Skriptum zur Farbmetrik 13 Auflage.doc

Graphische - Skriptum Farbmetrik 1 von 124

Unterrichtsskriptum zu Farbmessung,

Farbmanagement, Standardisierung

13. Auflage

Prof. Dipl.-Ing. Manfred Niedl, MSc

Höhere Graphische

Bundes-Lehr- und Versuchsanstalt

2 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik


Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis ................................................................................................................... 3

Einleitung................................................................................................................................ 9

Allgemeines zur Farbe ........................................................................................................... 10

Reiz-Reaktion ................................................................................................................. 10

Theorie des Sehens bzw. Wahrnehmungsprozesses ........................................................ 11

Physikalische Beschreibung der Farbe ................................................................................ 11

Spektrum ....................................................................................................................... 11

Licht und Materie ........................................................................................................... 12

Körperfarben ................................................................................................................. 13

Additive Farbmischung ................................................................................................... 14

Subtraktive Farbmischung .............................................................................................. 15

Farbtemperatur ................................................................................................................. 15

Physiologische Grundlagen des Farbsehens ........................................................................ 16

Aufbau des Auges ........................................................................................................... 16

Sehzellen (Photorezeptoren) .......................................................................................... 16

Laterale Inhibition, Kontrastanhebung ............................................................................ 17

Auflösungsvermögen ...................................................................................................... 18

Gesichtsfeld ................................................................................................................... 18

Adaption ........................................................................................................................ 19

Farbumstimmung ........................................................................................................... 19

Psychologische Aspekte des Farbsehens ............................................................................. 19

Heringsche Gegenfarbentheorie......................................................................................... 20

Farbmetrisches Grundsystem ................................................................................................ 21

Normspektralwertkurven ................................................................................................... 21

Versuch von Guild und Wright (Ermittlung der Normspektralwertkurven) ....................... 21

Primärvalenzen .............................................................................................................. 22

Spektralwertkurven ........................................................................................................ 22

Uneigentliche Farbmischung........................................................................................... 23

Virtuelle Primärvalenzen ................................................................................................ 23

Normspektralwertkurven ............................................................................................... 24

Normalbeobachter, Beobachterwinkel ............................................................................... 25

Remissionsgrad.................................................................................................................. 25

XYZ Farbmaßzahlen............................................................................................................ 26


Normlichtarten .............................................................................................................. 27

Weißpunkt ..................................................................................................................... 27

Berechnung von X,Y,Z ..................................................................................................... 27

Normierung ................................................................................................................... 28

Berechnung gemäß ISO 13655 ........................................................................................ 29

Berechnungsbeispiel: ..................................................................................................... 30

Metamerie ............................................................................................................................ 31

Metamerie-Index ........................................................................................................... 31

CIE-Farbräume ...................................................................................................................... 33

Allgemeines und Eigenschaften .......................................................................................... 33

Grassmann Gesetz .......................................................................................................... 33

Farbton, Sättigung, Helligkeit ......................................................................................... 33

Dimensionalität von Farbräumen .................................................................................... 34

Linearität von Farbräumen ............................................................................................. 34

Gleichabständigkeit von Farbräumen .............................................................................. 34

Hellbezugswert .............................................................................................................. 35

CIE-XYZ Farbraum .............................................................................................................. 35

CIE-xy Farbraum, Normfarbwertanteile .............................................................................. 36

Helmholtz Maßzahlen ..................................................................................................... 37

Mac Adams Ellipsen (Schwellwertkurven) ....................................................................... 38

CIE-Lab (L * a * b * ) Farbraum .................................................................................................. 39

LCh Darstellung .............................................................................................................. 41

UCS Farbraum .................................................................................................................... 42

CIE-Luv (L * u * v * ) Farbraum .................................................................................................. 43

LCh Darstellung .............................................................................................................. 44

Buntheit und Sättigung ................................................................................................... 44

Farbabstand ...................................................................................................................... 45

Farbabstand für CIE-Lab und CIE-Luv Farbraum ............................................................... 45

Bewertung von Farbabständen ....................................................................................... 46

Weitere Farbabstandsformeln ........................................................................................ 47

Farbabstand CIE-ΔE 2000 Formel ........................................................................................ 47

DIN 99 Farbraum ............................................................................................................ 49

Beispiele sonstiger Farbräume ............................................................................................... 50

Geräteabhängige Farbräume .............................................................................................. 50


RGB-Farbraum ............................................................................................................... 50

Pantone, HKS Farbraum ..................................................................................................... 50

Munsell Farbraum ............................................................................................................. 50

PhotoYCC Farbraum ........................................................................................................... 50

Farbmessung ......................................................................................................................... 51

Grundsätzliches ................................................................................................................. 51

Körperfarben (Reflexionsmessung, Auflichtmessung) ...................................................... 51

Selbstleuchter (Emissionsmessung) ................................................................................ 51

Gleichheitsverfahren ......................................................................................................... 51

Dreibereichsverfahren ....................................................................................................... 52

Spektralverfahren (Spektralphotometer) ............................................................................ 53

Messgeometrie .................................................................................................................. 54

Winkelgeometrie 45°/0°, 0°/45° ..................................................................................... 56

Kugelgeometrie d/0°, 0°/d .............................................................................................. 56

Kugelgeometrie d/8°, 8°/d .............................................................................................. 56

Durchlichtmessung Geometrie 0°/0° ............................................................................... 57

Messhintergrund ............................................................................................................... 57

Messmodi nach ISO 13655 ................................................................................................. 57

Messmodus M0 .............................................................................................................. 58

Messmodus M1 .............................................................................................................. 58

Messmodus M2 .............................................................................................................. 58

Messmodus M3 .............................................................................................................. 58

Datenstandard ................................................................................................................... 59

Color Exchange Format ................................................................................................... 59

Einige Komponenten und Farbmessgeräte .......................................................................... 59

Lichtquelle ..................................................................................................................... 59

Monochromator mit Spaltblende .................................................................................... 59

Farbfilter ........................................................................................................................ 60

Weißstandard ................................................................................................................ 60

Polfilter.......................................................................................................................... 60

Messblende ................................................................................................................... 61

Empfänger (Messzelle, Fotozelle) ................................................................................... 61

Messbedingungen der Farbmessung .................................................................................. 61

Vergleich zwischen Messgeräten ........................................................................................ 62

Relative Summenhäufigkeit ............................................................................................ 63


Besondere Messverfahren ..................................................................................................... 64

Messung fluoreszierender Proben ...................................................................................... 64

Aufhellungsgrad ................................................................................................................ 65

Weißgrad .......................................................................................................................... 65

Opazität ............................................................................................................................ 66

Glanzmessung ................................................................................................................... 66

Sonderfarbenmessung - SCTV ............................................................................................. 68

Goniometer ....................................................................................................................... 68

Farbrezeptberechnung ....................................................................................................... 68

Dichtemessung (Densitometrie)............................................................................................. 70

Allgemeines ....................................................................................................................... 70

Schwarzdichtemessung ...................................................................................................... 70

Farbdichtemessung ............................................................................................................ 70

Messbedingungen bei der Dichtemessung .......................................................................... 71

Anwendung der Dichtemessung ......................................................................................... 72

Theoretische Aspekte des Farbdruckes .................................................................................. 74

Rasterdruck – Optimalfarben ............................................................................................. 74

Mehrfarbendruck – Schwarzaufbau - Multicolordruck ........................................................ 76

Berechnung der Farbwerte von Rasterflächen .................................................................... 77

Grundlagen des Farbmanagements ........................................................................................ 78

Allgemeines ....................................................................................................................... 78

Farbeinflussfaktoren .......................................................................................................... 78

Monitor ......................................................................................................................... 78

Druckmaschine / Drucker ............................................................................................... 78

Scanner und Digitalkamera ............................................................................................. 79

Farbprofile ........................................................................................................................ 79

Arbeitsablauf mit Farbprofilen ........................................................................................ 80

Device-Link Profile ......................................................................................................... 81

Farbraumumrechnung – Rendering Intents ........................................................................ 82

Absolut Farbmetrisch (colorimetrisch, match) ................................................................. 82

Relativ Farbmetrisch (colorimetrisch, proof) ................................................................... 83

Tiefenkompensierung (Option bei relativ farbmetrisch) .................................................. 84

Wahrnehmungsorientiert (fotografisch, empfindungsgemäß, perzeptiv, picture) ............. 84

Sättigungserhaltend (grafic) ........................................................................................... 85

Arbeit mit Profilen ............................................................................................................. 85

Standardfarbräume ........................................................................................................ 85


Zuweisen ....................................................................................................................... 86

Konvertieren (Umrechnen) ............................................................................................. 86

Workflowarten ............................................................................................................... 86

Erzeugung von eigenen Profilen ......................................................................................... 87

Prozessstandardisierung ........................................................................................................ 90

Prozessstandard Offsetdruck nach ISO 12647-2 .................................................................. 90

Papierklassen bzw. Papiertypen ...................................................................................... 90

Vorgegebene Farbwerte und zulässige Abweichungen der Prozessfarben: ....................... 92

Gleichmäßigkeit der Farbe über den Bogen ..................................................................... 94

Vorgegebene Druckkennlinie und zulässige Abweichungen: ............................................ 94

Zusätzliche Information über Dichtewerte ...................................................................... 95

Einstellung der Druckmaschine gemäß PSO ..................................................................... 96

Digitaler Prüfdruck nach ISO 12647-7 bzw. -8 ..................................................................... 97

Prozessstandard Digitaldruck PSD ...................................................................................... 97

Farbergiebigkeit und Druckfarbenkontrolle ........................................................................ 98

Druckfarbenprüfung nach ISO 2846 .................................................................................... 98

Farbmetrische Übereinstimmung der Druckfarben: ......................................................... 99

Transparenz der Druckfarbe: .......................................................................................... 99

Prüfdruckerstellung und Kontrollmittel ............................................................................ 101

UGRA/ FOGRA Medienkeil ............................................................................................ 102

UGRA/FOGRA Medienkeil Lab ....................................................................................... 104

Weitere Testformen ..................................................................................................... 105

Softproof ..................................................................................................................... 107

Remote Proofing .......................................................................................................... 107

Fachbegriffe ........................................................................................................................ 108

Literatur und Links (Quellenhinweise).................................................................................. 110

Links ............................................................................................................................ 110

Fachbücher .................................................................................................................. 110

Normen ....................................................................................................................... 110

Quellenverzeichnis ....................................................................................................... 110

Anhang ............................................................................................................................... 111

Formelübersicht .............................................................................................................. 111

Normfarbwerte CIE-XYZ aus Remissionsgrad (Achtung: aus alter ISO 13655 vor 2009): .. 111

Weißbezugsgrößen ....................................................................................................... 111


Normfarbwertanteile CIE-xy: ........................................................................................ 111

CIE-Lab Farbraum ......................................................................................................... 111

UCS-Farbraum und CIE-Luv Farbraum: .......................................................................... 112

Farbabstandsberechung im CIE-Lab und Luv Farbraum .................................................. 112

Erforderliche Angaben zur eindeutigen Charakterisierung von Messwerten ...................... 112

Farbkoordinaten einiger Lichtarten .................................................................................. 113

Gewichtsfaktoren aus DIN ISO 13655 ............................................................................... 113

Normspektralwerte und Normlichtspektren ..................................................................... 114

....................................................................................................................................... 114

Vorgaben für Prozessstandard Offsetdruck lt. PSO-HB ...................................................... 115

Messunsicherheit ............................................................................................................ 116

Vertrauensbereiche ...................................................................................................... 116

Richtlinien für die Protokollerstellung .............................................................................. 118

Das Protokoll erfüllt 3 wesentliche pädagogische Aufgaben: ......................................... 118

Hinweise für die Protokollausführung: .......................................................................... 118

Aufgrund der Ziele der Protokollerstellung sind die folgenden Inhalte erforderlich: ....... 118

Anleitung Spektralphotometer ............................................................................................ 121


Einleitung

Farbmetrik ist heute eine immer wichtigere Grundlage zur Qualitätssicherung im graphischen

Gewerbe, sowohl für Druck und Medientechnik, Fotografie, Multimedia. Besonders in Hinblick

auf die immer weitergehende Automatisierung in diesen Bereichen werden eindeutige und

computergestützt verarbeitbare Informationen über Farbeigenschaften immer häufiger

eingesetzt. Ein heute ganz zentrales Anwendungsgebiet ist das Farbmanagement zur

automatischen Farbanpassung zwischen verschiedenen Geräten.

Das vorliegende Skriptum soll den Unterricht zum Thema Farbmetrik unterstützen und dient

auch für die Vorbereitung der angewandten Übungen im Gegenstand MTQS.

Das Skriptum ist in den Hauptkapiteln in zwei unterschiedlichen Formatierungen für 1. ganz

wesentlichen Text und 2. zusätzlichen Informationen unterschieden.

Das Skriptum ersetzt für vertiefende Betrachtungen nicht die Fachliteratur, es enthält eine für

den Unterricht entsprechend vereinfachte Darstellung.

Die weiterführenden Internetlinks können zur Vertiefung im Stoff verwendet werden.

An dieser Stelle will ich einen Dank an meinen Vorgänger im Unterrichtsbereich Farbmetrik,

Prof. DI. Klaus Haslauer richten, dessen hervorragende Aufbereitung des Themas in Folien die

Erstellung dieses Skriptums wesentlich erleichtert hat.

Das Skriptum ist nicht statisch, sondern wird laufend verbessert und ergänzt, daher ist die

Auflagennummer zu beachten. Verbesserungsvorschläge sind immer erwünscht.

1. Auflage - September 2005

13. Auflage – November 2022

Dieses Skriptum dient nur dem Unterrichtsgebrauch an der Höheren Graphischen Bundeslehrund

Versuchsanstalt und unterliegt dem Copyright von Dipl.-Ing. Manfred Niedl, MSc.


Allgemeines zur Farbe

Das Phänomen Farbe ist an sich eine Wahrnehmungsform des menschlichen Geistes, die durch

das Sinnesorgan Auge vermittelt wird. Farbmetrik bedeutet objektives Messen von Farbe. Wie

kann nun eine menschliche Wahrnehmung objektiv gemessen werden? Dazu wurde eben die

heutige Farbmetrik entwickelt, die auch die Eigenschaften des menschlichen Geistes bzw.

Sinnes beinhaltet.

