Materialien zum Unterricht
Farben im Rechner
Der Mensch kann etwa 500 000 bis 800 000 verschiedene Farbtöne unterscheiden. Wie schafft das Auge das?
Das Auge hat zwei Eigenschaften, die es relativ einfach machen, mit einem Rechner farbige Bilder darzustellen:
- Die lichtempfindliche Schicht im Auge (Netzhaut) besteht aus einzelnen, lichtempfindlichen Zellen (Pixel)
- Jedes Pixel ist entweder nur für Helligkeit oder für eine der drei Farben Rot, Grün und Blau empfindlich.
Unterschiedliche Farben regen die lichtempfindlichen Zellen unterschiedlich an, so dass als Ergebnis im Gehirn die vielen Farbeindrück entstehen.
Ein Monitor, der farbige Bilder darstellen kann, muss also nur einzelne Bildpunkte in den Farben Rot, Grün und Blau zeigen können (Subpixel). Er stellt praktisch das leuchtende Gegenstück zur Netzhaut dar.
Probleme:
- In wie viel Helligkeitsstufen muss ein Subpixel abgestuft werden, damit Fotos dargestellt werden können?
- Wie speichert man diesen Information im Rechner?
Beginnen wir mit dem 2. Punkt. Informationen können ausschließlich in Speicherzellen abgelegt werden. Jede Speicherzelle kann nur die Information 0 oder 1 aufnehmen. Da für jedes Pixel drei Subpixel notwendig sind, ist die minimale Speicherzahl für ein Pixel: 3 Bit.
Damit kann man 8 Farben darstellen (2^3=8):
| Bit | Farbe | Name | ||
| 3 | 2 | 1 | ||
| 0 | 0 | 0 | Schwarz | |
| 0 | 0 | 1 | Rot | |
| 0 | 1 | 0 | Grün | |
| 0 | 1 | 1 | Gelb | |
| 1 | 0 | 0 | Blau | |
| 1 | 0 | 1 | Magenta | |
| 1 | 1 | 0 | Cyan | |
| 1 | 1 | 1 | Weiß | |
Für eine größere Farbtiefe müssen für jedes Subpixel mehr Bits zur Verfügung gestellt werden. Verdoppelt man die Anzahl der Bits, also von 3 auf 6, kommt man auf 2^6=64 Farben. Jedes Subpixel wird dann nicht nur an- oder ausgeschaltet, sondern kann auch noch Zwischenstufen in der Helligkeit annehmen. Bei 2 Bit je Subpixel sind das 2^2=4 Helligkeitsstufen:
| 1 | Aus | |||
| 2 | Helligkeit 1 | |||
| 3 | Helligkeit 2 | |||
| 4 | volle Helligkeit |
Kombiniert man diese Helligkeiten miteinander, erhält man 64 verschiedenen Farben. Einige Beispiele:
| Farbwert | 010101 | 110101 | 011101 | 101000 | 111100 | 101111 | 110010 | 001110 | 001001 |
| Farbe |
Damit lassen sich aber noch keine Fotos auf dem Monitor darstellen. Für noch mehr Farben braucht man noch mehr Bit je Subpixel.
In der heute üblichen Darstellung werden je Subpixel 8 Bit verwendet. Damit kann jedes Subpixel 2^8=256 Helligkeitswerte annehmen. Für ein Pixel sind damit 3x8=24 Pixel in Verwendung. Das ergibt 2^24=16,8 Mio. Farben, mehr als wir unterscheiden können.