Ein Satz von Primärfarben ist, am greifbarsten, ein Satz von realen physikalischen pigmentierten Medien oder farbigen Lichtern, die in unterschiedlichen Mengen kombiniert werden können, um eine „Farbskala“ von Farben zu erzeugen. Dies ist die essentielle Methode, die in Anwendungen verwendet wird, die die Wahrnehmung verschiedener Farbgruppen, z. elektronische Displays, Farbdruck und Gemälde. Wahrnehmungen, die mit einer gegebenen Kombination von Primärfarben assoziiert sind, werden durch Anwenden des geeigneten Mischmodells (additiv, subtraktiv, additive Mittelung usw.) vorhergesagt, das die zugrundeliegende Physik der Wechselwirkung von Licht mit den Medien und letztendlich der Retina verkörpert.

Primärfarben können auch konzeptuell sein, entweder als additive mathematische Elemente eines Farbraums oder als irreduzible phänomenologische Kategorien in Bereichen wie Psychologie und Philosophie. Farbraum-Primärfarben sind genau definiert und empirisch in psychophysikalischen Farbabstimmungsexperimenten verwurzelt, die für das Verständnis des Farbsehens grundlegend sind. Die Primärfarben einiger Farbräume sind vollständig (dh alle sichtbaren Farben werden in Form ihrer gewichteten Summen mit nicht negativen Gewichten beschrieben), sind aber notwendigerweise imaginär (dh es gibt keine plausible Möglichkeit, dass diese Primärfarben physikalisch dargestellt oder wahrgenommen werden könnten). . Die Beschreibung von Primärfarben aus einer phänomenologischen Perspektive ist schwer prägnant, aber phänomenologische Darstellungen, wie die psychologischen Primärfarben, haben zu praktisch nützlichen Einsichten geführt.

Alle Sätze von Primär- und Farbraum-Primärfarben sind willkürlich, in dem Sinne, dass es keinen Satz von Primärfarben gibt, die als die kanonische Menge betrachtet werden können. Primärpigmente oder Lichtquellen, die für eine gegebene Anwendung auf der Basis von subjektiven Präferenzen sowie praktischen Faktoren wie Kosten, Stabilität, Verfügbarkeit usw. ausgewählt werden. Farbraum-Primärfarben können sinnvollen Eins-zu-Eins-Transformationen unterzogen werden, so dass der transformierte Raum ist immer noch vollständig und jede Farbe ist mit einer eindeutigen Summe angegeben.

Elementare Kunstausbildungsmaterialien, Wörterbücher und elektronische Suchmaschinen definieren häufig Primärfarben effektiv als konzeptuelle Farben (allgemein rot, gelb und blau oder rot, grün und blau), die verwendet werden können, um „alle“ anderen Farben zu mischen und oft zu gehen weiter und schlagen vor, dass diese konzeptuellen Farben bestimmten Farbtönen und präzisen Wellenlängen entsprechen. Solche Quellen stellen keine kohärente, konsistente Definition von Primärfarben dar, da echte Primärfarben nicht vollständig sein können.

Additives Mischen von Licht
Die Wahrnehmung, die durch mehrere Lichtquellen hervorgerufen wird, die den gleichen Bereich der Retina ko-stimulieren, ist additiv, d. H. Durch Summieren der spektralen Leistungsverteilungen oder Tristimulus-Werte der einzelnen Lichtquellen (unter Annahme eines Farbanpassungskontextes) vorhergesagt. Zum Beispiel könnte ein lila Scheinwerfer auf einem dunklen Hintergrund mit übereinstimmenden blauen und roten Scheinwerfern verglichen werden, die beide dunkler als der violette Scheinwerfer sind. Wenn die Intensität des violetten Scheinwerfers verdoppelt würde, könnte dies durch eine Verdoppelung der Intensität des roten und blauen Strahlers, die dem ursprünglichen Purpur entsprachen, erreicht werden. Die Prinzipien der additiven Farbmischung sind in den Graßmannschen Gesetzen verankert.