Reiz-Reaktion

Wie jede sinnliche Wahrnehmung gibt es einen äußeren (außerhalb des Körpers entstandenen)

Reiz, der die Reaktion des Sinnesorgans (also das Sehen oder Hören) auslöst. Der Reiz kann

physikalisch gemessen werden, dieser physikalische Reiz ist noch unabhängig von den

Eigenschaften der menschlichen Sinnesorgane.

Wir können das Farbphänomen daher nun folgendermaßen unterteilen:

physikalisch: Farbreiz:

Licht, elektro-magnetisches

Strahlungsgemisch

psychologisch:

Farbempfindung:

bewusste Bewertung der

Farbvalenz

physiologisch: Farbvalenz:

Reaktion der Netzhaut (Stäbchen und

Zapfen) auf den Farbreiz

Die Farbmetrik hat nun die Aufgabe, Farbe so zu messen, dass die Messergebnisse (Zahlen, die die

Farbe eindeutig beschreiben) einen Zusammenhang zum menschlichen Sehen haben. Eine

einfache Nummerierung von Farben (wie dies zur eindeutigen Farbkennzeichnung auch

durchgeführt wird) ist für heutige Ansprüche zu wenig, aus den Farbmaßzahlen sollen z.B.

Ähnlichkeiten und Unterschiede der bezeichneten Farben erkennbar sein.

Die Farbmetrik ist ein Maßsystem, das sich am menschlichen Sehvorgang orientiert, also den

menschlichen Sehvorgang mathematisch simuliert.

Zum Verständnis dieses Systems muss daher sowohl der physikalische als auch der

physiologische Aspekt des Farbsehens klar sein. Der psychologische Aspekt wird in der

Farbmetrik nicht berücksichtigt.


Theorie des Sehens bzw. Wahrnehmungsprozesses

Der Wahrnehmungsprozess wird in der Farbmetrik nicht berücksichtigt, zum allgemeinen

Verständnis der menschlichen Wahrnehmung wird aber kurz die Theorie des Sehens von

Helmholtz (Ketteler, 2004) beschreiben.

Helmholtz bestreitet die Vorstellung, wir würden unsere Umwelt als Abbild der Wirklichkeit

wahrnehmen, also dass unsere Wahrnehmung der gesehenen Dinge dem Hetzhautbild entsprechen

würde. Grundlage ist allerdings auch weiterhin die Unterscheidung zwischen mechanistischer

Empfindung am Sinnesorgan einerseits, und andererseits der verstandesmäßigen Wahrnehmung im

Gehirn.

Er entwickelte die Theorie der zeichenhaften Wahrnehmung der Außenwelt. Das Bild der

Außenwelt, welches im Bewusstsein des Menschen erzeugt wird, werde durch gelernte

Zuordnungsregeln konstruiert. Helmholtz sieht zwischen der Qualität des äußeren Objektes und

der Qualität der Sinnesdaten also ein zeichenhaftes Entsprechungsverhältnis. Bilder im Gehirn

können ja auch ohne Lichteinwirkung, beispielsweise durch Druck auf den Augapfel entstehen.

Helmholtz hatte die Idee eines neutralen neuronalen Codes (Nervensignale durch sog.

Aktionspotentiale übertragen). Prinzipiell fühle das Auge »dieselben Ätherschwingungen« als

Licht, welche die Haut als Wärme fühle. Der Zugang zur Wahrnehmung liege laut Helmholtz in

einer Entschlüsselung des über Aktionspotentiale codierten und fortgeleiteten Lichteindruckes im

Gehirn. Helmholtz spricht weiterhin explizit von »Gedächstnisresten früherer Erfahrungen«,

welche die korrekte Zuordnung optischer Eindrücke ermöglichten. Eindrücke seien also im

Gedächtnis nicht wahl- und sinnlos abgespeichert, sondern immer in einem bestimmten Sinn - bzw.

Zeichenzusammenhang. Dieser Sinn könne nun einem entsprechenden Eindruck zugeor dnet

werden (z.B. dem »Eindruck« eines Apfels das »Wort und die Bedeutung« von Apfel). Allerdings

müsse hierzu logischerweise eine Konstanz der Eindrücke und der Zeichenzuordnung gegeben

sein. Die Bedeutung der Zeichen müsse, so Helmholtz, durch Erfahrung erlernt werden. Helmholtz

führt hierzu das Beispiel der kindlichen Sprachentwicklung an.

Die Abbilder auf der Netzhaut vermitteln uns also höchstens »Nachricht« von der Außenwelt. Die

weitere Ausdeutung dieser Abbilder übernehme das Gehirn. Allerdings unt erliegt auch dieser

Wahrnehmungsvorgang einer strengen Kausalität. Zeichen müssen keine Ähnlichkeit mit dem

haben, dessen Zeichen sie sind. Auch die zeitliche Abfolge eines Geschehens könne kausal

wahrgenommen werden. Helmholtz betont zwar den Konstruktcharakter unserer Wirklichkeit, er

entlässt jedoch keinesfalls die Zeichen aus einer Gesetzmäßigkeit, im Gegenteil: »Da Gleiches in

unserer Empfindungswelt durch gleiche Zeichen angezeigt wird, so wird der naturgesetzlichen

Folge gleicher Wirkungen auf gleiche Ursachen auch eine ebenso regelmäßige Folge im Gebiete

unserer Empfindungen entsprechen.« Helmholtz führt hierzu an, dass die Gesetze der Kausalität

die menschliche Wahrnehmung steuern. Auch im Traum werde die Gültigkeit dieser Gesetze

immer wieder unter Beweis gestellt. Die Abstraktionsleistungen des Gehirns schafften so

imaginierte Raum-Zeit-Zusammenhänge.

Helmholtz ist demnach weit entfernt von einer subjektivistischen Auflösung der Wirklichkeit in

reine Konstruktion. Er grenzt den Begriff der Wirklichkeit von der gesetzmäßigen Einwirkung der

Außenwelt ab.

Physikalische Beschreibung der Farbe

Spektrum

Der physikalische Farbreiz ist ein Gemisch (viele Wellenlängen) von elektromagnetischen

Strahlen (Wellen) die ins Auge treffen. Für das menschliche Sehen ist der Wellenlängenbereich

von λ = 380 – 780 nm relevant, in dem man vom Licht spricht. Nur in diesem


Wellenlängenbereich kommt es zu einer Reaktion (Nervenimpulse ans Gehirn) der Sehzellen,

auf kürzere und längere Wellenlängen reagieren die Sehzellen nicht.

Übersicht über das Spektrum (Diagramm mit allen Wellenlängen) der EM-

Wellen:

Röntgen

Mikrowellen

R ad i o w e l l e n

UV

IR

Radar

TV

UKW KW MW LW

Wellenlänge

SICHTBARES SPEKTRUM

violett blaugrün

blau grün

gelb

orange

r o t

400 nm 500 nm 600 nm 700 nm 770 nm

Unter dem Begriff Spektrum versteht man allgemein ein Diagramm, in welchem eine

bestimmte Größe (z.B. Remissionsgrad) für die verschiedenen Wellenlängen dargestellt wird

(heißt dann Remissionsspektrum).

Remissionsspektrum: Dies ist bei allen Betrachtungen zur Farbe ganz wesentlich, weil Farbe

eben aus den unterschiedlichen Remissionsgraden bei verschiedenen Wellenlängen entsteht.

Das Remissionsspektrum ist unabhängig von der Beleuchtung der Farbe.

Bei Lichtquellen wird dieses Spektrum als relative Strahlungsintensität bei verschiedenen

Wellenlängen angegeben, wobei der Bezugswert (100%) die Strahlungsintensität bei 565 nm

ist.

Als energiegleiches Spektrum wird das Spektrum einer Lichtquelle bzw. einer Farbreizfunktion

verstanden, das in allen Wellenlängen gleiche Intensität hat. Dies wäre ein ideales Weiß, was

im CIE xy-Farbraum auch als Punkt E (von Energiegleich bzw. eng. Equivalent) bezeichnet wird.

Licht und Materie

Trifft Licht auf Materie, so wird das Licht in seiner spektralen Zusammensetzung (also für die

einzelnen Wellenlängen unterschiedlich) verändert. Es kommt zur Absorption eines Teils des

Lichtes (eben je nach Wellenlänge verschieden stark) und zur Reflexion bzw. Transmission (bei

durchsichtigen Körpern) des restlichen Lichtes. Diese Eigenschaften kann man dann im

Absorptions-, Reflexions- oder Transmissionsspektrum darstellen.


Aus der Energieerhaltung folgt, dass die Summe der Absorption, Reflexion und Transmission bei

jeder Wellenlänge (Ausnahme fluoreszierendes Licht) gleich sein muss.

Mathematisch ausgedrückt durch Absorptionsgrad α, Reflexionsgrad ρ, Transmissionsgrad τ:

α+ρ+τ=1

Körperfarben

Für die Farbmetrik ist das Licht, das ins Auge gelangt, entscheidend. Dieses Licht kann

entweder direkt aus einer selbst leuchtenden Quelle (Lampe, Sonne, etc.) kommen, oder durch

die Reflexion an einem Körper ins Auge gelangen. Im graphischen Gewerbe ist vorwiegend die

Bestimmung von Körperfarben, also die Reflexion an einem farbigem Körper (farbiger

Gegenstand oder aufgedruckte Farbe, etc. ), interessant.

Erst durch die Kombination der spektralen Eigenschaften der Lichtquelle und der Körperfarbe,

an der das Licht reflektiert wird, entsteht das Spektrum des Lichts, das dann ins Auge gelangt.

Die Lichtquelle sendet Licht mit dem Spektrum S(λ) aus. Dieses Licht wird an einem Körper mit

einer bestimmten Farbe reflektiert.

Lichtquelle

I ein

I ref

Empfänger (Auge, Detektor)

S

... Spektrum

der Lichtquelle

…. Farbreizfunktion

Reflexionsgrad:

( )

R

I refl.

I ein

Reflexionsspektrum

(bzw. Remissions-Spektrum)

R( )

Mathematisch ergibt sich die Farbreizfunktion aus dem Produkt (Multiplikation) aus dem

Spektrum der Lichtquelle und dem Remissionsspektrum der Körperfarbe.

Φλ = Sλ ▪ Rλ bzw. Φ(λ) = S(λ) ▪ R(λ)

Wobei die Darstellung mit der Wellenlänge λ als Index diskrete Wellenlängen (Einzelwerte, wie bei

einer Messung) meint, und die Darstellung in Klammer kontinuierliche Wellenlängen (als math.

Funktion dargestellt).

Die Farbreizfunktion ist jenes Spektrum von Licht, das direkt ins Auge leuchtet, entsprechend

der Farbreizfunktion sehen wir.

Beispiel:

Weißes Licht enthält alle Wellenlängen gleich stark, wenn weißes Licht auf einen blauen Körper

trifft, wird blaues Licht zum Auge reflektiert. Fällt aber rotes Licht auf einen blauen Körper, so wird

nichts (oder fast nichts) reflektiert, der (in weißem Licht blau erscheinende Körper) erscheint fast

schwarz bzw. dunkelgrün.


Sλ

weißes Licht aus Lichtquelle

rotes Licht aus Lichtquelle

Sλ

Rλ

blauer Körper

λ in nm

λ in nm

Rλ

blauer Körper

Φλ

λ in nm

blaues Licht ins

Auge

Φλ

dunkelgrünes

Licht ins Auge

λ in nm

λ in nm

λ in nm

Additive Farbmischung

Bei der so genannten additiven Farbmischung werden zwei Lichter addiert (übereinander

projiziert), mathematisch heißt dies, dass die Spektren addiert werden. Die Addition muss

allerdings nicht durch gleichzeitige Überlagerung erfolgen, sondern kann auch durch rasch

hintereinander wechselnde Lichter erfolgen, da im Auge eine bestimmte Verzögerungszeit

besteht, sodass ein rascher Wechsel wie eine gleichzeitige Einstrahlung im Auge wirkt.


Beispiel: Addition von rotem (L 1) und blauem (L 2) Licht:

L1

rotes Licht

L2

blaues Licht

λ in nm

L1+L2

λ in nm

Additive

Mischung

λ in nm

Subtraktive Farbmischung

Bei der so genannten subtraktiven Farbmischung werden materielle Farbstoffe (z.B. Pigmente)

gemischt, dadurch kommt es bei Beleuchtung zur Absorption an dem einen und dem anderen

Farbstoff, wodurch dann alle Anteile im Spektrum fehlen, die entweder von der einen oder der

anderen Farbe absorbiert werden. Mathematisch kann dies durch die Multiplikation der

Transmissionsgrade beschreiben werden.

Beispiel: Durchgelassene Farbe, wenn weißes Licht durch einen roten und anschließend durch

einen blauen Filter durchscheint.

Farbtemperatur

Um Lichtquellen eindeutig zu charakterisieren muss neben der ausgesandten Gesamtenergie das

Spektrum des ausgesandten Lichtes bekannt sein. Das Spektrum wird üblicherweise aus

Relativwerten dargestellt, wobei die Werte auf die Lichtabstrahlung bei 565 nm bezogen werden.

Allerdings ist die genaue Kenntnis des gesamten spektralen Verlaufes (außer für die farbmetrische

Berechnung) im Allgemeinen nicht erforderlich. Daher gibt man zur Angabe von Lichtquellen die

Farbtemperatur an. Dies ist jene Temperatur, wo ein so genannter schwarzer Strahler Licht einer

bestimmten Farbe (und eines bestimmten Spektrums) aussendet.

Stimmt nun die Farbe einer Lichtquelle mit der Farbe des schwarzen Strahlers bei einer

bestimmten Temperatur überein, so nennt man die Lichtfarbe nach der Temperatur, dies ist die

Farbtemperatur. Das Spektrum der Lichtquelle stimmt aber deswegen nicht unbedingt mit dem

Spektrum des schwarzen Strahlers überein.

Bei den Normlichtarten wird die Farbtemperatur nur durch die ersten beiden Stellen

angedeutet, also Daylight bei Farbtemperatur 5000 K wird D 50 genannt.


Physiologische Grundlagen des Farbsehens

Aufbau des Auges

Die für die Farbmetrik relevanten Aspekte des Auges sind folgende:

Optische Achse

Sehnerv

Das Licht gelangt durch die Linse auf die Netzhaut. Auf der Netzhaut wird das Bild der

Außenwelt durch die Linse scharf abgebildet, wobei sich die Linsenkrümmung an die

Gegenstandsweite so anpasst, dass immer ein scharfes Bild auf der Netzhaut entsteht

(Akkommodation). Es ist allerdings zu bemerken, dass durch die chromatische Aberration ein

gleichzeitiges Scharfstellen für verschiedene Wellenlängen (z.B. rot und blau) nicht ganz

möglich ist.

