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TECHKON<br />
The Color Managers<br />
Farbmesstechnik<br />
für die graphische<br />
Industrie.<br />
1
2<br />
Inhalt<br />
Was ist Farbe ?______________________ 3<br />
Licht und Farbe<br />
Wie sehen unsere Augen ?<br />
Farbmischungen ____________________ 5<br />
Additive Farbmischung<br />
Subtraktive Farbmischung<br />
Autotypische Farbmischung<br />
Farbsysteme und Farbmetrik _________ 6<br />
Normfarbwerte XYZ<br />
CIE Normfarbtafel<br />
CIELAB und CIELUV<br />
Farbdifferenzen<br />
Metamerie<br />
Farbmessung ______________________ 12<br />
Messprinzip<br />
Dreibereichsverfahren<br />
Spektrale Verfahren<br />
Spektrale Dichtemessung<br />
Impressum<br />
Autor: Dr.-Ing. Harald Krzyminski, TECHKON <strong>GmbH</strong><br />
Layout/Composing: SKGraphikDesign, Berlin<br />
Tel./Fax ++49 (0)30-78 71 05 14<br />
E-Mail: SKGraphikDesign@compuserve.de<br />
Druck: Compress Digitaldruck <strong>GmbH</strong>, Kronberg/Ts.<br />
Tel. ++49 (0)6173-32 19 36<br />
E-Mail: comdigi@aol.com<br />
TECHKON <strong>GmbH</strong><br />
Wiesbadener Straße 27<br />
D-61462 Königstein/Ts.<br />
Tel. ++49 (0)6174-92 44 50<br />
Fax ++49 (0)6174-92 44 99<br />
http://www.techkon.com<br />
E-Mail: info@techkon.com Copyright © 2001 • 2. Auflage 2003
Was ist<br />
Farbe ?<br />
Licht und Farbe<br />
Grundsätzlich sehen wir Farben nur bei hinreichend hellem Licht.<br />
Licht ist Strahlung, die aus elektromagnetischen Wellen besteht.<br />
Eine bestimmte Wellenlänge entspricht einer bestimmten Farbe.<br />
Licht wird von Selbstleuchtern wie der Sonne, einer Glühbirne oder<br />
einem Bildschirm ausgestrahlt. Meistens besteht ihre Strahlung aus<br />
einer Mischung von verschiedenen Wellenlängen, von denen für<br />
uns nur der Bereich von 380 bis 780 nm (Nanometer) zwischen<br />
Ultraviolett und Infrarot sichtbar ist.<br />
Das weiße Tageslicht enthält alle Wellenlängen in annähernd<br />
gleichmäßiger Verteilung. Im blauen Licht überwiegt die Intensität<br />
der kurzen, im roten Licht die der langen Wellenlängen. Mit einem<br />
Prisma können wir die Farbanteile erkennen.<br />
Die Farben des Regenbogens entstehen durch<br />
die spektrale Zerlegung des weißen Lichts.<br />
Nachts sind alle Katzen grau. Erst durch Licht entstehen Farben.<br />
Ein Sonderfall ist das monochromatische Licht der Laser, das nur eine<br />
Wellenlänge besitzt. Typisch dafür ist das rote Licht des HeNe-Lasers<br />
mit der Wellenlänge von 632 nm.<br />
Die meisten Gegenstände, die wir farbig sehen, sind jedoch keine<br />
Selbstleuchter, sondern Objekte, die das Licht von Selbstleuchtern<br />
in Körperfarbe umwandeln. Die Farben dieser Objekte entstehen,<br />
indem sie einen Teil des Lichtes absorbieren und den Rest reflektieren.<br />
400 nm 450 nm 500 nm 550 nm 600 nm 650 nm 700 nm 750 nm<br />
3
4<br />
Wie sehen unsere Augen ?<br />
Die Netzhaut in unseren Augen besteht aus zwei Arten<br />
von lichtempfindlichen Zellen:<br />
• rund 120 Millionen Zellen für die Wahrnehmung von<br />
Schwarz, Weiß und Grautönen<br />
