von mehreren Millionen Farben zu ermitteln, zu groß, und andererseits gibt es von Mensch zu Mensch individuelle Unterschiede.

Aus diesem Grund existieren nur Hochrechnungen. Eine davon besagt, dass der Mensch etwa 200 verschiedene Farben unterscheiden kann. Von jeder davon kann er rund 500 Intensitäten unterscheiden. Von diesen wiederum kann der Mensch 200 verschiedene Helligkeitsstufen unterscheiden. Das ergibt eine ungefähre Anzahl von 20 Millionen Farbtönen, zwischen denen das Menschliche Auge unterscheiden kann.

Da in der Informatik in der Regel nur mit geraden Zahlen, und bevorzugt mit 2er Potenzen, gerechnet wird, ist eine Farbtiefe von 25 bit (~33,5 Millionen Farben) nicht umsetzbar. Somit ist eine Farbtiefe von 24 bit der Wert, der am nächsten am menschlichen Farbsehvermögen liegt.

Diese Farbtiefe wird deshalb in Datenblättern von Monitoren und in der Werbung als True-Color bezeichnet, da, zumindest subjektiv, die Farbdarstellung vollkommen natürlich erscheint und der Mensch die fehlenden 3,22 Millionen Farben nicht bewusst wahrnimmt.

 

Wofür gibt es größere Farbtiefen?

Alle Farbtiefen über 24 bit hinaus werden als Deep-Color bezeichnet. Diese hohe Anzahl an Farben kann der Mensch zwar nicht unmittelbar wahrnehmen, jedoch bei der Bildbearbeitung sichtbar machen und nutzen. Da die Bildbearbeitung durch diverse Werkzeuge sehr viel größere Möglichkeiten bietet, als das Menschliche Auge, werden für professionelle Anwendungen Farbtiefen von bis zu 48 bit genutzt. Sie ermöglichen eine wesentlich präzisere Bildbearbeitung mit deutlich hochwertigeren Resultaten. Auch Kameras und Scanner sind dazu in der Lage, Bilder mit dieser Farbtiefe zu erstellen.

Das Problem ist lediglich, dass die komplexeren Farbinformationen in der Datei gespeichert werden und ein Foto mit größerer Farbtiefe auch mehr Speicherplatz benötigt. In der Praxis werden solche Bilder im 48 bit Format bearbeitet, anschließend jedoch in 24 bit konvertiert und gespeichert.

Auch die Verarbeitung und somit die Rechenzeit vergrößert sich mit der Farbtiefe. Um lange Rechenzeiten zu vermeiden werden diverse Technologien zur Unterstützung eingesetzt.

  • LUT (Look-Up Tabellen) werden eingesetzt um Vorschaubilder zu generieren, die nah an dem zu erwartenden Endergebnis liegen, ohne dass dieses real errechnet werden muss.
  • FRC (Frame Rate Control) erhöht die Anzahl der darstellbaren Farben von LCD-Monitoren mit geringeren Farbtiefen, um bei bewegten Bildern oder Bildwechseln bei der Bearbeitung statischer Bilder Zwischenstufen zu generieren, um den zeitlichen Übergang von einer real darstellbaren Farbe zur nächsten zu verkürzen.
  • HDR (High Dynamic Range) sollte ebenfalls beachtet werden. HDR sorgt dafür, dass wesentlich mehr Kontrastabstufungen innerhalb eines Bildes dargestellt werden können.

 

Fazit

Durch die Grenzen des menschlichen Farbsehvermögens, sind True Color Monitore mit 24 bit Farbtiefe im Alltag vollkommen ausreichend. Lediglich für professionelle Anwendungen lohnen höhere Farbtiefen, sowie Hilfsmittel und Technologien wie LUT und HDR. Ob Monitore mit real geringerer Farbtiefe und künstlicher Erhöhung der Anzahl der darstellbaren Farben mittels FRC lohnen, ist eher eine Glaubensfrage.

Auch bei angeblichen HDR Monitoren sollte man genauer hinsehen, denn insbesondere günstigere Modelle können keine echten HDR-Kontraste darstellen, sondern errechnen diese nur künstlich.