Sehzellen (Photorezeptoren)

Stäbchen:

- jene Zellen die für Hell/Dunkel-Sehen verantwortlich sind

- sie liegen kaum in der Netzhautgrube, dafür in den umliegenden Bereichen auf der

Netzhaut

- es sind ca. 120 Mio. Stäbchen vorhanden

- Empfindlichkeit Stäbchen: 10 -6 cd/m 2 -> Empfindlicher als Zapfen

- Nur im Dunklen aktiv, bei zu großer Helligkeit inaktiv (hauptsächlich für Dunkelheit)

- erzeugen Sehpurpur jede 0,1s neu


Zapfen:

Direkt gegenüber der Linse befindet sich der gelbe Fleck, an dem die

meisten Zapfen liegen, die Stäbchen sind über die ganze Netzhaut

verteilt. In den Stäbchen befindet sich der organische Sehfarbstoff

Rhodopsin, auch Sehpurpur genannt, weil er Purpur aussieht, da er

bei ca. 500 nm sein Absorptionsmaximum hat. Bei Belichtung

absorbiert dieser Sehpurpurstoff (infolge des Fotoeffektes)

Lichtenergie und wird dabei chemisch umgewandelt. Das

Umwandlungsprodukt ist nicht mehr sehtauglich, es muss sich erst

(u. a. mit Hilfe von Vitamin A) wieder zum Rhodopsin

zurückwandeln, bevor ein neuer Sehvorgang in dieser Sehzelle

stattfinden kann (erfolgt ca. alle 0,1 s neu).

Bei der chemischen Umwandlung bei Lichteinfall kommt es zu einer

Änderung der Ionenzahl in der Sehzelle, was zu einer

Spannungsänderung an den Nervenzellen führt. Diese

Spannungsänderung wird über die Sehnerven ins Gehirn

weitergeleitet, wo es dann zum eigentlichen Sehen kommt.

Stäbchen

Zapfen

- jene Zellen, die für das Farbempfinden verantwortlich sind

- sie sind vor allem in der Netzhautgrube (in der optischen Achse der Linse) zu finden

- sie sind weniger empfindlich als die Stäbchen

- Empfindlichkeit Zapfen: 10 -2 – 10 -5 cd/m 2

- Für Helligkeit, sind bei Dunkelheit zu unempfindlich

- Es sind ca. 6 Mio. Zapfen vorhanden

Der Sehfarbstoff in den Zapfen ist chemisch fast derselbe, nur bewirken Anlagerungen an dem

komplizierten organischen Rhodopsinmolekül, dass die Hauptabsorbtion bei leicht anderen

Wellenlängen liegt. Es gibt nun drei verschiedenen Arten der Zapfen, die entsprechen d ihrer

Sehwirkung als rot, grün- und blauempfindlich bezeichnet werden.

Die Zapfen arbeiten erst ab einer bestimmten Helligkeit (Leuchtdichte), daher können Farben

im Dunkeln kaum wahrgenommen werden. Andererseits arbeiten die Stäbchen nur bis zu

bestimmten Helligkeiten, da sie sich bei zu großer Helligkeit das Rhodopsin nicht rasch genug

nachbilden kann.

Rezeptive Felder:

- jeder Zapfen hat eine direkte Verbindung zu einer Nervenfaser, bei den Stäbchen

hingegen schließen sich mehrere an eine Nervenfaser zusammen. Weil so viel Stäbchen

vorhanden sind, müssen sie sich quasi zusammenschließen.

- Die zusammengeschlossenen Stäbchen ergeben lichtempfindliche Felder – durch sie

wird das System lichtempfindlicher!

- Das Auflösungsvermögen wird allerdings schlechter

Laterale Inhibition, Kontrastanhebung

Die Netzhautzellen sind gegenseitig verschaltet, so dass Helligkeitsunterschiede (bzw.

Farbunterschiede) verstärkt werden. Dies erfolgt durch die Hemmung jeweils benachbarter

Netzhautzellen, so dass bei einem leichten Erregungsunterschied zwischen 2 Zellen die

stärkere noch verstärkt (weniger gehemmt) und die schwächere noch reduziert (mehr

gehemmt) wird.


Dadurch kommt es auch zur Abhängigkeit des Farbeindruckes von den Umfeldfarben, dem so

genannten Simultankontrast.

Auflösungsvermögen

Zwei Lichtreize werden noch getrennt sichtbar, wenn sie auf zwei nicht unmittelbar

nebeneinander liegende Zapfen auftreffen.

Jeder einzelne Zapfen hat eine eigene Nervenbahn, Stäbchen sind zu rezeptiven Feldern

zusammengefasst, bevor eine Nervenbahn ins Gehirn geht. Die Zapfenauflösung entspricht daher

der Anzahl der Zapfenzellen.

Der Durchmesser der Zapfen in der Netzhautgrube beträgt ca. 0,0015mm. Daraus ergibt sich

ein kleinstmöglicher Öffnungswinkel der Sehstrahlen von etwa einer Winkelminute = 1/60°

Anders ausgedrückt bedeutet das auf eine Distanz von 30 cm einen auflösbaren Abstand von

ca. 90μm oder 0,1mm.

Dies ist in der Drucktechnik für die maximale Größe von Rasterpunkten wesentlich, so dass

diese nicht als einzelne Punkte, sondern als Fläche wahrgenommen werden.

Ein für die Anwendung in der Videotechnik wichtiger Aspekt ist, dass die

Helligkeitsinformation im Auge feiner wahrgenommen wird als die Farbinformation, die eine

geringere Auflösung aufweist.

Gesichtsfeld

Das Gesichtsfeld ist für die verschiedenen Grundfarben unterschiedlich groß. Die Darstellung

zeigt das Gesichtsfeld des linken Auges in horizontaler (rechts Nase, links Ohr) und in vertikaler

Richtung:


Adaption

Das Auge kann sich an verschiedene Leuchtdichten

der Umgebung durch Änderung seiner Empfindlichkeit

einstellen, es gelangt mehr oder weniger Licht bis zu

den Sehfarbstoffen. Diese Regelung erfolgt erstens

durch die Iris (Blende), die ihre Öffnung (Pupille)

ändert und zweitens durch die Empfindlichkeit der

Sehzellen, die sich ebenfalls ändern kann. Die

Adaption wirkt normalerweise immer auf das gesamte

Gesichtsfeld.

Farbumstimmung

Durch die Änderung der Empfindlichkeit der Zapfen erfolgt auch der „Weißabgleich“ des

Auges, dadurch kommt es auch zur scheinbaren Farbkonstanz von Gegenständen auch wenn

sich die Beleuchtung langsam ändert. Die Farbumstimmung bezieht sich auch normalerweise

auf das gesamte Gesichtsfeld (die gesamte Netzhaut), es gibt bei starker Erregung eines

kleinen Netzhautbereiches allerdings auch die lokale Farbumstimmung.

Psychologische Aspekte des Farbsehens

Für die Farbmetrik sind die psychologischen Aspekte des Farbsehens irrelevant, daher werden

diese hier kaum behandelt. Die Farbmetrik gibt Farbmaßzahlen an, die (mehr oder weniger)

den Nervensignalen vom Auge ans Gehirn entsprechen.

Wie das Gehirn daraus die Farbempfindung des

Menschen macht ist ein vielschichtiges Thema, das auch

bis ins Philosophische reicht. Wer kann wissen, wie ein

anderer Mensch Farben wirklich empfindet?

Bei der Farbempfindung geht es sehr stark um die

Wirkung einer Farbe im Verhältnis zu deren

Umfeldfarben. Die Farbmetrik berücksichtigt die

Umfeldfarben nicht.

Die Farbempfindung wurde von namhaften Forschern

von Goethe bis Itten untersucht. Heute ist die

Farbenlehre von Johannes Itten (Farbtypenlehre) ein

guter Zugang zur modernen Farbempfindungslehre. Hier ist der Farbkreis nach Itten


dargestellt. In diesem sind die Farbkontraste zu sehen, die für das harmonische Farbempfinden

wichtig.

Einige moderne Ansätze in der Qualitätskontrolle von Drucken und Proofs berücksichtigen die

Farbkontraste in der Beurteilung. Die Kontraste in einem Bild verändern die Empfindung von

farbmetrisch (ΔE) gleichen Farbunterschieden bis zu einem Faktor 4. Bei starken Bildkontrasten

werden Farbunterschiede weniger stark wahrgenommen, als bei homogenen

Bildflächen.

Heringsche Gegenfarbentheorie

Die heute gut bestätigte Gegenfarbentheorie besagt, dass es nicht direkt zu einer

Weiterleitung der Signale der 3 Zapfen kommt, sondern diese Informationen im Nervensystem

zu Farb- und Helligkeitsinformation aufgetrennt wird, wobei die Farbinformation als Rot-Grün

bzw. Blau-Gelb Anteil dargestellt ist. Dies wird im Lab Farbraum ebenfalls so dargestellt.

Transformation der Rezeptorsignale des Auges

zur Farbempfindung im Gehirn (Hering)

Strahlung

Auge

R, Gr, B

Farbvalenz

R - Gr B - Gr

B - R R + Gr + B

Rot - Grün Anteil

Blau - Gelb Anteil

Farbton, Sättigung

Helligkeit

Gehirn

Farbempfindung


Farbmetrisches Grundsystem

Das System der Farbmetrik basiert auf den Eigenschaften der Augen, diese werden

mathematisch durch die Normspektralwertkurven beschrieben.

Normspektralwertkurven

Die Normspektralwertkurven geben für die 3 Zapfenarten (rot-, grün-, blauempfindlich) an, wie

stark diese jeweils auf ein Licht bestimmter Wellenlänge reagieren (wie stark die Nerven

angeregt werden). Man kann auch von der Empfindlichkeit des Auges für die verschiedenen

Wellenlängen reden.

Versuch von Guild und Wright (Ermittlung der Normspektralwertkurven)

Um die Eigenschaften des Auges zu ermitteln, wurden Versuche durchgeführt, bei denen viele

Beobachter jeweils unbekannte Farben nachstellen mussten.

Die folgende Versuchsanordnung zeigt das Farbphotometer von Guild und Wright im Prinzip: Links

wird eine unbekannte Farbe, rechts drei bekannte Farben auf den in der Mitte befindlichen und in

zwei Teile geteilten weißen Schirm projiziert. Der Beobachter sieht nun beide projizierten Farben

nebeneinander und muss beurteilen, wann beide Seiten dieselbe Farbe zeigen. Um Gleichheit zu

erreichen, kann er die Stärke (Intensität) der R, G, B Lampen durch die Graukeile regulieren. Jeder

Beobachter kann nun durch die richtige Einstellung (Graukeileinstellung) der Stärke von R, G und B

die unbekannte Farbe nachstellen.

Projektor-

Lampe

Weißer

Schirm (2

Teile)

Projektion einer

unbekannten

Farbe

Beobachter

(Auge)

Übereinander -

projektion von

R+G+B

verstellbarer

Graukeil

Mit der Angabe der jeweiligen Graukeileinstellung von RGB wäre schon ein eindeutiges Maß

für die Farbbeurteilung vorhanden. Man kann einen Farbvektor angeben, dessen Komponenten

die 3 Graukeileinstellungen wären. Dies wäre schon ein verwendbarer Farbraum, jede Farbe F

kann mit den Graukeileinstellungen r, g, b angegeben werden.

F = r.R + g.G + b.B


Allerdings wäre bei dieser Art von Farbmessung immer ein Mensch als Betrachter der

Farbgleichheit erforderlich, Messgeräte sollen natürlich unabhängig von menschlichen

Entscheidungen über Betrachtungsgleichheit funktionieren. Es wird daher das menschliche

Auge hinsichtlich seiner farblichen Eigenschaften mit diesem Versuch ausgetestet. Dazu wird

der Versuch mit monochromatischen Farben (Spektralfarben) als unbekannte Farbe

durchgeführt. Jede Farbe kann als Summe von vielen Spektralfarben zusammengesetzt

werden. Ist die Reaktion des Auges auf die einzelnen Spektralfarben bekannt, so kann aus der

Summe aller Spektralfarben die Gesamtreaktion des Auges auf beliebige Farben ermittelt

werden.

Primärvalenzen

Die 3 Grundfarben R, G, B können prinzipiell beliebig gewählt werden, sie werden

Primärvalenzen genannt. Die CIE hat diese Primärvalenzen ganz bewusst so gewählt, dass die

mittlere Normspektralwertkurve (y) genau der Hellempfindlichkeitsfunktion V(λ) des Auges

beim helladaptierten Auge entspricht.

Dadurch wird aus dem Farbwert Y eine Maßzahl, die der Helligkeit, d.h. der lichttechnischen

Größe Leuchtdichte entspricht. Bei geeigneter Normierung wird Y für Selbstleuchter gleich der

Leuchtdichte. Bei Körperfarben nennt man Y dann gleich dem Hellbezugswert. Dies wird aber

später noch erklärt.

Spektralwertkurven

Um die Nachstellung unbekannter Farben zu automatisieren, also dass kein menschlicher

Beobachter mehr erforderlich ist, werden nun die RGB Werte (Graukeileinstellungen) für jede

einzelne Spektralfarbe (Farbe, die nur eine Wellenlänge hat, auch monochromatische Farbe oder

Regenbogenfarbe genannt) einzeln aufgenommen. Jedes beliebige Farbspektrum kann ja aus den

Spektralfarben (additive Mischung) zusammengesetzt werden, daher kann auch die

Gesamtanregung der Zapfenzellen aus der Addition der Einzelanregungen ermittelt werden. Diese

Werte werden Spektralwerte genannt, somit ergeben sich die Spektralwertkurven r(λ), g(λ), b(λ) ,

wie sie im folgenden Diagramm gezeigt sind. Wie später mathematisch erklärt wird, setzt sich der

Farbwert einer beliebigen Farbe dann aus allen Spektralanteilen zusammen.

Spektralwerte

2 ° Normalbeobachter

0.4

0.3

b(λ)

g(λ)

r(λ)

0.2

0.1

0

-0.1

380 500 600 700

780


Uneigentliche Farbmischung

Wie im Diagramm

ersichtlich,

Farbe

Nachgemischte Farben

kommen auch

negative

vorgegeben !