• rund 6 Millionen Zellen für die Wahrnehmung von<br />
Farben.<br />
Es gibt drei Arten der farbempfindlichen Zellen, die<br />
auf drei verschiedene Wellenlängenbereiche reagieren:<br />
Rot, Grün und Blau. Aus den roten, grünen und blauen<br />
Signalen bilden wir eine Farbmischung. Daraus entsteht<br />
die Fähigkeit, mehrere Millionen Farben unterscheiden<br />
zu können.<br />
Die spektrale Empfindlichkeit für Rot, Grün und Blau<br />
wurde 1931 von der CIE (Commission Internationale de<br />
l’Eclairage) an Testpersonen untersucht. Das Ergebnis der<br />
Untersuchung sind die Normspektralwertfunktionen für<br />
den Normalbeobachter, der unser durchschnittliches Farbwahrnehmungsvermögen<br />
repräsentiert. Diese Empfindlichkeitskurven<br />
sind die Grundlage jeder Farbmessung.<br />
Die CIE hat den 2°- und den 10°-Normalbeobachter<br />
definiert, weil wir kleine Objekte, die wir unter einem<br />
kleinen Winkel ansehen, farblich etwas anders wahrnehmen<br />
als größere Objekte, die wir unter einem Winkel von<br />
10° und größer betrachten.<br />
Die Farbwahrnehmung ist jedoch keine absolute Sinnesgröße,<br />
sondern eine subjektive Empfindung, die von<br />
vielen Faktoren beeinflusst wird. Während wir Farbunterschiede<br />
zwischen zwei nebeneinander liegenden<br />
Farbtönen sehr gut feststellen können, fällt es uns schwer,<br />
uns an Farben genau zu erinnern und sie sicher wieder zu<br />
erkennen. Deshalb ist es notwendig, Farben zu messen,<br />
damit Farben unabhängig vom visuellen Eindruck durch<br />
Zahlen exakt bestimmt und reproduziert werden können.<br />
Normspektralwerte<br />
2,0<br />
1,5<br />
1,0<br />
0,5<br />
0<br />
z(λ)<br />
2° 10°<br />
2° und 10° Blickwinkel des Normalbeobachters.<br />
Kleine Farbflächen sehen wir etwas anders als große.<br />
y(λ)<br />
x(λ)<br />
400 nm 500 nm<br />
600 nm<br />
10°<br />
2°<br />
So sieht der Mensch die Farben.<br />
Die Normspektralwertfunktionen für den<br />
2°- und 10°- Normalbeobachter beschreiben<br />
unsere Empfindlichkeit für Rot, Grün, und Blau.<br />
700 nm
Farbmischungen<br />
Um die Wahrnehmung von Farben verstehen zu können, ist es wichtig,<br />
die Prinzipien der Farbmischung zu kennen.<br />
Additive Farbmischung<br />
Sie liegt bei allen Farberscheinungen vor, die von Selbstleuchtern ausgehen<br />
und besteht aus der Kombination der primären Lichtfarben Rot, Grün und<br />
Blau. Die Primärfarben sind Grundfarben, die sich nicht durch Mischen aus<br />
anderen Farben gewinnen lassen. Sie sind ihrerseits aber in der Lage, alle<br />
anderen Farben zu erzeugen.<br />
Die additive Farbmischung führt zu folgenden Ergebnissen:<br />
Rot + Grün = Gelb<br />
Blau + Grün = Cyan<br />
Rot + Blau = Magenta<br />
Rot + Grün + Blau = Weiß<br />
Mischt man die drei Grundfarben des Lichts in gleichen Anteilen, erhält<br />
man weißes Licht. Dabei werden die Helligkeiten der Lichtfarben bei ihrem<br />
Zusammentreffen addiert. Das Ergebnis einer additiven Mischung ist also<br />
stets heller als die daran beteiligten Einzelfarben. Das Farbfernsehen ist ein<br />
typisches Beispiel der additiven Farbmischung.<br />
