Was ist eigentlich Farbe?
Auf den ersten Blick scheint diese Frage sehr einfach, aber bei genauerer Betrachtung handelt es sich um ein komplexes Zusammenspiel von drei unterschiedlichen Komponenten.

Die erste Komponente ist das Licht, welches aus Photonen unterschiedlicher Energien (unterschiedlichen Wellenlängen) besteht. Hierauf gehen wir später im Artikel näher ein.

Die zweite Komponente ist das Objekt mit seinen charakteristischen Reflexions-/bzw. Transmissionseigenschaften. Trifft Licht auf ein Objekt, dringt es in die Atome der Oberfläche ein und danach wieder aus. Dabei werden einige Wellenlängen absorbiert und andere reflektiert.

Spektrale Reflexion und Fluoreszenz
Die spektrale Zusammensetzung des einfallenden Lichts unterscheidet sich also von der des reflektierten Lichts. Der Grad der Reflexion und Absorption wird spektrale Reflexion genannt. Einige Atome und Moleküle haben die besondere Eigenschaft Photonen einer bestimmten Energie (bestimmte Wellenlänge) zu absorbieren und dann Photonen geringerer Energie (längere Wellenlänge) abzustrahlen. Dies wird als Fluoreszenz bezeichnet.

Fluoreszenz kann eine Wellenlänge des sichtbaren Spektrums in eine andere Wellenlänge des sichtbaren Spektrums wandeln. Dieses Phänomen macht man sich bei der Entwicklung von Leuchtstoffröhren zu Nutze, um ein ausgewogenes Spektrum zu erreichen.

Besonders auffällig wird Fluoreszenz, wenn die einfallenden Photonen dem nicht sichtbaren Spektrum angehören und im sichtbaren Spektrum (meist violett oder blau) wieder abgestrahlt werden.

Der Grad der Reflexion und Absorption bestimmt die sichtbare Farbe.

Die dritte Komponente – der Betrachter

Abb. rechts: Das Glasprisma der SD14.

Die dritte Komponente ist der Betrachter. Hier geht es im Wesentlichen um biologische, neurophysiologische und psychologische Vorgänge, die für uns nur am Rande relevant sind. In der Fotografie tritt erst einmal die Kamera an die Stelle des Betrachters und genau dort muss die Diskrepanz zwischen der Wahrnehmung des menschlichen Auges/Gehirns und des technischen Aufnahmesystems ausgeglichen werden.

Im Gegensatz zu einem künstlichen Aufnahmesystem, führt das menschliche Gehirn bei veränderter spektraler Zusammensetzung des Lichts völlig unbemerkt einen Weißabgleich durch. Außerdem wirkt die Netzhaut des Auges wie ein UV-Filter, so dass der Mensch, anders als eine Digitalkamera, UV-Licht überhaupt nicht wahrnehmen kann.

Um besser verstehen zu können welche Auswirkungen unterschiedliche Farbtemperaturen (unterschiedliche spektrale Zusammensetzung des Lichts) auf das Bildergebnis haben und wie man diese bewusst beeinflussen kann, muss man sich erst einmal mit den Eigenschaften des Lichts auseinander setzen.

Licht besteht aus kleinsten Teilchen, den Photonen. Zusammengefasst kann man einige Merksätze, die das Wesen der Photonen charakterisieren, wie folgt formulieren:

Photonen

• sind Energiepakete, welche sich durch den Raum bewegen.

• besitzen eine bestimmte Energie, die aber keinen Einfluss auf ihre Bewegungsgeschwindigkeit hat. Sie bewegen sich immer mit Lichtgeschwindigkeit, unabhängig von ihrer Energie.

Licht hat neben dem Teilchen- auch einen Wellencharakter. Aus dem Energiebetrag lässt sich nach Plank die Wellenlänge errechnen. Je höher die Energie, desto kürzer ist die Wellenlänge.

Das Spektrum ist die gesamte Energiebandbreite (Wellenlängen) der Photonen, die sich durch den Raum ausbreiten. Davon reizt allerdings nur ein sehr geringer Teil das menschliche Auge. Dieser Bereich reicht von ca. 380 nm bis 780 nm und wird als sichtbares Spektrum, bzw. als Licht bezeichnet.

Licht besteht selten aus Photonen gleicher Energie, bzw. gleicher Wellenlänge (monochromatisch), es sei denn es handelt sich um einen Laser. Vielmehr ist es eine Ansammlung von Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen.
Die wahrgenommene Farbe ist abhängig von der spektralen Energie, welche das Auge, bzw. die Kamera erreicht. Grün besteht z.B. vorwiegend aus mittleren Wellenlängen, während Magenta durch viele hoch- und niederenergetische, aber nur wenige mittelenergetische Photonen erzeugt wird.