Spektralwerte vor.

blau 80%

cyan

Diese ergeben sich

aus der Tatsache,

dass nicht alle

unbekannten

grün 80%

Farben mit den 3

Primärvalenzen R,

G, B nachmischbar

magenta

sind. Trotzdem ist

gelb

das Verfahren

weiter anwendbar,

rot 80%

wenn man sich des

Tricks der

uneigentlichen Farbmischung bedient. Dabei wird eine Grundfarbe (hier Rot) zur unbekannten

Farbe zugemischt, um eine Gleichheit zu einer Mischung aus den restlichen 2 Grundfarben zu

erhalten. Folgende Diagramme zeigen ein Schema der normalen Mischung und eines der

uneigentlichen Mischung.

Uneigentliche Farbmischung kann

verwendet werden, wenn keine

Gleichheit durch additive Mischung

von RGB erreichbar ist. Es wird auf

der „anderen „Seite eine Farbe dazu

gemischt, sodass Gleichheit der

Seiten entsteht.

Farbe

vorgegeben

Nachgemischte Farben?

blau 100%

Als Formel kann geschrieben

werden:

F + r.R = g.G + b.B

bzw. umgeformt:

F = - r.R + g.G + b.B

rot

20%

grün

100%

blaugrün

Virtuelle Primärvalenzen

Damit ergeben sich aber negative

Faktoren, also negative Spektralwerte. Da dies im praktischen Gebrauch unerwünscht ist, werden

die Primärvalenzen RGB mathematisch auf das so genannte virtuelle Primärvalenzsystem XYZ

umgerechnet. In dieser Umrechnung (lineare Transformation) ist der negative Anteil bereits

vorweggenommen.

X Primär = 2,36460 . R Primär - 0,51515 . G Primär + 0,00520 . B Primär

Y Primär = - 0,89653 . R Primär + 1,42640 . G Primär - 0,01441 . B Primär

Z Primär = - 0,46807 . R Primär + 0,08875 . G Primär + 1,00921 . B Primär


Für die weitere Betrachtung liegen also diese virtuellen Primärvalenzen zugrunde. Diese gibt es

real gar nicht, da sie außerhalb des menschlichen Farbraumes liegen (außerhalb der

Schuhsohle), daher nennt man diese Hyperfarben. Man kann daher diese virtuellen

Primärvalenzen nur durch eine mathematische Transformation „verwenden“ also aus den RGB

Werten die XYZ Werte umrechnen.

Im CIE xy Diagramm sehen die

virtuellen Primärvalenzen ca. so

aus:

y

Y Primär

X Primär

Normspektralwertkurven

Z Primär

Mit den virtuellen Primärvalenzen ergeben sich dann aus den Spektralwertkurven die so

genannten Normspektralwertkurven.

Diese Normspektralwertkurven wurden durch die Farbnachstellung der Spektralfarben von

vielen Versuchspersonen 1931 von der CIE durchgeführt und normativ festgelegt.

Die Wahl der Primärvalenzen erfolgte so, dass die Normspektralwertkurve y genau der

Hellempfindlichkeitsfunktion des Auges entspricht. Damit kann der Farbwert Y als

Hellbezugswert verwendet werden, dies meint, dass bei geeigneter Normierung der Wert Y

der Leuchtdichte bzw. der Beleuchtungsstärke E (in lx gemessen) entspricht.

x


Bemerkung: Die Normspektralwertkurven werden mit x, y, z jeweils mit Querstrich oben

bezeichnet, im vorliegenden Skriptum wird aus Mangel an anderer Möglichkeit der Querstrich

unten gemacht.

Normalbeobachter, Beobachterwinkel

Das menschliche Auge hat Stäbchen und Zapfen, die im Auge nicht gleichmäßig verteilt sind,

die Zapfen befinden sich in der optischen Achse, die Stäbchen mehr in der Peripherie, Daher

sind die Normspektralwertkurven (Empfindlichkeitseigenschaften des Sehens) für

verschiedene Gesichtsfeldgrößen leicht unterschiedlich. Im CIE System wird dies dadurch

berücksichtigt, indem die Normspektralwertkurven für 2 Beobachterwinkeln, für 2° (entspricht

reinem Zapfensehen) und für 10° (Zapfen und Stäbchen werden von der Farbe angeregt)

festgelegt wurden.

2° Beobachter:

Gilt für Beobachterwinkel bis 4°.

1,7 cm

Für kleine Gegenstände und Flächen (auch in der Drucktechnik) wird die 2°

Normspektralwertkurve verwendet. Dies entspricht bei 50 cm Sehabstand entweder einer

daumennagelgroßen Fläche:

10° Beobachter

Gilt für Beobachterwinkel über 4°.

50 cm

8,8 cm

Für große Flächen wird die 10° Normspektralwertkurve verwendet, dies ist z.B. bei der

Farbmessung von unbedruckten Bedruckstoffen der Fall. Dies entspricht bei 50 cm Sehabstand

einer handflächengroßen Fläche.

Remissionsgrad

50 cm

Der Remissionsgrad ist eine andere Form des Reflexionsgrades. Beim Reflexionsgrad wird das

Verhältnis von reflektierter Lichtintensität zur einfallenden Lichtintensität (für jede einzelne

Wellenlänge) angegeben.

Wird die Reflexion statt auf die einfallende Lichtintensität (bzw. Leuchtdichte) auf die

Reflexion an einer ideal weißen Fläche bezogen, so spricht man auch vom Remissionsgrad R(λ)

oder Leuchtdichtefaktor. In älteren Normen wurde dieser mit β statt R bezeichnet.

Wenn die reflektierende Fläche wirklich absolut weiß ist, so erfolgt die Reflexion bei allen

Wellenlängen vollständig, also 100 % bzw. Reflexionsgrad 1. In diesem Falls sind


Remissionsgrad und Reflexionsgrad ident, da der einfallende Lichtstrahl ja nur umgelenkt wird,

und nicht verändert wird. Somit ist der an der weißen Fläche reflektierte Strahl gleich dem

einfallenden Strahl.

Der Remissionsgrad (auch Reflexionsgrad) ist immer unabhängig von der Lichtstärke bzw. des

Lichtspektrums (also auch von der Lichtart), da es sich ja um ein Verhältnis (Bruch) handel t,

somit kürzen sich sämtliche Größenveränderungen, die in Zähler und Nenner gleich auftreten

weg.

I ein

I ref

I ein

I ref

Probe

R()

=

I

refl.

−Farbe

I

refl.

−Weiß

Weiß als Vergleichsstandard

In der Farbmetrik ist die Verwendung des Remissionsgrades üblich, da die Messung der

Reflexion immer durch Messung von Reflexion an der Farbe und Messung der Reflexion eines

Standardweißplättchens erfolgt. Da dies immer eine Relativmessung ist, können keine Fehler

durch Einstellungen oder sonstige Veränderungen am Messgerät auftreten.

XYZ Farbmaßzahlen

Nachdem nun die Eigenschaften des Auges, also die Normspektral-wertkurven bekannt sind,

können die X,Y,Z Farbmaßzahlen nach CIE berechnet werden. Diese Farbmaßzahlen

entsprechen den Nervensignalen im Sehnerv bei Bestrahlung des Auges.

Die Normspektralwerte können als Empfindlichkeiten der einzelnen Zapfenarten bei

verschiedenen Wellenlängen aufgefasst werden, je größer der Normspektralwert bei einer

Wellenlänge ist, umso stärker wirkt diese Farbe bei der Farbwahrnehmung (bzw. der

Nervenerregung) mit.

Außer den Normspektralwerten muss natürlich das Spektrum der zu messenden Farbe (die

Farbreizfunktion) bekannt sein, und dieses erhält man aus dem Remissionsgrad und der

entsprechenden Beleuchtung.

Die Beleuchtung verändert das Aussehen einer Farbe. Wird beispielsweise ein (unter weißem

Licht) bläulicher Körper mit rötlichem Licht beleuchtet, so erscheint er nur dunkelgrün. Um

Körperfarben einheitlich beschreiben zu können, wird üblicherweise als Bezugslichtart die

Beleuchtung unter Normlicht D50 zur Angabe der Farbmaßzahlen zugrunde gelegt.


Normlichtarten

Um nicht unübersichtlich viele Beleuchtungssituationen unterscheiden zu müssen, hat man

einige Normlichtarten festgelegt. Mit diesen werden die Farbwerte von Körperfarben

berechnet, heute wird für die meisten Anwendungen Normlicht D50 (Daylight mit 5000 K

Farbtemperatur) verwendet, diese Lichtart ist dann die Bezugslichtart, für die die

Farbmaßzahlen gelten. Für Normlicht D50 gelten die CIE Normfarbwertanteile x=0,3478 und

y=0,3595.

Nachstehend sind die Spektren für Tageslicht, Normlicht D50 und Leuchtstofflampenlicht F11

dargestellt:

Die Berechnung der Farbwerte gilt dann für die gewählte Bezugslichtart, diese ist unabhängig

von der Lichtquelle, die für die Messung verwendet wurde. Der Einfluss der Messlichtquelle

kürzt sich durch die Verwendung des Remissionsgrades (in Zähler und Nenner gleicher Einfluss)

heraus.

Es sind auch andere Bezugslichtarten möglich, z.B. D65 für höheren UV-Anteil, Das früher

verwendete Normlicht C, das ähnlich D50 ist, Normlicht A als Glühlampenlicht oder auch

Leuchtstofflampenlicht, das mit F11 bezeichnet wird.

Um Metamerieeffekte zu erkennen, sollten die Farbwerte von kritischen Körperfarben immer für

mehrere Lichtarten angegeben werden.

Weißpunkt

Die Farbwerte für Weiß werden X n, Y n, Z n genannt. Für die verschiedenen Lichtarten ist Y n

immer 100 (Normierung – siehe unten), X n und Z n ändern sich. Die Berechnung von X n und Z n

erfolgt wie die Berechnung für X und Z jedoch wird für den Remissionsgrad bei allen

Wellenlängen 1 (=100%) eingesetzt.

Für Körperfarben werden die Farbwerte immer auf das Absolutweiß bezogen, welches die gesamte

auftreffende Strahlung reflektiert (R=100% für alle Wellenlängen). Die reflektierte

Farbreizfunktion ist daher gleich der einfallenden Strahlung von der Lichtquelle, also entspricht

meist der Normlichtart D50, für die üblicherweise die Farbwerte berechnet werden. Dieses Weiß

hat immer die Helligkeit (durch Y angegeben) 100, die anderen Farbwerte verstehen sich im

Vergleich zum Weiß. Dies gilt bei jeder beliebigen verwendeten Bezugslichtart, nicht nur bei

Normlicht D 50.

Berechnung von X,Y,Z

Die Farbwerte hängen also von dem Remissionsgrad R(λ) des beleuchteten Körpers, der

Normlichtart S(λ) und der Normspektralwerte x(λ), y(λ), z(λ) ab.

Um die Gesamterregung der einzelnen Zapfen zu errechnen, wird die Erregung aus jeder

einzelnen Wellenlänge berechnet, und dann alle im Wellenlängenbereich von 380 – 780 nm


addiert. Dies kann als diskrete Addition einzelner Wellenlängen(z.B. alle 10 nm) erfolgen, dann

wird das Summenzeichen verwendet. Es kann auch als kontinuierliche Addition unendlich

kleiner Wellenlängenintervalle aufgefasst werden, dann wird das Integral verwendet.

In die Praxis kann nur eine Summe aus endlich vielen Messwerten erfolgen.

Eie Einzelerregung wird aus dem Licht ins Auge S(λ)*R(λ) berechnet, das für jede Wellenlänge

noch mit den entsprechenden Normspektralwerten für jeden Zapfen (r,g,b) multipliziert wird.

Für jede Wellenlänge ergibt sich daher z.B. für Rot (X)

X Anteil für best. λ = S(λ)*R(λ)*x(λ)

Wird nun nicht nur eine Wellenlänge (monochromatisches Licht) auf den Körper und zum Auge

geworfen, sondern ein beliebiges Licht so werden die Anteile addiert.

780nm

X = k ⋅ ∑ S(λ) ⋅ R(λ) ⋅ x̄(λ) ⋅ Δλ

λ=380nm

780nm

Y = k ⋅ ∑ S(λ) ⋅ R(λ) ⋅ ȳ(λ) ⋅ Δλ

λ=380nm

780nm

Z = k ⋅ ∑ S(λ) ⋅ R(λ) ⋅ z̄(λ) ⋅ Δλ

λ=380nm

berücksichtigt die Schrittweite, die oft allen 10 nm gewählt wird, dann sind zwischen 380

und 780 nm alle 10 nm Messwerte für R(λ) erforderlich.

Allgemein wäre das Spektrum eigentlich ein kontinuierlicher Verlauf der Remissions - und

Spektralwerte der Beleuchtung, daher müsste eigentlich das Integral statt der Summe verwendet

werden. Da allerdings jede Messung nur für einzelne Wellenlängen (in bestimmter Schrittweite)

möglich ist, wird die Summe verwendet. Wüsste man aus theoretischen Überlegungen

mathematische Funktionen für die erforderlichen Größen, so könnte das Integral verwendet

werden.

Normierung

Da die Farbwerte bei weißen Körpern immer für Y=100 sein sollen, wird noch ein

Normierungsfaktor k eingeführt. Der Normierungsfaktor wird gefunden, indem man den Farbwert

für ideal weißes Licht berechnet (Remissionsgrad für alle Wellenlängen R(λ)=1) und dann den

Faktor findet, damit für Y genau 100 herauskommt. Dieser Faktor gilt dann für alle

Farbwertberechnungen einer bestimmten Bezugslichtart S(λ), die meis t D50 Normlicht ist.

Formal ergibt sich:

k =

780 nm

= 380 nm

1

S(

)

1

y(

)

Graphisch kann die Berechnung wie folgt dargestellt werden, wobei sich die Farbwerte X,Y,Z

jeweils als Integrale (Flächen) unter den rechten Kurven ergeben.


Farbwert X

Remissionskurve R der

Probe

multipliziert mit der

Strahlungsfunktion S

Normspektralwertfunktionen

Farbwert Y

x

38

Wellenlänge [nm]

78

38 78

Wellenlänge [nm]

Farbwert Z

38

78

Wellenlängen [nm]

Voraussetzung für das beschriebene Verfahren (Summenbildung) ist das Axiom, dass jede

beliebige Farbe als additive Mischung aus vielen Spektralfarben (unterschiedlicher Intensität)

zusammengesetzt werden kann.