Subtraktive Farbmischung<br />
Die subtraktive Farbmischung der Körperfarben ist der additiven Farbmischung<br />
der Lichtfarben genau entgegengesetzt. Die Sekundärfarben Magenta, Gelb<br />
und Cyan der subtraktiven Farbmischung entsprechen den Primärfarben der<br />
additiven Farbmischung, wie die Tabelle der Mischergebnisse zeigt.<br />
Magenta + Gelb = Rot<br />
Cyan + Gelb = Grün<br />
Cyan + Magenta = Blau<br />
Cyan + Magenta + Gelb = Schwarz<br />
Die Mischung von zwei Primärfarben erzeugt Sekundärfarben. Die Mischung<br />
von zwei Sekundärfarben führt wiederum zu Primärfarben. Mischt man die<br />
sekundären Grundfarben in gleichen Anteilen erhält man die Körperfarbe<br />
Schwarz. Aus Sekundärfarben erzeugte Farben sind immer dunkler als ihre<br />
Ausgangsfarben.<br />
Additive Farbmischung der Lichtfarben.<br />
So entstehen die Bilder des Farbfernsehens.<br />
Subtraktive Farbmischung der Körperfarben.<br />
So entstehen zum Beispiel Graffiti und Plakate.<br />
5
6<br />
Die autotypische Farbmischung ist ein<br />
Sonderfall des mehrfarbigen Rasterdrucks.<br />
Mit einer Lupe erkennt man die subtraktiven<br />
Farbanteile der Rasterstruktur.<br />
Ohne Lupe sieht man das additive Bild.<br />
(E.L. Kirchner, Berliner Straßenszene, 1913,<br />
Details)<br />
Die Farbe des Hintergrunds dient zur<br />
Demonstration und entspricht nicht<br />
genau den angegebenen Farbwerten.<br />
Autotypische Farbmischung<br />
Die autotypische Farbmischung entsteht beim mehrfarbigen<br />
Rasterdruck. Die Rasterpunkte der Farben Cyan, Magenta<br />
und Gelb werden zum Teil nebeneinander und zum Teil übereinander<br />
gedruckt. Weil die Druckfarben durchscheinend sind,<br />
entstehen in den Bereichen des Übereinanderdrucks die Farben<br />
Rot, Grün, Blau und Schwarz als Ergebnis einer subtraktiven<br />
Farbmischung.<br />
Betrachtet man die einzelnen Rasterpunkte mit einer Lupe, sieht<br />
man die subtraktiv gebildeten Farben. Ohne Lupe löst das Auge<br />
die Rasterpunkte nicht auf und sieht Farben, die durch eine<br />
additive Mischung der von den Rasterpunkten reflektierten Farben<br />
erzeugt werden. Der Wechsel von der subtraktiven zur additiven<br />
Farbmischung wird als autotypische Farbmischung bezeichnet.<br />
Farbsysteme<br />
und Farbmetrik<br />
Normfarbwerte XYZ<br />
Grundlage jeder zahlenmäßigen Bewertung von Farben durch Messen<br />
sind die Normspektralwertfunktionen. Aus ihnen gewinnt man mit dem<br />
Farbmessgerät die Normfarbwerte XYZ einer Farbe. Mit den Normfarbwerten<br />
XYZ werden alle weiteren farbmetrischen Kennwerte wie<br />
beispielsweise L*a*b* und L*u*v* berechnet. Die Normfarbwerte XYZ<br />
führen zu einer eindeutigen, zahlenmäßigen Beschreibung einer Farbe.<br />
Ein bestimmtes Orange besitzt zum Beispiel bezogen auf die Normlichtart<br />
D 65 und ein 10° Gesichtsfeld die Normfarbwerte:<br />
X = 49,13 für den Rotanteil<br />
Y = 34,51 für den Grünanteil<br />
Z = 2,67 für den Blauanteil.<br />
Keine andere Farbe besitzt dieselben Werte. Für den genormten vollkommen<br />
mattweißen Körper liegen die XYZ-Werte bei 100.