In den Experimenten, die zur Ableitung des CIE-1931-Farbraums verwendet wurden, wurde eine additive Mischung von koinzidenten Punktlichtern angewendet. Die ursprünglichen monochromatischen Primärfarben der (willkürlichen) Wellenlängen von 435,8 nm (violett), 546,1 nm (grün) und 700 nm (rot) wurden in dieser Anmeldung aufgrund der Bequemlichkeit, die sie den experimentellen Arbeiten ermöglichten, verwendet.

Rotes, grünes und blaues Licht sind die idealen Primärfarben für eine additive Farbmischung, da Primärlichter mit diesen Farbtönen die größten dreieckigen Farbartbereiche aufweisen. Kleine rote, grüne und blaue Elemente in elektronischen Anzeigen mischen sich additiv aus einem geeigneten Betrachtungsabstand, um überzeugende farbige Bilder zu erzeugen.

Die genauen Farben, die für additive Primärfarben gewählt werden, sind ein technologischer Kompromiß zwischen den verfügbaren Leuchtstoffen (einschließlich Erwägungen wie Kosten und Energieverbrauch) und der Notwendigkeit eines großen Farbartumfangs. Die ITU-R BT.709-5 / sRGB-Primärfarben sind typisch.

Es ist wichtig anzumerken, dass das additive Mischen sehr schlechte Vorhersagen der Farbwahrnehmung außerhalb des Farbanpassungskontextes liefert. Bekannte Demonstrationen wie The Dress und andere Beispiele zeigen, dass das additive Mischmodell alleine nicht ausreicht, um die wahrgenommene Farbe in vielen Fällen von realen Bildern vorherzusagen. Im Allgemeinen können wir nicht alle möglichen wahrgenommenen Farben aus Kombinationen von Primärlicht im Kontext von realen Bildern und Betrachtungsbedingungen vollständig vorhersagen. Die angeführten Beispiele zeigen, wie bemerkenswert schlecht solche Vorhersagen sein können.

Subtraktives Mischen von Farbschichten
Das subtraktive Farbmischmodell sagt die spektralen Leistungsverteilungen von Licht voraus, das durch überlagerte, teilweise absorbierende Materialien auf einer reflektierenden oder transparenten Oberfläche gefiltert wird. Jede Schicht absorbiert teilweise einige Wellenlängen des Lichts aus dem Beleuchtungsspektrum, während andere multiplikativ durchlaufen werden, was zu einer farbigen Erscheinung führt. Überlappende Tintenschichten beim Drucken mischen sich auf diese Weise subtraktiv über reflektierendes weißes Papier, um fotorealistische Farbbilder zu erzeugen. Die typische Anzahl von Tinten in einem solchen Druckverfahren liegt im Bereich von 3 bis 6 (z. B. CMYK-Verfahren, Pantone Hexachrom). Im Allgemeinen führt die Verwendung von weniger Tinten als Primärfarben zu einem ökonomischeren Drucken, aber die Verwendung von mehr kann zu einer besseren Farbreproduktion führen.

Cyan, Magenta und Gelb sind gute subtraktive Primärfarben, da die spektralen Leistungsverteilungen von Licht, das von idealisierten Tinten reflektiert wird, für die größten Farbartbereiche kombiniert werden können. Eine zusätzliche Schlüsseltinte (Kurzschrift für die Schlüsseldruckplatte, die das künstlerische Detail eines Bildes prägte, gewöhnlich schwarz) wird ebenfalls üblicherweise verwendet, da es schwierig ist, eine dunkel genug schwarze Tinte unter Verwendung der anderen drei Tinten zu mischen. Bevor die Farbnamen Cyan und Magenta gebräuchlich waren, wurden diese Primärfarben oft als Blau und Rot bezeichnet und ihre genaue Farbe hat sich im Laufe der Zeit mit dem Zugang zu neuen Pigmenten und Technologien geändert.