Berechnung gemäß ISO 13655

Gemäß der DIN ISO 13655 ist die Berechung weitgehend durch Tabellenwerte (W X, W Y, W Z)

erleichtert:

X

Y

Z

=

=

=

780 nm

X

=

380 nm

780 nm

W

Y

=

380 nm

780 nm

W

W

Z

=

380 nm

R(

)

R(

)

R(

)

In den Gewichtsfaktoren W X, W Y, W Z stecken die Informationen über die Beleuchtung, wobei

dieses für Normlicht D 50 gilt. Weiters stecken auch die Normspektralwerte in den Faktoren,

die für 2° Beobachter gelten.

Außerdem berücksichtigen die Faktoren die Schrittweite, ob also alle

10 nm oder alle 20 nm der Remissionsgrad gemessen und eingesetzt wird.

Die Werte der Faktoren für 2° und D50 bei der Schrittweite 20 nm sind im Anhang angegeben.

Für 10° bzw. D65 sind entsprechende Tabellen in der Norm zu finden.


Berechnungsbeispiel:

Geg.: Bei der Wellenlänge 500 nm soll der Remissionsgrad 0,55 (=55%) sein. Es soll dazu der

Anteile von Y zu der Gesamtsumme von X berechnet werden. Gemäß ISO 13655 (Anhang) beträgt

der Faktor Wy bei 500 nm = 6,037. Damit ergibt sich als Anteil für Y: Wy*R(500)=6,037*0, 55=3,32.

Wäre der Remissionsgrad bei allen anderen Wellenlängen = 0, so wäre das nun der Farbwert Y der

Probe, im Normalfall gibt es bei allen Wellenlängen einen Remissionsgrad, dann müssen alle wie

vorhin berechnet werden und dann alle addiert werden.

Zu bemerken ist, dass mit Verwendung der Faktoren aus dem Anhang, die Farbwerte für

Normlicht D50 (Bezugsbeleuchtung) und 2° Beobachterwinkel gelten.


Metamerie

Unter Metamerie wird der Effekt verstanden, dass an sich unterschiedliche Farben (leicht

unterschiedliche Remissionskurven) unter bestimmten Beleuchtungen gleich aussehen können.

Man nennt diese Farben auch bedingt gleiche Farben, während Farben mit gleicher

Remissionskurve auch unbedingt gleiche Farben genannt werden.

Farben unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung (unterschiedliche Remissionskurve)

haben also dann unter der Beleuchtung mit einer bestimmten Lichtquelle das gleiche

aussehen. Bei Verwendung einer anderen Lichtquelle sehen sie jedoch unterschiedlich aus.

Da die Farbmaßzahlen dem Farbsehen der Augen entsprechen, kann es ja auch vorkommen, dass

aus unterschiedlichen Farbreizfunktionen dieselben Farbmaßzahlen errechnet werden. Immerhin

entsprechen diese ja nur den Flächen unter den Kurven, die bei untersch iedlicher Kurvenform ja

gleich sein können.

Ein wichtiges Beispiel für metamere Farben sind Inkjetfarben, die mit Druckfarben Metamerie

zeigen. Bei einer Beleuchtung von 5000K (D50) ist der Unterschied zwischen den Farben

erkennbar, daher ist die Abmusterung unter Normlicht so wichtig.

Die besprochene Metamerie ist die sogenannte Lichtartenmetamerie, also dass verschiedene

Lichtarten bei den metameren Proben einmal gleiche und einmal ungleiche Farben (Farbwerte)

ergibt. Außer dieser Form gibt es noch die Beobachtermetamerie, wo von zwei unterschiedlichen

Menschen zwei Farben von einem als gleich und vom anderen als ungleich gesehen werden. Dies

liegt an den unterschiedlichen Spektralwertkurven der Menschen.

An diesem Beispiel (Spektrum) erkennt man, dass sich die Remissions-kurven mehrmals kreuzen.

Bei der entsprechenden Beleuchtung kann es daher zu einem Aufheben von Plus und Minus

kommen, was schließlich zu ähnlichen (für Auge nicht unterscheidbaren) Farbmaßzahlen führt.

Für kritische Proben sollen daher die Farbmaßzahlen für unterschiedliche Bezugslichtarten

(z.B. D50, A, F11) angegeben werden.

Metamerie-Index

Durch den Vergleich der Farbwerte bei verschiedenen Beleuchtungen (z.B. D50 zu Lichtart A)

wird das Metamerieverhalten von Farben quantifiziert.

Als Metamerie-Index bezeichnet man den Farbabstand zwischen Farbvorlage und Nachstellung

bei Wechsel der Beleuchtungsart, (meist bei Übergang von Normlichtart D65 auf Normlichtart A),

wenn das ∆E ("Delta-E") bei Normlichtart D65 = 0. ist.

Falls das nicht der Fall ist, kann der zu erwartende Metamerie-Index folgendermaßen abgeschätzt

werden:

(Die Indizes St und P stehen für Standard (Bezug) und Probe)


Man bildet für Normlichtart D65 die Quotienten q X = XSt/XP und entsprechend qY und qZ

Vor Berechnung des Metamerie-Index werden dann die XA, YA, ZA-Werte der Probe (bei

Normlichtart A) mit den entsprechenden q-Werten multipliziert.

Eine vereinfachte Angabe des Metamerieverhaltens ist, die Differenz zwischen den ∆E Werten

(im Lab Farbraum) von zwei Farbmustern einmal bei Lichtart D65 und einmal bei Lichtart A:

∆E D65/A= ∆E D65 - ∆E A

Ein weiteres Kennzeichen von Farben ist, ähnlich dem Metamerie-Index, die Farbkonstanz einer

Farbe bei Beleuchtungswechsel. Hierbei werden nicht wie für den Metamerie-Index zwei Proben

bei unterschiedlicher Beleuchtung betrachtet, sondern es wird angegeben, wie stark sich die

Farbwerte einer Körperfarbe ändern, wenn die Lichtart geändert wird. Dies kann ebenfalls als ∆E

Wert angegeben werden.

Beispielsweise wäre es eine schlechte Farbkonstanz, wenn eine blaue Farbe bei Wechsel von

Tageslicht zu Glühlampenlicht in Violett umschlägt.


CIE-Farbräume

In der praktischen Farbmessung werden für verschiedenen Zwecke unterschiedliche

Darstellungsarten der Farbmaßzahlen verwendet, dies sind die genormten CIE Farbräume.

Diese sind alle mathematisch untereinander umrechenbar, ein neuer Farbraum beinhaltet also

keine neue Information, er hat nur andere Eigenschaften in der Darstellung.

CIE steht für „Commission Internationale de l'Eclairage“, deutsch „Internationale

Beleuchtungskommission“, deren Sitz in Wien (1. Bezirk, Babenbergerstraße 9) ist.

Allgemeines und Eigenschaften

Grassmann Gesetz

Grassmann hat gefunden, dass zur eindeutigen Kennzeichnung einer vom Menschen

empfundenen Farbe drei voneinander unabhängige Größen ausreichen.

Das Spektrum bzw. der Remissionsgrad ist eine sehr genaue Beschreibung der Farbe, aber es

reichen 3 Zahlen um Farbe für den Menschen eindeutig anzugeben. Dies sieht man auch bei

Betrachtung der Berechnung von XYZ, denn diese Farbmaßzahlen ergeben sich ja aus den

Integralen (Summen) der Spektralwerte, also aus der Fläche unter der Kurve. Diese Fläche

kann auch bei unterschiedlichen Kurvenverläufen gleich groß sein.

Farbton, Sättigung, Helligkeit

Anschaulich kann man eine Farbe immer mit den Größen

• Farbton (rot, orange, gelb, grün, blau, violett, etc.)

• Sättigung (spektralrein bis weiß)

• Helligkeit (hell, dunkel)

beschreiben.

Im Spektrum kann man die 3 Größen folgendermaßen erkennen:

Farbton

stärker

gesättigt

Helligkeit

weniger

gesättigt

Sättigung

λ


Der Farbton ergibt sich aus den vorherrschenden Wellenlängen, die Helligkeit aus der Fläche,

die sich unter der Kurve ergibt und die Sättigung erkennt man daraus, wie deutlich das

Maximum ausgeprägt ist. Wenig gesättigte Farben haben einen großen Weißanteil, d.h. alle

Wellenlängen sind gleich stark vertreten.

Aus diesen Zusammenhängen kann man auch gut erkennen, dass ganz helle Farben nur bei

geringer Sättigung möglich sind. Weiters

bewirkt ein scharf ausgeprägtes Maximum

(also hohe Sättigung) aber auch, dass die

Fläche unter der Kurve gering ist, also die

Helligkeit gering ist. Hoch gesättigte

Farben sind daher nur bei mittleren

Helligkeiten möglich. Dies ist auch in allen

3-dimensionalen Farbraumdarstellungen

(z.B. Lab Farbkörper) zu erkennen.

Dimensionalität von Farbräumen

Grundsätzlich haben alle Farbräume 3 Größen zur eindeutigen Farbbeschreibung, es ist daher

eine 3-dimensionale graphische Darstellung erforderlich. In Schrägrissdarstellung ist die

Darstellung optisch zwar 2-dimensional möglich, allerdings können dabei keine Werte daraus

abgelesen werden.

Manchmal wird die Helligkeit vernachlässigt, damit eine 2-dimensionale Darstellung möglich

ist.

Linearität von Farbräumen

Bei der additiven Farbmischung werden zwei Lichter übereinander projiziert, die Spektren

werden addiert. Daher addieren sich auch die Farbwerte für X, Y, Z, da diese ja direkt aus der

Summe (Integral) der Spektralwerte gebildet wird. Bei der additiven Mischung der Farben F1

und F2 zur Mischfarbe F gilt also

X = X1 + X2

Y = Y1 + Y2

Z = Z1 + Z2

Diese Eigenschaft heißt Linearität. Diese Linearität bleibt bei allen linearen mathematischen

Umrechnungen erhalten, daher also bei dem CIE xy und CIE u’v’ Farbraum. Bei dem CIE Lab

Farbraum werden zur Umrechnung Wurzeln verwendet, wodurch die Linearitätseigenschaft

zerstört wird.

Gleichabständigkeit von Farbräumen

Eine alte Forderung an die systematische Anordnung von Farben ist, dass die Anordnung in

gleichen Abstufungen der Farbunterschiede erfolgt. Damit besteht ein Zusammenhang

zwischen den Differenzen der Farbwerte (im jeweiligen Koordinatensystem) und dem visuell

empfundenen Unterschied der Farben. Nicht alle Farbräume erfüllen diese Forderung nach

visueller Gleichabständigkeit, so ist der XYZ und der xy Farbraum nicht gleichabständig, der Lab

und Luv Farbraum ist durch entsprechende Transformationen gleichabständig.


In einem nicht visuell gleichabständigen Farbraum sind Bereiche vom Auge gleich

empfundener Farbunterschiede bei den verschiedenen Farborten (z.B. Grün, Rot,…)

unterschiedlich groß. In einem visuell gleichabständigen Farbraum sind diese Bereiche überall

im Farbraum gleich (gleich große Kreise).

Die Angabe eines Farbunterschiedes ist nur in Farbräumen sinnvoll, die visuell gleichabständig

sind.

Durch die visuelle Gleichabständigkeit eignet sich ein Farbraum auch für die Digitalisierung von

Farbdaten, da hierbei der Wertebereich von 255 Daten (bei 8-bit) sinnvoll ausgenützt werden

kann. Dies ist bei visuell nicht gleichabständigen Farbräumen nicht der Fall, da bei diesen einmal

eine viel feinere Auflösung, einmal eine gröbere Auflösung erforderlich wäre.

Hellbezugswert

Aufgrund der speziellen Wahl der Primärvalenzen im CIE-System ist die Kurvenform der

Normspektralwertkurve y gleich der Hellempfindlichkeits-funktion V(λ) des (helladaptierten)

Auges. Die Farbmaßzahl Y ist daher immer proportional der lichttechnischen Größe der

Leuchtdichte L.

Für Körperfarben wird Y auf den, für die jeweilige Beleuchtung (Bezugslichtart) gelte nden,

Maximalwert Y=100 normiert. Weiß ist ja das Hellste, das bei einer bestimmten Beleuchtung

vorkommen kann. Y ist daher immer zwischen 0 und 100 und proportional der Leuchtdichte. Y wird

daher auch als Hellbezugswert bezeichnet, wobei dies exakt nur für 2° Beobachter exakt gilt.

Bei Selbstleuchtern wird der Farbwert Y so normiert, dass er gleich der lichttechnischen Größe

der Leuchtdichte ist.

CIE-XYZ Farbraum

Dieser Farbraum legt den weiteren Farbräumen quasi zugrunde, aus ihm können leicht die

anderen berechnet werden. Der CIE-XYZ Farbraum ist dreidimensional, d.h. es sind immer alle

3 Werte erforderlich, um die Farbe anzugeben, eine graphische Darstellung muss auch 3

dimensional sein. Weitere Eigenschaften sind die Linearität (Vektoradditionen bei additiven

Farbmischungen) und dass er visuell nicht gleichabständig ist.


CIE-xy Farbraum, Normfarbwertanteile

Um den Farbraum auf einem Blatt darstellen zu

können, wird der 3-dimensionale XYZ auf 2

Dimensionen reduziert, indem man auf die

Helligkeit verzichtet.

Z

Y

Geometrisch kann man sich den Vorgang als

schrägen Schnitt durch den XYZ Farbraum

vorstellen, wie auf der Skizze angedeutet ist.

X

Arithmetisch erfolgt dies durch die Division durch

die Summe aus X+Y+Z, was auch als Normierung

bezeichnet wird. Die daraus entstehenden Werte

x, y nennt man Normfarbwertanteile. Diese liege

theoretisch im Wertebereich zwischen 0 und 1, der Farbumfang des menschlichen

Sehvermögens bildet eine schuhsohlenartige Form mit x uns y Werten zwischen 0 und ca. 0,8.

X

x =

X + Y + Z

Y

y =

X + Y + Z

Genauso kann man auch z

berechnen, nun ergibt x + y

+ z = 1, wodurch bei zwei

bekannten

Normfarbwertanteilen der

dritte sofort errechnet

werden kann. Daraus folgt,

dass für die Angabe 2

Normfarbwertanteile (x,y)

ausreichen, weshalb der

Farbraum nun 2-

dimensional ist.