Unsere Wahrnehmung der Farben hängt von den<br />
Lichtverhältnissen ab. Der Farbeindruck von einem<br />
Gegenstand verändert sich, je nachdem ob wir ihn<br />
bei Tageslicht oder unter künstlichem Licht betrachten.<br />
Die Normfarbwerte XYZ werden deshalb auf Normlichtarten<br />
bezogen, deren spektrale Zusammensetzung von<br />
der CIE festgelegt worden ist.<br />
Die wichtigen genormten Lichtarten sind:<br />
• Lichtart A für das Glühlampenlicht<br />
• C, D 50 und D 65 für unterschiedliches Tageslicht.<br />
CIE Normfarbtafel<br />
Man erkannte sehr früh, dass die Normfarbwerte XYZ<br />
unanschaulich sind und keine Vorstellung vom Farbton<br />
und der Helligkeit einer Farbe vermitteln.<br />
Ein erster Versuch der CIE, diesen Mangel zu beseitigen,<br />
bestand im Entwurf der CIE Normfarbtafel, deren<br />
Koordinaten die Normfarbwertanteile x und y sind.<br />
Die Farbkoordinaten x und y werden durch den Normfarbwert<br />
Y ergänzt, der die Helligkeit der Farbe angibt.<br />
Damit entsteht ein Farbenraum mit den Koordinaten<br />
Yxy. In ihm wird der Farbort einer Farbe durch drei<br />
Werte festgelegt, ein Charakteristikum, das sich auch<br />
bei den neueren Farbmodellen CIELAB und CIELUV<br />
wieder findet.<br />
Die Farbwertanteile werden nach den Gleichungen<br />
und<br />
x =<br />
y =<br />
X<br />
X+Y+Z<br />
Y<br />
X+Y+Z<br />
berechnet und liegen zwischen 0 und 1.<br />
Y liegt zwischen 0 für Schwarz und 100 für Weiß.<br />
y<br />
0,8<br />
0,7<br />
0,6<br />
0,5<br />
0,4<br />
0,3<br />
0,2<br />
0,1<br />
0<br />
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8<br />
x<br />
Die CIE Normfarbtafel zeigt die aus den Primärfarben<br />
Rot, Grün und Blau additiv darstellbaren Farben.<br />
Technische Verfahren können nur einen Ausschnitt des<br />
theoretischen Farbumfangs wiedergeben.<br />
Oranger Umriss: Farbumfang des vierfarbigen Offsetdrucks.<br />
Gelber Umriss: Farbumfang eines Monitors.<br />
Für das Beispiel Orange betragen die Werte:<br />
Y = 34,51<br />
x = 0,569<br />
y = 0,400.<br />
7
8<br />
CIELAB und CIELUV<br />
1976 optimierte die CIE die Farbsysteme durch zwei<br />
neue Farbenräume mit den genormten Bezeichnungen:<br />
-a<br />
Grün<br />
• L*a*b*-Farbenraum CIE 1976<br />
• L*u*v*-Farbenraum CIE 1976.<br />
CIELAB und CIELUV sind heute die wichtigsten Farbenräume<br />
für die Beurteilung und Darstellung von Körperfarben.<br />
Die Gleichungen für die Berechnung von<br />
L*a*b*<br />
L*u*v*<br />
und der davon abgeleiteten Polarkoordinaten<br />
L*C*h*<br />
sind 1990 in einer Neufassung der Norm DIN 5033-3<br />
festgelegt worden. Basis der Berechnungen sind wieder<br />
die Normfarbwerte XYZ.<br />
+b<br />
Gelb<br />
h<br />
-b<br />
Blau<br />
a<br />
C<br />
b<br />
+a<br />
Rot<br />
Der CIELAB-Kreis zeigt einen Querschnitt des Farbenraums.<br />
Der Farbort einer Farbe wird im L*a*b*-Farbenraum durch<br />
die senkrechte Helligkeitskoordinate L und die Farbkoordinaten<br />
±a und ±b festgelegt. Die Sättigung C ist im Zentrum der<br />
L-Achse null und nimmt nach außen hin zu.<br />
Im L*a*b*-Farbenraum sind die Farbwerte durch<br />
definiert.<br />
-a*<br />
-b*<br />
L = 100<br />
L = 0<br />
L* für die Helligkeit<br />
a* für den Rot-Grün-Wert<br />
b* für den Gelb-Blau-Wert<br />
L<br />
+b*<br />
+a*<br />
C* bezeichnet die Sättigung<br />
h* bezeichnet den Farbton im<br />
CIELAB-Kreis
L* beträgt zwischen 0 für Schwarz und 100 für Weiß.<br />
Die Helligkeitswerte liegen auf einer vertikalen Achse<br />
im Zentrum des Farbenraums.<br />
Die Achse a beschreibt den Verlauf von Grün nach Rot,<br />