Mischen von Farben in begrenzten Paletten
Die Farbe des Lichts (d. H. Die spektrale Leistungsverteilung), die von beleuchteten Oberflächen reflektiert wird, die in Farbgemischen, Aufschlämmungen von Pigmentteilchen, beschichtet sind, wird durch ein subtraktives oder additives Mischmodell nicht gut angenähert. Farbvorhersagen, die Lichtstreuungseffekte von Pigmentteilchen und Farbschichtdicken beinhalten, erfordern Ansätze, die auf den Kubleka-Munk-Gleichungen basieren. Selbst solche Ansätze können die Farbe von Anstrichmischungen nicht genau vorhersagen, da kleine Abweichungen in der Teilchengrößenverteilung, Verunreinigungskonzentrationen usw. schwierig zu messen sein können, aber wahrnehmbare Wirkungen auf die Art und Weise vermitteln, wie Licht von der Farbe reflektiert wird. Künstler verlassen sich normalerweise auf das Mischen von Erfahrung und „Rezepten“, um gewünschte Farben aus einem kleinen anfänglichen Satz von Primärfarben zu mischen, und verwenden keine mathematische Modellierung.

Es gibt Hunderte von kommerziell erhältlichen Pigmenten für visuelle Künstler zu verwenden und zu mischen (in verschiedenen Medien wie Öl, Aquarell, Acryl und Pastell). Ein gängiger Ansatz besteht darin, nur eine begrenzte Palette von Primärpigmenten (oft zwischen vier und acht) zu verwenden, die physikalisch mit jeder Farbe gemischt werden können, die der Künstler in der endgültigen Arbeit wünscht. Es gibt keinen spezifischen Satz von Pigmenten, die Primärfarben sind, die Wahl der Pigmente hängt vollständig von der subjektiven Vorliebe des Künstlers für Subjekt und Stil der Kunst sowie von materiellen Überlegungen wie Lichtechtheit und Mischheuristiken ab. Zeitgenössische klassische Realisten haben oft befürwortet, dass eine begrenzte Palette von weißem, rotem, gelbem und schwarzem Pigment (oft als die „Zorn-Palette“ bezeichnet) für zwingende Arbeit ausreicht.

Ein Farbartdiagramm kann die Farbskala verschiedener Primärfarben darstellen, zum Beispiel, welche Farben verloren gehen (und gewonnen werden), wenn Sie RGB für subtraktive Farbmischung (anstelle von CMY) verwenden.

Farbraum-Primärfarben
Eine zeitgenössische Beschreibung des Farbsichtsystems liefert ein Verständnis der Primärfarben, das mit der modernen Farbwissenschaft übereinstimmt. Das menschliche Auge enthält normalerweise nur drei Arten von Farbphotorezeptoren, die als langwellige (L), mittelwellige (M) und kurzwellige (S) Kegelzellen bekannt sind. Diese Photorezeptortypen reagieren auf verschiedene Grade über das sichtbare elektromagnetische Spektrum. Die S-Konus-Antwort wird im allgemeinen bei langen Wellenlängen größer als etwa 560 nm als vernachlässigbar angenommen, während die L- und M-Kerne über das gesamte sichtbare Spektrum reagieren. Die LMS-Primärfarben sind imaginär, da es keine sichtbare Wellenlänge gibt, die nur eine Art von Kegel stimuliert (d. H. Menschen können normalerweise keine Farbe sehen, die einer reinen L-, M- oder S-Stimulation entspricht). Die LMS-Primärfarben sind vollständig, da jede sichtbare Farbe zu einem Triplet zugeordnet werden kann, das die Koordinaten im LMS-Farbraum angibt.

Die L-, M- und S-Antwortkurven (Konusgrundlagen) wurden von Farbanpassungsfunktionen abgeleitet, die aus kontrollierten Farbanpassungsexperimenten (z. B. CIE 1931) erhalten wurden, wo Beobachter die Farbe einer mit monochromatischem Licht beleuchteten Oberfläche mit Mischungen von drei monochromatischen Primärlichtern übereinstimmten eine nebeneinanderliegende Oberfläche. Praktische Anwendungen verwenden im Allgemeinen eine kanonische lineare Transformation des LMS-Raums, die als CIEXYZ bekannt ist. Die Primärfarben X, Y und Z sind typischerweise nützlicher, da die Luminanz (Y) getrennt von der Farbart einer Farbe angegeben wird. Irgendwelche Farbraum-Primärfarben, die durch eine lineare Transformation auf physiologisch relevante LMS-Primärfarben abgebildet werden können, sind notwendigerweise entweder imaginär oder unvollständig oder beides. Der Kontext für die Farbanpassung ist immer dreidimensional (da der LMS-Raum dreidimensional ist), aber allgemeinere Farberscheinungsmodelle wie CIECAM02 beschreiben Farben in sechs Dimensionen und können verwendet werden, um vorherzusagen, wie Farben unter verschiedenen Betrachtungsbedingungen erscheinen.