Aus diesem Diagramm, das

auch Farbdreieck oder

Schuhsole genannt wird,

kann vieles herausgelesen

werden:


Es stellt den gesamten Bereich von Farben dar, der vom menschlichen Auge gesehen wird. Die

Farbwertanteile x und y können als Anteil des Rot bzw. Grünanteils an der Gesamtenergie

(bewertet mit Normspektralwertkurven) der einfallenden Strahlung betrachtet werden.

Am Rand liegen die Spektralfarben (Regenbogenfarben), daher sind am Rand auch

Wellenlängen angegeben. Spektralfarben bestehen ja nur aus einer Wellenlänge, es sind

monochromatische Farben, deren Wellenlänge eben abgelesen werden kann. Diese äußere

Begrenzungslinie wird Spektralfarbenlinie genannt. Die Linie, die die Endpunkte des

Spektrums zwischen 380 nm und 780 nm wieder verbindet wird Purpurgerade genannt, diese

enthält alle Farbmischungen zwischen Rot(780 nm) und Blau(380 nm).

Ganz wichtig ist die Darstellung der additiven Farbmischung in dem Diagramm: Werden zwei

Farben F1 und F2 additiv gemischt (übereinander projiziert, etc.), so liegen im Diagramm alle

möglichen Mischfarben auf einer Linie zwischen den beiden Farben. Dies ist die Eigenschaft

der Linearität.

Der Weißpunkt W (auch energiegleicher Punkt E), bei dem alle Farbwerte gleich sind, also

X=Y=Z=100, ergibt sich bei x=y=0,33.

Dieser Punkt entspricht einer Farbreizfunktion (also ins Auge einfallendes Licht aus Lichtquelle

und Reflexion), die in allen Wellenlängen gleich ist (waagrechte Gerade).

Der Weißpunkt für andere Lichtarten kann in der „black body curve“ eingetragen werden. Auf

dieser Kurve liegen alle xy Farbmaßzahlen der Strahlung eines schwarzen Körpers (glühende

Körper) bei verschiedenen Temperaturen Tc (Farbtemperaturen).

Helmholtz Maßzahlen

Im xy Diagramm werden statt der Farbwertanteile oft die intuitiv klareren

Helmholtzmaßzahlen angegeben. Diese sind:

• Farbtongleiche Wellenlänge für den Farbton

• Spektraler Farbanteil p e für die Sättigung

• Farbwert Y für die Helligkeit

Um den Farbton im CIE xy-Diagramm anzugeben, wird eine Linie vom Weißpunkt zum Punkt

der Farbe gezogen und bis zum Spektralfarbenzug verlängert. Dort kann die Wellenlänge der

jeweiligen Spektralfarbe abgelesen werden, diese nennt man farbtongleiche Wellenlänge.

Als Weißpunkt wird immer der Weißpunkt für die entsprechende Bezugslichtart (meist D50)

verwendet. Die x n, y n Werte des Weißpunktes errechnen sich mit obigen Formeln für x,y mit X n,

Y n, Z n. Der Weißpunkt liegt für jede Bezugslichtart wo anders. Weißpunkt meint, dass dort der

Reflexionsgrad in allen Wellenlängen 100% bzw. ein konstanter Wert (Grauwert) ist.

Der Weißpunkt des wichtigen Normlichtes D50 ist in xy-Koordinaten x=0,3457 und y=0,3585.

Diese Koordinaten sind der übliche Weißpunkt (Mittelpunkt) für die Helmholtz Maßzahlen.

Tritt der Schnittpunkt mit der Farbraumbegrenzung auf der Purpurgerade auf, so wird die Linie

in die andere Richtung zur komplementär liegenden Spektralfarbe gezogen. Die dortige

Wellenlänge wird als kompensative farbtongleiche Wellenlänge der betreffenden Farbe

benannt und mit negativem Vorzeichen gekennzeichnet.

Am Rand sind die Farben voll gesättigt (100 % Sättigung), in der Mitte liegt der Punkt E (von

Equivalent) bzw. U (von Unbunt), der Weißpunkt W, dessen Sättigung 0% ist. Dazwischen kann


man die Sättigung erkennen, die als Verhältnis des Abstandes zwischen Farbe und Weißpunkt

und des Abstandes zwischen zugehöriger Spektralfarbe und Weißpunkt angegeben wird.

p e

StreckeUGWeißpunkt ( zu

Farbpunkt)

=

StreckeUS(

Weißpunktbis

Spektralfarbenzug)

Will man aus x,y wieder die ursprünglichen XYZ Farbwerte finden, so ist dies nur möglich, wenn

einer dieser bekannt ist, da bei der vorigen Normierung die Helligkeit eliminiert wurde. Daher

wird Y zusätzlich angegeben, bzw. im Diagramm kann man die Helligkeitsachse Y dazu

zeichnen. Alle xy Darstellungen sind verschiedenen Schnittebenen bei bestimmten

Helligkeiten.

Mac Adams Ellipsen

(Schwellwertkurven)

Die von Mac Adam gefundenen

Schwellwertkurven geben an, wie groß die

Farbbereiche im xy Farbraum sind, die vom

Menschen als dieselbe Farbe gesehen

werden. Es ist in der Darstellung (Ellipsen

vergrößert dargestellt) zu sehen, dass im

grünen Farbton ein sehr großer Bereich als

gleichgesehen wird, während im blauen und

auch im roten Farbton diese Bereiche

(Ellipsen) viel kleiner sind. Daraus ist zu

erkennen, dass der CIE xy Farbraum nicht

visuell gleichabständig ist.


In einem nicht gleichabständigen

Farbraum können Farbunterschiede

nicht angegeben werden, daher wurde

versucht, durch mathematische

Transformationen eine

Gleichabständigkeit zu erreichen

Die Schwellwertellipsen haben im CIE

xy Farbraum einen Größenunterschied

von ca. 1:20, durch Transformation

auf das UCS System verringern sich

diese Unterschiede auf ca. 1:2, dies

wird dann als visuell gleichabständig

bezeichnet.

CIE-Lab (L * a * b * ) Farbraum

Der CIE Lab Farbraum ergibt sich aus einer nichtlinearen

Transformation aus dem XYZ Farbraum, mit der eine

gute Gleichabständigkeit erreicht wird. Durch die

nichtlineare Transformation wird jedoch die

Linearitätseigenschaft zerstört.

Die Helligkeit L wird genau wie im Luv Farbraum (siehe

dort) aus der angenäherten psychrometrischen

Helligkeitsfunktion errechnet. Der Wert L wird aus dem

Wert Y berechnet. Der Unterschied ist, dass L durch die

genannte Umrechnung, die vom menschlichen Auge

empfundene Helligkeit darstellt, während Y die

eingestrahlte Energie angibt.

Die Farbkoordinaten a und b ergeben sich aus den

Differenzen aus Rot und Grün bzw. Gelb und Blau, diese

Differenzen entsprechen der Weiterverarbeitung der

Farbrezeptorsignale der Zapfen durch das Gehirn. Dies wurde von Hering als Gegenfarbentheorie

(siehe Kapitel Auge auf Seite 14) gefunden.

Der CIE Lab Farbraum ist in DIN 6174 genormt und hat sich seit 1976 international vor allem für

die Beschreibung von Körperfarben durchgesetzt.

*

L

a

b

*

*

= 116

3

= 500

= 200

Y

Y

3

3

n

−16

X

X

Y

Y

n

n

−

−

3

3

Y

Y

Z

Z

n

n

Für Farbwerte nahe dem Schwarzpunkt gelten

die angegebenen Formeln nicht, es müssen dann

andere Formeln (siehe ISO 13655) verwendet

werden, auf die hier verzichtet wird.

Die Farbwerte XYZ werden ins Verhältnis zu X n, Y n, Z n gesetzt und dann voneinander

subtrahiert. X n, Y n, Z n sind die Farbwerte für die Bezugslichtart d.h. die Farbwerte für das

Absolutweiß (Remission in allen Wellenlängen 100%). Sie betragen für Normlicht D50:


X n=96,422

Y n=100,0

Z n=82,521

Dadurch bleibt die Grauachse für alle Beleuchtungsarten gleich (a=b=0). Dies unterscheidet

den Lab Farbraum auch vom xy Farbraum.

CIE LAB Farbraum

weiß L* = 100

gelb

b*

F

grün

-a*

rot

a*

blau

schwarz L* = 0

Aus den Formeln ist zu erkennen, dass beim

Weißpunkt der jeweiligen Lichtart (X=X n,

etc.) die Koordinaten a und b zu Null

werden.

Der Wertebereich für L ist 0 (schwarz) bis

100 (weiß), für a und b in den meist

vorkommenden Farben auch von -80 bis

+80.

Aus den Koordinatenangaben kann auf den

Rotanteil, Gelbanteil, etc. geschlossen

werden, beim Vergleich zweier Farben kann

aus der Differenz der Koordinaten auch

geschlossen werden welche Farbe roter,

gelber, etc. ist.

Im 3-dimensionalen Lab Farbraum (siehe

Bild, Farbkörper) kann man sehen, dass bei

hellen und dunklen Farben nur geringere

Sättigungen möglich sind. Für L=100 (ganz

hell) ist nur Weiß als Farbe möglich.


Zur besseren Vorstellbarkeit der Farben bei verschiedener Helligkeit hier 3 Schnitte im Lab

Farbraum bei verschiedenen Helligkeiten (L):

L=25: L=50: L=75:

LCh Darstellung

LCh ist kein eigener Farbraum, sondern nur die Polarkoordinaten-darstellung (bzw. eigentlich

Zylinderkoordinaten) des Lab Farbraumes. Diese ist intuitiv besser verständlich, da die

Farbwerte L, C und h für Helligkeit, Buntheit und Farbton stehen.

Die Berechnung erfolgt durch den Lehrsatz von Pythagoras bzw. die Winkelfunktion Tangens

(Achtung: TARE interpretiert immer a als positiv – Kontrolle aus Skizze):

L* … Helligkeit

C* … Buntheit

h ab*… Farbtonwinkel

C

h

*

*

=

a

2

+ b

2

b

= arctan( )

a

gelb

b*

gelbgrün

orange

C*

b*

grün

h*

rot

-a* a*

a*

cyan

magenta

blau

-b*


Beim Lab Farbraum ist noch zu beachten, dass ein Farbton, der im xy Farbraum mit derselben

farbtongleichen Wellenlänge (Helmholtz Maßzahl) beschrieben wird, im Lab Farbraum nicht immer

denselben Farbtonwinkel aufweist. Ein bestimmter Farbtonwinkel entspricht also nicht genau

einem Farbton des xy Farbdiagramms bzw.

auch nicht dem Munsell System, das als

Referenzsystem für andere Farbsysteme dient.

C ist die Buntheit, nicht die Sättigung, da im

Lab Farbraum keine Sättigung definiert ist.

Dies liegt daran, dass die Sättigung jeweils zu

einer bestimmten Farbart gehört und diese nur

für eine lineare Transformation eindeutig

bestimmbar ist.

Die Buntheit stellt bei gleicher Helligkeit ein

Maß für die Brillanz oder Klarheit der Farbe

dar. Bei geringer Buntheit wirkt die Farbe

stumpf und ausgegraut.

UCS Farbraum

Der UCS (uniform color space) Farbraum ergibt sich aus einer linearen Transformation aus

dem XYZ Farbraum, mit der eine gute Gleichabständigkeit erreicht wird. Durch die lineare

Transformation wird die Linearitätseigenschaft nicht zerstört. Es ergeben sich die Koordinaten

u’ und v’ (statt x und y).

Die Werte von u’ und v’ liegen im

CIE xy Farbraum können am

Wellenlängen angegeben

wie der xy Farbraum linear, und

dem Abstand zum Weißpunkt

möglich.

u

=

v

=

4X

X + 15Y

+ 3Z

9Y

X + 15Y

+ 3Z

Bereich von ca. 0 bis 0,6. Wie im

Rand die Spektralfarben mit deren

werden. Weiters ist der Farbraum

die Angabe der Sättigung ist aus

bzw. zum Spektralfarbenzug


v’

U’

CIE-Luv (L * u * v * ) Farbraum

Die Gleichabständigkeit in der Helligkeit erfolgt wie

bei Lab nach der psychometrischen

Helligkeitsfunktion. Die gleiche

Leuchtdichtedifferenz ΔY erscheint bei geringerer

Leuchtdichte als großer Helligkeitsunterschied, bei

hoher Leuchtdichte als kleiner Unterschied. Daraus

ergibt sich der Zusammenhang für die Berechnung

von der Helligkeit L.

L

u

v

*

*

*

= 116

3

= 13

L

= 13

L

*

*

Y

Y

n

−16

(

u

− u

)

(

v

− v

)

n

n


u`n und vń werden aus den Formeln für uúnd berechnet, wobei die X nY nZ n Koordinaten wieder

die XYZ Werte für die verwendete Lichtart, d.h. für das dafür geltende Absolutweiß sind.

Der CIE Luv Farbraum setzt sich aus den u’v’ Koordinaten zusammen, jedoch werden die

Koordinaten um den Weißpunkt verschoben. Damit liegt Weiß (Unbunt) in der Mittelachse und es

ergeben sich die Achsen wie im Lab Farbraum als Gegenfarben Rot-Grün bzw. Gelb-Blau.

Zusätzlich wird für die Farbwerte mit der Helligkeit L * multipliziert, dadurch geht die Linearität im

Diagramm für Farben unterschiedlicher Helligkeit verloren.

Der CIE Luv Farbraum wird vor allem für die Beschreibung der Farbe von Selbstleuchtern

verwendet, daher auch in der Monitor und Fernsehtechnik.

LCh Darstellung

LCh ist kein eigener Farbraum, sondern nur die Polarkoordinatendarstellung des Luv

Farbraumes. Diese ist intuitiv besser verständlich, da die Farbwerte L, C und h für Helligkeit,

Buntheit und Farbton stehen.

Die Berechnung erfolgt wie im Lab Farbraum aus den geometrischen Beziehungen:

C

h

*

*

=

u

2

+ v

2

v

= arctan( )

u

L* … Helligkeit

C* … Buntheit

h uv*… Farbtonwinkel

gr

gel

v

gelbg

ora

C

b

- h u r

a

Buntheit und Sättigung

cya

mage

Im CIE Luv Farbraum ist auch noch die Sättigung

definiert. Sättigung ist das Verhältnis von Buntheit zur

Helligkeit.

bl

-

s ... Sättigung

L ... Helligkeit

C ... Buntheit

Zu bemerken ist der Unterschied zwischen

Buntheit und Sättigung:

Buntheit ist der Unterschied einer Farbe zum

gleichhellen Unbunt. Die Buntheit ist die

helligkeitsabhängige Farbigkeit. Bei gleicher

Sättigung nimmt die Buntheit mit

zunehmender Helligkeit zu.