die Achse b den Verlauf von Blau nach Gelb. Die Werte<br />
von a* sind negativ im Grünbereich und positiv im<br />
Rotbereich. Analog ist b* negativ im Blaubereich und<br />
positiv im Gelbbereich. Im farblosen Zentrum des CIE-<br />
Kreises sind a und b null. Der Sättigungswert C ist<br />
ebenfalls null im Zentrum und nimmt nach außen hin<br />
in allen Richtungen zu.<br />
Im CIELUV Farbenraum sind die Farbkoordinaten a* und<br />
b* durch u* und v* ersetzt. L* ist für beide Farbenräume<br />
gleich.<br />
Für das gewählte Beispiel Orange betragen die beschriebenen<br />
Kennwerte:<br />
L* = 65,37 L* = 65,37<br />
a* = 50,86 u* = 122,37<br />
b* = 21,92 v* = 60,22<br />
C* ab = 96,42 C* uv = 136,38<br />
h* ab = 58,17° h* uv = 26,20°<br />
Sie zeigen den Grundgedanken der neuen Farbenräume,<br />
nämlich die Beschreibung der Farben durch Maßzahlen<br />
für<br />
• Helligkeit<br />
• Farbton und<br />
• Sättigung.<br />
Die Anschaulichkeit der neuen Farbenräume wird mit<br />
Farbmaßzahlen erreicht, die mit weniger anschaulichen<br />
Formeln berechnet werden - was am Beispiel der CIELAB<br />
Formeln deutlich wird.<br />
3<br />
L*=116 √(Y/Yn)-16<br />
3 3<br />
a*=500[ √(X/Xn)-√(Y/Yn)]<br />
3 3<br />
b*=200[ √(Y/Yn)-√(Z/Zn)]<br />
C*ab= √(a* 2 +b* 2 )<br />
hab= arctan(b*/a*)<br />
In diesen Formeln sind X n , Y n und Z n die Normfarbwerte<br />
eines vollkommen mattweißen Körpers für eine bestimmte<br />
Lichtart. X n , Y n und Z n definieren den Unbuntpunkt<br />
im Farbenraum. Das ist der Bezugspunkt der<br />
Farbkoordinaten.<br />
9
10<br />
∆E<br />
A<br />
A'+b*<br />
B<br />
-a* +a*<br />
-b*<br />
L*<br />
Der gesamte Abstand von zwei Farben A und B<br />
wird mit ∆E bezeichnet. ∆E berücksichtigt die<br />
Abweichungen von Farbton, Helligkeit und<br />
Sättigung.<br />
Farbdifferenzen<br />
Ein besonderer Vorzug der Farbenräume L*a*b* und L*u*v* besteht darin,<br />
dass sie Farbabweichungen empfindungsgemäß gleichabständig<br />
darstellen. Das erleichtert die Beurteilung von Farbdifferenzen zwischen<br />
Soll- und Istproben.<br />
Farbdifferenzbestimmungen sind die Grundlage für die Beurteilung der<br />
Farbqualität. Das gilt für alle Bereiche der Herstellung und Anwendung<br />
von Farben und vor allem natürlich für die graphische Industrie.<br />
Hier werden an die Qualität und Übereinstimmung der farbigen Darstellungen<br />
wachsende Anforderungen gestellt und durch besondere Verfahren<br />
und moderne Messtechnik auch erfüllt.<br />
Farbdifferenzen werden durch ∆-Werte (∆ = Delta) quantifiziert. ∆-Werte<br />
sind die Differenz zwischen Istwert und Sollwert. Alle Farbmaßzahlen<br />
können als ∆-Werte benutzt werden.<br />
Zum Beispiel:<br />
∆L* für Helligkeitsdifferenzen<br />
∆C* für Sättigungsdifferenzen<br />
∆a*, ∆b*, ∆u*, ∆v*, ∆h* für Farbdifferenzen.<br />
Eine besondere Bedeutung haben im praktischen Gebrauch die ∆E-Werte,<br />
die den gesamten Farbabstand nach Helligkeit, Sättigung und Farbton<br />
bewerten. Im L*a*b*-Farbenraum ist ∆E* ab die Resultierende aus ∆L*, ∆a*<br />
und ∆b*. Sie wird nach der Gleichung<br />
∆E*ab= √∆L* 2 +∆a* 2+ +∆b* 2<br />
berechnet. In gleicher Form ( ∆E*uv= √∆L* ) wird ∆E* für den<br />
uv<br />
L*u*v*-Farbenraum berechnet.<br />
2 +∆u* 2+ +∆v* 2<br />
Farbdifferenzen unter ∆E* ab = 1 sind praktisch unsichtbar,<br />
Abweichungen von ∆E* ab = 3 und größer sind deutlich zu erkennen.<br />
Dabei sind Abweichungen bei hellen und gering gesättigten Farben<br />
störender als bei kräftigen Farben.<br />
Weitere bekannte Bewertungen für den gesamten Farbabstand sind ∆E* CMC<br />
und das neu definierte, noch nicht genormte ∆E* 94 .