Daher verwenden wir für Dreifarben wie den Menschen drei (oder mehr) Primärfarben für die meisten allgemeinen Zwecke. Zwei Primärfarben wären nicht in der Lage, selbst einige der gebräuchlichsten der genannten Farben zu erzeugen. Das Hinzufügen einer vernünftigen Auswahl von dritter Primärquelle kann den verfügbaren Farbraum drastisch erhöhen, während das Hinzufügen einer vierten oder fünften den Tonumfang erhöhen kann, aber typischerweise nicht um so viel.

Die meisten Plazenta-Säugetiere, die keine Primaten sind, haben nur zwei Arten von Farbphotorezeptoren und sind daher Dichromate, so dass es möglich ist, dass bestimmte Kombinationen von nur zwei Primärfarben einen signifikanten Bereich relativ zu der Reichweite ihrer Farbwahrnehmung abdecken. Inzwischen haben Vögel und Beuteltiere vier Farbphotorezeptoren in ihren Augen und sind daher Tetrachromate. Es gibt einen wissenschaftlichen Bericht über einen funktionellen menschlichen Tetrachromat.

Das Vorhandensein von Photorezeptor-Zelltypen in den Augen eines Organismus bedeutet nicht direkt, dass sie zur funktionalen Wahrnehmung von Farbe verwendet werden. Die Messung der funktionellen spektralen Diskriminierung bei nicht-menschlichen Tieren ist aufgrund der Schwierigkeit, psychophysische Experimente an Kreaturen mit begrenztem Verhaltensrepertoire durchzuführen, die nicht mit Sprache antworten können, eine Herausforderung. Beschränkungen in der Unterscheidungsfähigkeit von Garnelen mit zwölf verschiedenen Farbphotorezeptoren haben gezeigt, dass das Vorhandensein von mehr Zelltypen an sich nicht immer mit einem besseren funktionellen Farbsehen korrelieren muss.

Psychologische Vorwahlen
Der Gegenprozess ist eine Farbtheorie, die besagt, dass das menschliche visuelle System Informationen über Farben interpretiert, indem es Signale von Kegeln und Stäben antagonistisch verarbeitet. Die Theorie besagt, dass jede Farbe als eine Mischung entlang der drei Achsen Rot gegen Grün, Blau gegen Gelb und Weiß gegen Schwarz beschrieben werden kann. Die sechs Farben der Paare könnten als „psychologische Primärfarben“ bezeichnet werden, da jede andere Farbe in Form einer Kombination dieser Paare beschrieben werden könnte. Obwohl es eine Menge Beweise für Opponenz in Form von neuralen Mechanismen gibt, gibt es derzeit keine klare Zuordnung der psychologischen Primären zu neuralen Substraten.

Die drei Achsen der psychologischen Vorwahlen wurden von Richard S. Hunter als Primärfarben für den Farbraum, der letztlich als CIELAB bekannt ist, angewendet. Das Natural Color System ist auch direkt von den psychologischen Grundfarben inspiriert.

Geschichte
Im Laufe der Geschichte gibt es zahlreiche konkurrierende Primärfarbsysteme. Wissenschaftler und Wissenschaftler diskutieren darüber, welche Farbtöne die primären Farbempfindungen des Auges am besten beschreiben. Thomas Young schlug Rot, Grün und Violett als die drei Grundfarben vor, während James Clerk Maxwell den Wechsel von Violett zu Blau bevorzugte. Hermann von Helmholtz schlug „ein leicht purpurfarbenes Rot, ein vegetationsgrünes, leicht gelbliches und ein Ultramarinblau“ als Trio vor. Im modernen Verständnis entsprechen menschliche Kegelzellen nicht genau einem bestimmten Satz von Primärfarben, da jeder Kegeltyp auf einen relativ breiten Bereich von Wellenlängen reagiert.