Die Sättigung ist die helligkeits-unabhängige

Farbigkeit. Bei gleicher Buntheit nimmt die

Sättigung mit abnehmender Helligkeit zu.


Farbabstand

Für die Praxis ist es außerordentlich wichtig, den Unterschied zwischen Farben angeben zu

können. Dies erfolgt mit dem so genannten Farbabstand ΔE, der die Koordinatendifferenz im

Lab oder im Luv Farbraum darstellt. Da diese Farbräume visuell gleichabständig sind, kann

daher dieser Wert für den sichtbaren Unterschied zwischen 2 Farben herangezogen werden.

Aus der Angabe des Farbabstandes werden weit reichende Entscheidungen abgeleitet,

beispielsweise ob ein Druckprodukt akzeptiert oder zurückgeschickt wird.

Die Toleranzen für den zulässigen Farbabstand im Druck werden in Schwankungstoleranz und in

Abweichungstoleranz unterschieden. Die Schwankungstoleranz ergibt sich aus den Schwankungen

innerhalb eines Auflagendruckes, die Abweichung gilt zwischen Vorlage und Gut -Bogen.

Im Offsetdruck kann gemäß UGRA Untersuchungen grob gesagt werden, dass für die

Schwankungstoleranz ein mittlerer Farbabstand von ΔE=5,5 technisch realisierbar und somit auch

forderbar ist. Bei Schmuckfarben kann die Toleranz aber durchaus auch enger vereinbart werden.

Farbabstand für CIE-Lab und CIE-Luv Farbraum

Die Berechnung dieses Koordinatenabstandes erfolgt über den Lehrsatz von Pythagoras (hier

für CIE-Lab Farbraum).

E

=

C =

H

=

a

L

2

2

+ b

E

+ a

2

2

2

− L

2

+ b

2

− C

2

C

=

C 2

− C 1

Für den Luv Farbraum gelten

dieselben Formeln, wobei statt a

und b u und v eingesetzt wird.

L

b

ΔL

ΔE

Zur geometrischen Verdeutlichung

eine Skizze:

Δb

ΔL ist der Helligkeits-unterschied.

Δa

a

Neben dem Farbabstand ΔE ist auch

die Angabe des Bunttonabstandes

ΔH gebräuchlich, das mit Hilfe des Buntheitsabstandes ΔC berechnet wird. Zu beachten ist,

dass der Bunttonabstand (auch Farbtonabstand) ΔH ist nicht gleich der Differenz der

Farbtonwinkel ist.

Die Farbtondifferenz kann auch aus der Farbtonwinkeldifferenz Δh und den Buntheiten C der

beiden Farben berechnet werden:


Es können auch die Unterschiede in a oder b

Richtung angegeben werden, dies gibt dann

an ob eine Farbprobe z.B. rötlicher (Δa

positiv) oder grünlicher (Δa negativ) als eine

andere ist.

Bewertung von Farbabständen

Die visuelle Unterschiedsempfindung ist

nicht bei allen Farben gleich, jedoch kann

gesagt werden, dass der Wert ΔE=1 als

Grenze des sichtbaren Farbunterschiedes

festgelegt wurde (dies liegt in den Faktoren

der Transformationen für Lab und Luv).

Um den Farbunterschied zu erkennen, muss man die Proben längere Zeit (bei kleinen ΔE

Werten ca. 20 sec.) betrachten.

Allgemein kann gesagt werden:

ΔE<1 nicht sichtbarer Farbunterschied

ΔE=1 - 3

ΔE=3 - 5

sehr geringer Farbunterschied, nur für geschulte Augen erkennbar

sichtbarer Farbunterschied

ΔE> 6 deutlich sichtbarer Farbunterschied

Auf einem CRT-Monitor sind ΔE Werte unter 2,5 kaum sichtbar.

Abgesehen von den ΔE Werten ist eine Kontrolle der ΔC Werte für den Farbeindruck wichtig, da

die Unterschiede in der Helligkeit ΔL für die Farbwahrnehmung nicht so entscheidend wie die

Buntheitsunterschiede ΔC ist.

Da der Lab Farbraum aber nicht ganz gleichabständig ist, stimmen die Angaben nur grob,

genaue Beurteilungen müssen für jede Farbe extra bestimmt werden.

Beispielsweise sind bei Grautönen auch schon ΔE Werte <1 als Farbabweichung sichtbar,

während bei höheren Buntheiten z.B. bei Orange auch noch bei ΔE=4 kaum ein

Farbunterschied erkannt wird.

Außerdem werden Farbunterschiede in Bildern mit hohen Farbkontrasten weniger stark

wahrgenommen, als in homogenen Farbflächen. Dies kann aber farbmetrisch nicht

berücksichtigt werden (Farbmetrik betrachtet immer nur einen Farbpunkt).

Als Beispiel für zulässige ΔE Werte sei der FOGRA Medienkeil genannt, mit dem die

Farbverbindlichkeit von Proofdrucken kontrolliert wird. Die mittlere ΔE Abweichung aller Lab

Werte darf ΔE=3, der Maximalwert ΔE=6 nicht überschreiten, die Farbabweichung des

Bedruckstoffes darf ΔE=3 nicht überschreiten.

Die Lab Farbabstände ΔE sind bei gesättigten Farben zu groß im Vergleich zur visuellen

Wahrnehmung und berücksichtigen Helligkeitsunterschiede zu wenig. Um dies auszugleichen

wurden weitere Farbabstandsformeln entwickelt.


Weitere Farbabstandsformeln

Die Farbabstandsformeln geben zu denselben Farbenpaaren unterschiedliche ΔE Werte an. Für

ein Farbenpaar Cyan ergibt sich beispielsweise ΔE Lab=6, ΔE 94=3,54, ΔE 2000=2,29, ΔE 99=2,16. Für

ein Farbenpaar Schwarz ergibt sich beispielsweise ΔE Lab=6, ΔE 94=5,78, ΔE 2000=6,28, ΔE 99=4,76.

Man erkennt daraus schon, dass die Farbabstände bei der Grauachse eher den Standard ΔE Lab

Werten entsprechen, während für stärker gesättigte Farben die Farbabstände des Standard

ΔE Lab zu groß ausfallen.

Verwendet werden diese in Bereichen, wo es um sehr genaue Farbbestimmungen geht, wie z.B. in

der Autoindustrie. Zunehmend finden sie aber auch in der graphischen Industrie Einzug.

Für sehr kleine Farbabweichungen nahe der Grauachse (nahe Unbunt) gibt es die Angabe bzw.

Berechnung des Farbstiches nach DIN 55981.

Farbabstand CIE-ΔE2000 Formel

Der Standardfarbabstand ΔE Lab zeigt bei stärker gesättigten Farben vergleichsweise zu große

Farbabstandswerte, obwohl die Farben mit dem Auge noch kaum unterscheidbar sind, mit der

verbesserten Farbabstandsformel ΔE 2000 bzw. wird diese auch ΔE 00 bezeichnet, wird der

Farbabstandswert besser dem Auge angepasst. Die Formel wurde aufgrund von

experimentellen Daten vieler Beobachter entwickelt.

Folgende Formel, sie ist eine Erweiterung der ΔE CIE 94 Formel, wird aufgrund einiger

vorhergehender Einzelberechnungen aus den Lab Werten von 2 Farben berechnet.

ΔE 00 = √( ΔL′ 2

)

k L S L

+ ( ΔC ab

′ 2

)

k C S C

+ ( ΔH ab

′ 2

)

k H S H

+ R T ( ΔC ab

′

) ( ΔH ab

)

k C S C k H S H

′

Worin folgende Einzelfaktoren zu berechnen sind (L* ist L, bei a und b ebenso):


Die im Nenner vorkommenden k-Faktoren und S-Faktoren sind Gewichtungsfaktoren, mit

denen die Helligkeitsdifferenz, Sättigungsdifferenz und Farbtondifferenz unterschiedlich

gewichtet werden können. Die k-Faktoren sind immer 1.

Der Sättigungswert C´ ergibt sich aus Streckungen der a-Achse bei hohen Sättigungswerten, es

wird damit auch die Buntheitsdifferenz zu ΔC´. Die Farbtondifferenz ändert sich somit zu ΔH´.

Der Korrekturwert R T berücksichtigt speziell Korrekturen im 4. Quadranten (wo a pos.und b

neg. ist).

Diese Formel wird in Messgeräten automatisch ausgewertet, für händische Berechnngen ist sie

zu kompliziert. Die folgende Gegenüberstellung (aus Medienstandard Druck 2018) zeigt links

die Bereiche für Standard ΔE ab =5 und rechts die Bereiche, in denen ΔE 00 = 2 ist. Es ist

erkennbar, dass im Bereich stark gesättigter Farben, die Bereiche für ΔE 00 = 2 größer sind. Der

FOGRA51 Farbumfang ist zur Orientierung eingezeichnet.

Ein Farbabstand von ΔE ab =5 kann als ΔE 00 deutlich andere Werte aufweisen, beispielsweise bei

einem hellen Gelbton (mit L ca. 87) ΔE 00 = 2,88, bei einem dunklen Blauton (bei L=20) ΔE 00 =


1,18 aber bei einem mittleren Grauton (bei

L=50) ΔE 00 = 5,83 . Diese Werte von ΔE 00

entsprechen besser dem menschlichen

Farbunterschiedsempfinden.

Nachstehende ist ebenfalls eine

Gegenüberstellung von ΔE ab und ΔE 00 zu

sehen.

In letzter Zeit setzt sich eine Beurteilung

nach den modernen ΔE Formeln auch in der

graphischen Industrie immer mehr in der

Praxis durch. So wird bei der Auswertung

des FOGRA-Medienkeils eine Auswertung

gemäß der ΔE 00 Formel verlangt.

Vorläufer der ΔE 00 Formel sind ΔE CMC, ΔE CIE

94, die auch noch teilweise verwendet

werden.

DIN 99 Farbraum

Eine etwas erweiterte Berechnung von CIE-Lab, die Berechnung von L99, a99,b99 ist von der DIN

angegeben worden, um damit Farbabstände nach der normalen ΔE Lab Formel berechnen zu

können. In den folgenden Formeln liegt eine Drehung und eine logarithmische Verzerrung de s Lab

Farbraumes vor:

E

2 2 2

99

= L99

+ a99

+ b99


Beispiele sonstiger Farbräume

Geräteabhängige Farbräume

RGB-Farbraum

Der RGB-Farbraum am Computer weist jedem Pixel einen Intensitätswert zwischen 0 (Schwarz)

und 255 (Weiß) für die einzelnen RGB-Komponenten in einem Farbbild zu. Eine hellrote Farbe

kann z.B. einen R-Wert von 246, einen G-Wert von 20 und einen B-Wert von 50 haben. Wenn

die Werte aller drei Komponenten gleich sind, ergibt dies ein neutrales Grau. Beträgt der Wert

aller Komponenten 255, entsteht reines Weiß, und bei einem Wert von 0 reines Schwarz. Die

Farben sind aber immer noch von den jeweiligen Gerätedaten abhängig (z.B Weiß

entsprechend der Farbtemperatur des Gerätes).

Die geräteabhängigen RGB Farbräume können in einem

geräteunabhängigen CIE Farbraum dargestellt werden, was in den so

genannten Farbprofilen erfolgt.

Pantone, HKS Farbraum

Vorgedruckte Farbmuster auf bestimmtem, definiertem Papier bzw.

Bedruckstoff mit Angabe, wie die jeweilige Farbe in CMYK bzw.

Hexachrome angenähert werden kann. Oft sind auch die Lab-Werte

der Farbe dabei angegeben. Die Farbmuster gelten für bestimmtes

Papier, bestimmte Druckfarbe, etc. Für die praktische Anwendung

sind diese Farbräume besonders wichtig.

Pantone-Fächer sind auch für PSO Drucke verfügbar, also

beispielsweise mit Farben nach ISO 2846-1 gemäß ISO 12647-2 auf

gestrichenen als auch auf ungestrichenen Papieren in üblichem Raster

gedruckt.

Munsell Farbraum

Erster gleichabständiger Farbraum (Munsell book of colors), der auch

heute noch als Maß für die Gleichabständigkeit herangezogen wird. In

den USA ist dieser empirisch gewonnene Farbraum noch weit

verbreitet. Er gilt aber als nicht „valenzmetrisch“, d.h. die Farbwerte

entsprechen nicht der Farbvalenz, also nicht den Nervensignalen der

zapfen.

PhotoYCC Farbraum

Der Kodak Photo CD Farbraum, orientiert sich sehr stark an CIE-Lab, ist

aber für die digitale Bildverarbeitung durch eine nichtlineare Transformation optimiert. Die beide

Farbdifferenzkanäle (CC) weisen eine unterschiedliche Stufenskalierung auf: Deshalb bietet YCC

bei gleicher Quantisierung (acht bit) in der EBV-Praxis eine bessere Farbauflösung (mehr

unterscheidbare Farben) bei gescannten Filmen als CIE-Lab. Dieser Farbraum wird aber kaum mehr

verwendet.


Farbmessung

Grundsätzliches

Körperfarben (Reflexionsmessung, Auflichtmessung)

Man kann Körperfarben (Aufsichtsmessung) oder Selbstleuchter (Emissionsmessung) messen.

Bei der Aufsichtsmessung ist eine Lichtquelle erforderlich, diese muss je nach Messverfahren

bestimmten Anforderungen genügen. Wichtig ist die Berücksichtigung der Messgeometrie und

Messanordnung, die das Messergebnis deutlich beeinflusst.

Bei der Messung von Körperfarben muss auch immer angegeben werden, für welche Lichtart

die Messergebnisse gelten (nicht mit Hilfe welcher sie gemessen wurden). Bei der

Emissionsmessung ist dies nicht erforderlich.

Die Proben können durchsichtig (transparent), undurchsichtig (opak, reflektierend) oder auch

teildurchsichtig (transluzent, streuend z.B. Milchglas) sein. Je nach Probe muss das Messlicht und

die Messzelle entsprechend positioniert werden, wobei dies bei der Messung transluzenter Proben

schwieriger ist, da das Streulicht erfasst werden muss.