Metamerie<br />
Metamerie ist die Farbabweichung zwischen zwei oder mehreren<br />
Proben, die aus einem Wechsel oder einer Veränderung des<br />
Umgebungslichts resultiert. Zwei Proben können zum Beispiel<br />
bei Tageslicht vollkommen gleich aussehen, bei künstlichem Licht<br />
jedoch deutlich voneinander abweichen.<br />
Metamerie hat nichts mit der bekannten alltäglichen Erscheinung<br />
zu tun, dass ein Gegenstand bei verschiedener Beleuchtung seine<br />
Farbe ändert. Wenn ein weißes Kleid unter einem roten Sonnenschirm<br />
rötlich erscheint und unter einem gelben Sonnenschirm<br />
gelblich, dann ist das keine Metamerie. Das Phänomen Metamerie<br />
entsteht erst, wenn zum weißen Kleid ein weißer Hut gehört und<br />
beide unter dem einen Sonnenschirm gleich aussehen, jedoch<br />
unter dem anderen Sonnenschirm voneinander verschieden sind.<br />
Metamerie entsteht somit nie an einer Probe allein, sondern<br />
ist der mit dem Licht veränderliche Farbunterschied zwischen<br />
zwei oder mehreren Proben.<br />
Metamerie entsteht, wenn die Remissionskurven (siehe Seite 13)<br />
von zwei Proben leichte Unterschiede aufweisen. Der Unterschied<br />
der Remission ist derart, dass er unter einem bestimmten Licht zu<br />
keiner sichtbaren Farbdifferenz führt, unter einem anderen Licht<br />
hingegen eine deutliche Farbabweichung verursacht.<br />
Farben dieser Art nennt man bedingt gleiche Farben im Unterschied<br />
zu gleichen Farben, die aufgrund vollkommen identischer<br />
Remissionskurven unter jedem Licht gleich aussehen.<br />
Am stärksten unterscheiden sich metamere Farben beim Wechsel<br />
von sehr verschiedenem Licht, etwa beim Wechsel von Tageslicht<br />
zum Kunstlicht. Der in der Norm DIN 6172 definierte Metamerie-<br />
Index wird deshalb vorzugsweise für den Wechsel von den Tageslichtarten<br />
C, D 50 und D 65 zur Kunstlichtart A durch Messung<br />
mit einem Spektralphotometer bestimmt.<br />
Metamerie hat große Bedeutung bei der Auswahl von Textilfarben.<br />
Aber auch Druckerzeugnisse, insbesondere deren Sonderfarben,<br />
sollen möglichst frei von Metamerie sein.<br />
Gleicher Farbeindruck bei Tageslicht<br />
Probe 1 Probe 2<br />
Farbabweichung bei Kunstlicht durch Metamerie<br />
Probe 1 Probe 2<br />
Metamere Farben verändern ihren sichtbaren<br />
Farbabstand mit den Lichtverhältnissen.<br />
Probe 1<br />
Probe 2<br />
Ursache der Metamerie sind etwas voneinander<br />
abweichende Remissionskurven. Metamere<br />
Farben sind bedingt gleiche Farben. Sie<br />
erscheinen nur bei bestimmtem Licht gleich.<br />
11
12<br />
Farbmessung<br />
Messprinzip<br />
Farbmessungen haben das Ziel, den visuellen Eindruck einer Farbe mit Farbmaßzahlen<br />
objektiv zu beschreiben und zu quantifizieren. Damit gelingt es,<br />
Farben nach Zahlen festzulegen und die Farbinformation ohne Farbmuster allein<br />
durch Zahlen zu übermitteln. Eine weitere wichtige Anwendung ist das Messen<br />
von Farbdifferenzen zwischen Muster und Druckergebnis zur Qualitätssicherung<br />
beim Drucken. Farbmessungen sind auch die Grundlage der Rezeptierung von<br />
Sonderfarben. Ein neues Anwendungsgebiet ist die Farbcharakterisierung offener<br />
DTP-Systeme im Rahmen des Color Management.<br />
Für diese Aufgaben stehen zwei Messverfahren zur Verfügung:<br />
• das Dreibereichsverfahren<br />
• das Spektralverfahren.<br />
Beide Verfahren sind in der Norm DIN 5033 beschrieben.<br />
Z Y X<br />
Das Dreibereichsverfahren arbeitet nach dem Prinzip<br />
unserer Augen. Die Farbanteile von Rot, Grün und Blau<br />
werden von drei Sensoren erfasst.<br />
Dreibereichsverfahren<br />
Das von einer Lampe ausgestrahlte Messlicht wird an der Probe<br />
reflektiert und von drei Sensoren empfangen. Vor den Sensoren<br />
sitzen Filter, die in den drei Farbkanälen eine spektrale Empfindlichkeit<br />
herstellen, die den Normspektralwertfunktionen entspricht<br />
und damit die spektrale Empfindlichkeit der Netzhaut<br />
simuliert. Die Auswertung der von den Sensoren kommenden<br />
Signale ergibt unmittelbar die Normfarbwerte XYZ für Rot, Grün<br />
und Blau, die dann für alle weiteren farbmetrischen Berechnungen<br />
benutzt werden.<br />
Das einfache Messprinzip ermöglicht preiswerte, zuverlässige<br />
Messgeräte. Sie erreichen trotz ständiger Verbesserungen nicht<br />
die absolute Messgenauigkeit der Spektralphotometer, sind aber<br />
für Vergleichsmessungen gut geeignet.<br />
Systembedingte Einschränkungen sind die unvollkommene<br />
Simulation von mehreren Lichtarten, das Fehlen der spektralen<br />
Remissionswerte und der Metameriemessung.