Lichtquellen haben ihre eigene Farbe

Kontinuierliche Spektren des schwarzen Körpers bei unterschiedlichen Farbtemperaturen. (Klicken zur Animation)

Jede Lichtquelle besitzt ihre eigene Farbcharakteristik, das heißt sie strahlt in den unterschiedlichen Wellenlängenbereichen verschieden stark ab. Diese unterschiedlichen Farbspektren lassen sich grafisch in so genannten Spektralkurven darstellen. Wie man sieht, gibt es Unterschiede in der farblichen Zusammensetzung und in der Gleichmäßigkeit sowie Kontinuität der Abstrahlung:
So genannte Temperaturstrahler (z.B. Kerze, Sonne, Glühbirne) geben ein kontinuierliches Farbspektrum ab. Andere Lichtquellen wie beispielsweise Gasentladungslampen und Neonröhren haben hingegen in ganz bestimmen Wellenlängen ihr Maximum.

Der „schwarze Körper“ – Zusammenhang von Farbe und Farbtemperatur
Um die Farbcharakteristik von Lichtquellen zu beschreiben, dient in der Physik eine hypothetische Strahlungsquelle. Dies ist der so genannte „schwarze Körper“, dessen Lichtabstrahlung nur von seiner Temperatur abhängt.

Als Farbtemperatur wird die Temperatur bezeichnet, die ein schwarzer Körper haben müsste, damit dessen Licht denselben Farbeindruck erweckt wie die tatsächlich vorhandene Beleuchtung.
Als Temperaturstrahler gibt der schwarze Körper ein kontinuierliches Spektrum ab, das mit natürlichen Lichtquellen vergleichbar ist. Für andere Lichtquellen wie z.B. Gasentladungslampen wird hingegen eine Farbtemperatur angegeben, die dem Licht so ähnlich wie möglich ist.

Farbtemperaturen im Überblick

K=Kelvin

Weißabgleich von Digitalkameras

Damit eine Digitalkamera unter den unterschiedlichen Lichtverhältnissen natürlich wirkende Farben erzeugt, muss ihre spektrale Empfindlichkeit der Beleuchtung angepasst werden.
Während sich das menschliche Auge den verschiedensten Beleuchtungsfarben unmerklich anpasst, eine so genannte chromatische Adaption durchführt, würde eine Kamera ohne Weißabgleich in Abhängigkeit der Lichtquelle sehr große Farbstiche produzieren. Der Weißabgleich simuliert die chromatische Adaption des Auges an das Umgebungslicht.

Drei Arten des Weißabgleichs
Die meisten Digitalkameras bieten drei Möglichkeiten, einen Weißabgleich vorzunehmen: 

Automatisch:
Beim automatischen Weißabgleich sucht die Kamera die hellste Stelle im Motiv und stellt diese neutral ein. Die restlichen Farben werden anhand dieses Referenzwertes angepasst.

Voreingestellter Weißabgleich:
Hierbei kann aus gespeicherten Einstellungen die passende Lichtart gewählt werden (Sonne, Schatten, Neonlicht, Glühlampe, Blitz).

Benutzerdefinierter Weißabgleich:
Hierbei wird eine neutrale Fläche (z.B. ein weißes Blatt Papier oder eine neutrale Graukarte) angemessen und über eine Testaufnahme die Farbempfindlichkeit der Kamera darauf „geeicht“.

Richtig angewandt ist der manuelle Weißabgleich die präziseste Methode und garantiert farbneutrale Bilder.

Einfluss der Weißabgleich-Einstellung

Die richtige Weißabgleicheinstellung ist entscheidend für die Farbwiedergabe, denn aus der Kombination von Kameraeinstellung und Beleuchtung können sich die verschiedensten Farbeigenschaften im Bild ergeben. 

Beispiel 1: 

Das erste Beispiel zeigt wie sich bei gleich bleibender Lichtquelle (Tageslicht) die verschiedenen Weißabgleicheinstellungen auf das Bild auswirken. Mit einem manuellen Weißabgleich auf den neutralgrauen Hintergrund wird das beste Ergebnis erzielt.

Beispiel 2: 

Das zweite Beispiel zeigt den Einfluss verschiedener Lichtquellen auf die Aufnahme. An der Kamera war die Tageslichteinstellung gewählt, und es wurden verschiedene Lichtquellen verwendet.

Weißabgleich bewusst verändern

Natürlich kann man versuchen, für jede Aufnahmesituation einen „physikalisch“ exakten Weißabgleich zu ermitteln, doch man kann die verschiedenen Farbeinstellungen auch kreativ anwenden, um eine bestimmte Lichtstimmung zu erzielen.

In unserem Beispiel liefert der Automatische Weißabgleich zwar neutralere Farben, der manuelle Weißabgleich auf Tageslicht sorgt jedoch für ein wärmeres Kerzenlicht.

RAW-Format: maximale Flexibilität für den perfekten Weißabgleich
Besonders für Mischlichtsituationen und wenn es auf eine farbverbindliche Wiedergabe ankommt, bietet das RAW-Format gewaltige Vorteile. 

Mit dem Sigma Software  lässt sich der Weißabgleich auch nach der Aufnahme noch verändern und einstellen. Wie das in der Praxis funktioniert und wie Sie die Vorzüge des flexiblen RAW-Format voll ausschöpfen können, erfahren Sie in einer der nächste Ausgaben der SIGMA Fotowelt.

Dank Foveon-Technologie beste Farbwiedergabe mit der neuen SD-14.