Spektrale Verfahren<br />
Spektralphotometer messen die Remissionswerte des gesamten<br />
sichtbaren Spektrums. Dabei wird das Spektrum in Abschnitte<br />
geteilt, deren Bandbreite 10 bis 20 nm beträgt. Jeder Abschnitt<br />
ergibt einen Remissionswert. Die spektrale Zerlegung des von<br />
der Probe reflektierten Messlichts erfolgt in modernen Messgeräten<br />
durch Gitter-Dioden-Module oder Filter-Dioden-<br />
Module.<br />
Das vom Beugungsgitter des Gitter-Dioden-Moduls zerlegte<br />
Licht, wird auf eine Diodenzeile mit vorzugsweise 256 aneinander<br />
gereihten Dioden projiziert. Die durch die vielen<br />
Dioden hochaufgelösten Signale werden von einer Elektronik<br />
zunächst verstärkt, digitalisiert und weiter ausgewertet. Man<br />
erhält damit als erstes Ergebnis der spektralen Messung die<br />
Reihe der Remissionswerte und ihre graphische Darstellung<br />
als Remissionskurve.<br />
Filter-Dioden-Module bestehen aus mehreren Dioden, denen<br />
schmalbandige Farbfilter vorgeschaltet sind. Jede Diode misst<br />
eine bestimmte Bandbreite des Spektrums.<br />
Eine weitere Möglichkeit Remissionswerte zu erhalten, besteht<br />
darin, die Probe nacheinander mit spektral schmalbandigem<br />
Licht verschiedener Wellenlängen, wie es von farbigen Leuchtdioden<br />
ausgesendet wird, zu bestrahlen. Ein spektral breitbandiger<br />
Sensor erfasst dann die einzelnen Remissionswerte.<br />
Remissionswerte und Remissionkurve sind die vollständige<br />
Information der gemessenen Farbe. Die Normfarbwerte XYZ<br />
werden durch ein besonderes Rechenverfahren, der sogenannten<br />
valenzmetrischen Auswertung, gewonnen. Dabei<br />
werden die Remissionskurve und die Normspektralwertfunktionen<br />
zueinander in Beziehung gesetzt. Die als Beispiel<br />
dargestellte Remissionskurve wurde mit einem TECHKON<br />
Spektralphotometer der SP-Serie aufgenommen.<br />
Die Remissionskurve beginnt links im blauen Bereich bei<br />
380 nm und endet rechts im Rotbereich bei 780 nm.<br />
Beugungsgitter<br />
Diodenzeile<br />
Das Beugungsgitter des Gitter-Dioden-Moduls<br />
projiziert das zerlegte Spektrum auf eine<br />
Diodenzeile.<br />
optischer<br />
Fasereingang<br />
Die Remissionskurve R(λ) der Spektralphotometer<br />
enthält alle Informationen über die gemessene Farbe.<br />
13
14<br />
Spektrale Dichtemessung<br />
Aus Remissionskurven können nicht nur farbmetrische,<br />
sondern auch densitometrische Werte abgeleitet werden.<br />
Das hat zur Entwicklung von Spektralphotometern geführt,<br />
die wahlweise Farbwerte und Dichtewerte messen. Weiterhin<br />
gibt es sogenannte Spektraldensitometer, die im Gegensatz<br />
zu den bekannten, mit Filtern versehenen Densitometern, mit<br />
spektralen Messmodulen bestückt sind.<br />
Das Messprinzip dieser spektralen Densitometer besteht darin,<br />
dass aus der Remissionskurve R(λ) die Dichtekurve D(λ) abgeleitet<br />
wird. Die Dichtekurve ist das proportionale Spiegelbild<br />
der Remissionskurve: hohen Remissionswerten entsprechen<br />
niedrige Dichtewerte und umgekehrt. Aus der Dichtekurve<br />
können für beliebige Wellenlängen die Dichtewerte und die<br />
daraus ableitbaren Kennwerte bestimmt werden.<br />
Die genormten Prozessfarben Cyan, Magenta und Gelb der<br />
Euroskala haben ihr Dichtemaximum bei 620, 530 und 430 nm.<br />
Ihre Dichte wird bei diesen Wellenlängen mit ebenfalls genormten<br />
Filtern gemessen. Sonderfarben haben im Allgemeinen ihr Dichtemaximum<br />
bei anderen Wellenlängen und können deshalb von<br />
konventionell mit Filtern bestückten Densitometern nicht befriedigend<br />
gemessen werden. Spektrale Densitometer können<br />
dagegen mit mathematisch definierten, frei wählbaren Filtern an<br />
jeder Stelle des Spektrums die Dichte bestimmen. Sie sind damit<br />
für alle Farben universell einsetzbar.<br />
Spektrale Densitometer sind nicht auf die Messung densitometrischer<br />
Kennwerte beschränkt, sondern bieten häufig auch<br />
farbmetrische Funktionen an. Die Kennwerte der Densitometrie,<br />
wie Volltondichte, Tonwertzunahme, Druckkontrast und Farbbalance,<br />
dienen hauptsächlich zur Steuerung des Auflagendrucks.<br />
Dagegen werden für das Abstimmen des OK-Exemplars nach<br />
einem farbverbindlichen Prüfdruck häufig farbmetrische Messungen<br />
bevorzugt. Das gilt vor allem für Digitalprüfdrucke. Auch<br />
für die nachträgliche Kontrolle des Auflagendrucks können die<br />
CIELAB-Farbwerte mit dem Abstimmbogen verglichen werden.<br />
Spektral messende Densitometer erfüllen so alle Anforderungen<br />
für das Abstimmen, den Auflagendruck und die Endkontrolle.<br />
Die Remissionskurve R(λ) einer violetten Sonderfarbe<br />
mit der niedrigsten Remission bei 570 nm<br />
Die Dichtekurve D(λ) wird aus der Remissionskurve<br />
R(λ) berechnet. Dichtemaximum und Remissionsminimum<br />
haben die selbe Wellenlänge.
Index<br />
CIE ...................................................................................................... 4, 7, 8, 9<br />
CIELAB ................................................................................................ 7, 8, 9, 14<br />
CIELUV ................................................................................................ 7, 8, 9<br />
CIE Normfarbtafel ............................................................................... 7<br />
Color Management ............................................................................. 12<br />
∆E Farbdifferenzen .............................................................................. 10<br />
Dichte ................................................................................................. 14<br />
Dichtekurve......................................................................................... 14<br />
Dreibereichsverfahren ......................................................................... 12<br />
Farbmischungen ................................................................................. 4, 5, 6<br />
L*a*b* ................................................................................................. 6, 8, 9, 10<br />
Laser ................................................................................................... 3<br />
L*u*v* ................................................................................................. 6, 8, 9, 10<br />
Metamerie .......................................................................................... 11<br />
Normalbeobachter .............................................................................. 4<br />
Normfarbwerte ................................................................................... 6, 7, 8, 9, 12, 13<br />
Normlicht ........................................................................................... 6, 7<br />
Normspektralwertfunktionen .............................................................. 4, 6, 12, 13<br />
Primärfarben ....................................................................................... 5, 7<br />
Remission ............................................................................................ 11<br />
Remissionskurve .................................................................................. 11, 13, 14<br />
Sekundärfarben ................................................................................... 5<br />
Spektraldensitometer .......................................................................... 14<br />
spektrale Dichtemessung .................................................................... 14<br />
spektrale Messung .............................................................................. 13<br />
Spektralphotometer ............................................................................ 11, 12, 13, 14<br />
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