Selbstleuchter (Emissionsmessung)

Bei der Emissionsmessung ist keine Lichtquelle im Messgerät, es wird die Fotozelle direkt in

das zu messende Licht gehalten. Dies kann wie beim Monitor direkt sein, oder auch über

längere freie Lichtwege sein. Hierbei ist auf störendes Umgebungslicht zu achten.

Bei der Messung von Lichtquellen wird das einfallende Licht zuerst auf eine Mattscheibe

geleitet, damit es zerstreut wird. Die Sekundäremission dieser Mattscheibe (oder weiße

Kugelkalotte) wird dann auf die Messzelle geleitet.

Gleichheitsverfahren

Unter Gleichheitsverfahren wird der Vergleich von Farbproben mit bekannten Farbmustern

verstanden. Wichtig hierbei ist, dass der Vergleich unter Normlicht erfolgt und mehrere

Vergleichstests durchgeführt werden. Die Augen sollten ausgeruht sein und das Umfeld soll

vom störenden Farbeindrücken frei sein. Eine graue Schablone mit Löchern zur

Farbbeurteilung ist hierzu dienlich.

Das Gleichheitsverfahren spielt für die Farbmessung heute keine Rolle mehr, wohl aber in der

praktischen Abmusterung in der Druckerei.

Das Normlicht der Abmusterung muss 5000 K innerhalb geringer Toleranz erfüllen und weiters

eine Beleuchtungsstärke von 2000 lx mit maximal 25% Abweichung innerhalb eines 1m 2 großen

Feldes erreichen. Das Umfeld sollte gleichmäßig Grau mit Reflexionsgrad ca. 20% sein.


Dreibereichsverfahren

Beim Dreibereichsverfahren wird das Auge direkt simuliert, es wird auch „Fotometer mit

Brille“ genannt. Die Probe wird mit Normlicht beleuchtet, die farbige Reflexion wird durch 3

Filter hindurch auf Messfotozellen (Photodioden, etc) geschickt. Die Filter lassen entweder

Rot, Grün oder Blau durch, so dass die Fotozellen genau die Farbwerte X (hinter rotem Filter),

Y (grün) und Z (blau) registrieren und dann anzeigen.

R()

S()

Normlicht

z.B. D50

Probe

Normspektralwerte

definiert

durch Filterkurven.

_

x

_

y

_

X

Y

Damit dieses Verfahren wirklich die richtigen Farbwerte X,Y,Z anzeigt, müssen die

Durchlasskennlinien der Filter an die Normspektralwertkurven (Empfindlichkeitskurven der

Augen) angepasst sein. Insgesamt muss die gesamte spektrale Kennlinie des Systems aus Filter

und Fotozellen gleich den Normspektralwertkurven sein. Diese Bedingung nennt man Luther

Bedingung.

Die Messgeräte, die nach dem Dreibereichsverfahren arbeiten werden auch Colorimeter

genannt. Das Dreibereichsverfahren wird heute seltener verwendet, da es durch

Spektralfotometer verdrängt wird. Zur billigen Bildschirmkalibrierung und Profilierung werden

heute Dreibereichsmessgeräte für Emissionsmessungen verwendet, diese haben keine eigene

Lichtquelle.


Spektralverfahren (Spektralphotometer)

Beim Spektralverfahren wird vom Messgerät der Remissionsgrad der Probe im

Wellenlängenbereich von 380 – 780 nm in

Schritten von 1 - 5 nm gemessen. Die

Messung erfolgt immer doppelt, einmal

100

Anteil Blau

wird die Reflexion an der Farbprobe

gemessen und einmal wird die Reflexion am

(eingebauten) Weißstandard gemessen. Der 50

Weißstandard muss möglichst für alle

Wellenlängen den Reflexionsfaktor 1 (100%)

aufweisen, bzw. ist eine Korrektur (über

den bekannten tatsächlichen

400 500 600 700 nm

Reflexionsfaktor) hierzu erforderlich. Aus

dem Verhältnis der beiden Messungen wird

der Remissionsgrad ermittelt.

Aus dem Remissionsgrad werden dann mit Hilfe eines eingebauten Mikroprozessors die

gewünschten Farbwerte (XYZ. Lab, etc.) unter Berücksichtigung der einzustellenden Werte für

Lichtart (z.B. D50) und Beobachterwinkel (z.B. 2°) berechnet.

Es werden je nach

Lage des

Monochromators

(Auswahl einzelner

Wellenlängen durch

Prisma, etc.) die

Bauarten mit

monochromatischer

Beleuchtung

(Monochromator

vor der Probe –

Probe wird nur mit

einer Farbe

beleuchtet) und

Lichtquelle

Spaltblende

Spektralphotometer mit

polychromatischer

Beleuchtung (45/0°)

Empfänger

Weißstandard oder Probe

Monochromator

Messwertanzeige

für den

Remissionsgrad

(daraus werden

XYZ berechnet)

polychromatischer Beleuchtung (Monochromator nach der Probe – Probe wird von gesamtem

Spektrum der verwendeten Lichtquelle beleuchtet) unterschieden. Prinzipiell wäre die Lage

des Monochromators egal, nur bei Messung fluoreszierender Proben muss mit

polychromatischer Beleuchtung gemessen werden, da sonst nie UV-Licht auf die Probe kommt,

die den fluoreszierenden Effekt auslöst.

e -


Licht Quelle

Farbrechner

Dioden-Array

380 nm 730 nm

45°

0°

Objekt

Beugungsgitter

Heutige Spektralphotometer verwenden meist mit Beugungsgitter als Monochromator und

eine Zeile mit Fotodioden oder eine CCD Zeile als Empfänger. Dadurch können alle

Wellenlängen in einem (ohne Verdrehung des Monochromators) gemessen werden.

Im obigen Bild ist auch die Ringspiegeloptik zu erkennen, bei der die Beleuchtung im Winkel

von 45° auf die Probe fällt, allerdings von allen Seiten, also rundherum. Die Messung erfolgt

aus dem lotrecht zur Probe reflektierten Licht.

Durch die Computertechnik ist die Auswertung der spektralfoto-metrischen Messung heute

kein Problem mehr, daher werden heute hauptsächlich Spektralfotometer zur Farbmessung

verwendet.

Messgeometrie

Die Messgeometrie beeinflusst das Messergebnis, da hierbei die Probenoberfläche in die

Messung eingeht. Spektralphotometer mit unterschiedlicher Messgeometrie ergeben

unterschiedliche Ergebnisse. Nur ideal matte Proben ergeben unter verschiedenen

Geometrien gleiche Messwerte.

Die Messgeometrie gibt den Winkel des einstrahlenden Lichtes und den Winkel des

Messlichtes (reflektierter Anteil der zur Messzelle führt) an. Die beiden Winkel dürfen nicht

gleich sein, da sonst die Oberflächenreflexion die Messung komplett verfälschen würde.

Oberflächenreflexion:


höhere Oberflächenreflexion

niedrigere Oberflächenreflexion

45

45°

45°

mehr Licht zur

Messzelle

0°

0°

45

Druckfarbe

Druckfarbe

weggeschlagen

Bedruckstoff

Bedruckstoff

noch feuchter Druck, glänzend

vorwiegend gerichtete Reflexion

Druckfarbe weggeschlagen, Oberfläche

matt, vorwiegend diffuse Reflexion

Im Vergleich von stark glänzenden Oberflächen zu matten Oberflächen ergeben sich folgende

Unterschiede in der Messung des Remissionsgrades bei Beleuchtung mit 45° und der Messung

bei 45° (mit Oberflächenreflexion) und bei 0° (ohne Oberflächenreflexion):

Glänzende Oberfläche

Matte Oberfläche

R

R

0,5

45° / 45°

0,5

45° / 45

0

45° / 0°

0

45° / 0°

λ

Glänzende Oberflächen ergeben durch die

Spiegelung bei 45°/45° fast die Remissionskurve von Weiß, bei 45°/0° ergibt sich bei den

Wellenlängen die von der Farbe absorbiert werden geringe Remissionsgrade. Bei matten

Oberflächen tritt keine deutliche Spiegelung auf, die Remission ist in allen Richtungen ähnlicher.

Bei glänzenden Oberflächen ist die Farbwahrnehmung (und Messung) bei 45°/0° dunkler und

brillanter (höher gesättigt) als bei matter Oberfläche. Dies wird auch bei glänzenden Papier und

Fotopapieroberflächen ausgenutzt. Der Oberflächenglanz wird dabei fast gänzlich in eine andere

Richtung reflektiert, so dass in Betrachtungsrichtung keine Glanzstörungen auftreten. Bei matten

Oberflächen ist die Oberflächenreflexion über alle Raumrichtungen verteilt und ist somit immer

bei der Betrachtung störend dabei.

Bei Kugelgeometrien wird über alle Richtungen gemittelt, dabei fällt der Unterschied der

Messung mit verschiedenen Oberflächen weg. Durch eine Glanzfalle kann allerdings auch hier

die Oberflächenreflexion ausgeschaltet werden, wodurch ca. 4% geringere Remissionsgrade

entstehen.

λ


Winkelgeometrie 45°/0°, 0°/45°

Diese Geometrie ist im graphischen Gewerbe üblich. Es erfolgt die Beleuchtung unter 45°, die

Messung des reflektierten Lichtes unter 0° (senkrecht auf die Probenoberfläche) oder genau

umgekehrt. Durch die Beleuchtung von mehreren Seiten (Ringspiegeloptik) ergibt sich eine

besonders homogene Ausleuchtung, dies wird daher heute meist eingebaut.

Bei 45°/0° besteht eine gute Übereinstimmung mit dem visuellen Eindruck des Auges. Ein

visueller Unterschied zwischen matten und glänzenden Proben wird auch in der Messung

deutlich (unterschiedliche Werte).

Bei Proben, deren Oberfläche strukturiert (z.B. bei Textilien) ist, ist die 45/0 Geometrie nicht

erlaubt, da sich die Messwerte bei Drehung der Probe verändern können. Hier ist eine diffuse

Beleuchtung oder Messung erforderlich.

Kugelgeometrie d/0°, 0°/d

Bei dieser Geometrie erfolgt die Beleuchtung diffus, das

heißt von allen Seiten mit Hilfe einer innen weiß

beschichteten Kugel, der Ulbrichtkugel. Die Messung

erfolgt unter 0°, wodurch zur Messzelle keine Glanzlichter

kommen können, denn diese müssten auch von der

Messzelle ausgehen (Einfallswinkel = Ausfallswinkel).

Die Messung erfasst alle Oberflächenstrukturen gleich, da

die reflektierte Gesamtenergie in alle Richtungen

gemessen wird. Verschiedene Oberflächenstrukturen

ergeben daher bei gleicher Farbe auch die gleichen

Messergebnisse.

Grundsätzliche ist die Reflexion an der Oberfläche nicht vermeidbar, sie beträgt über alle

Raumrichtungen ca. 4% des eingestrahlten Lichtes. Daher kann diese Oberflächenreflexion auch

durch rechnerische Reduktion des Remissionsgrades um 4% berücksichtigt werden.

Kugelgeometrie d/8°, 8°/d

Eine üblichere Variante der diffusen Beleuchtung ist mit der Messung unter 8°, denn hier kann

zwischen der Messung mit und ohne Glanzeffekt gewählt werden, indem gegenüber der 8°

Neigung der Fotozelle eine Glanzfalle (ein schwarzer Fleck bzw. Samt) zugeschaltet werden

kann, oder eben die weiße Kugelinnenseite von dort reflektiert.


Laut DIN

Kurz

Umgangssprache

Bedeutung

mit

Glanz

SCI

ohne

Glanzfalle

Die Glanzfalle ist geschlossen, der Glanz bleibt in der Kugel,

unterschiedliche Oberflächen werden nahezu gleich

gemessen

ohne Glanz SCE

mit Glanzfalle

Die Glanzfalle ist offen, der Glanz geht teilweise durch die

Öffnung, unterschiedlich genarbte Oberflächen können nur

bedingt differenziert werden.

Bei eingeschalteter Glanzfalle sind die Remissionswerte um ca. 4% geringer als bei Messung mit

Glanzeinschluss.

Bei Messung mit Kugelgeometrie wird der Glanz, d.h. die Oberflächenreflexion mitgemessen, die

Ergebnisse weisen daher im Vergleich zu einer 45/0 Geometrie geringere Sättigungen auf.

Kugelgeometrien werden im graphischen Gewerbe selten verwendet, sie sind aber in der

Textilindustrie wichtig, um auch bei rauen Oberflächen verlässliche Messwerte zu erhalten.

Durchlichtmessung Geometrie 0°/0°

Für transparente Proben wird im Durchlicht gemessen. Statt einem Weißstandard ist dabei der

freie Lichtweg (Messung ohne Probe, durch Luft) die Bezugsgröße.

Als Messgeometrie kommt im einfachsten Fall von einer Seite die Beleuchtung unter 0°, auf

der anderen Seite die Messung unter 0° vor.

Messhintergrund

Für die Aufsichtsmessung wird in der ISO 13655 als Messhintergrund eine schwarze

Probenauflage verlangt, damit Reflexionen des Messlichtes an der Rückseite der Probe das

Ergebnis nicht verändern.

Ein Durchscheinen des schwarzen Hintergrundes nimmt eine mögliche Verschlechterung bzw.

Veränderung des Druckbildes durch Durchscheinen der Rückseite eines Druckes vorweg. Im

Vergleich zu einem weißen Hintergrund wird der Farbumfang bei schwarzem Hintergrund geringer,

die Buntheit der Eckfarben ist geringer.

Messungen im Auflagendruck erfolgen meist mit schwarzer Messunterlage (bb – black

backing). Allerdings gibt es auch Ausnahmen, diese verlangen einen weißen Hintergrund (wb –

white backing) oder als Hintergrund 3 unbedruckte Blätter des Bedruckstoffes (sb – self

backing). Beispielsweise werden Druckfarbenprüfungen gemäß ISO 2846 und Messungen des

FOGRA Medienkeils hinter weißem Hintergrund durchgeführt.

Messmodi nach ISO 13655

In der ISO 13655 wurden 3 Messbedingungen für die Beleuchtung definiert. Diese sollen u.a.

die Fluoreszenzeigenschaften von Bedruckstoff (opt. Aufheller) und Druckfarben

(Leuchtfarben) berücksichtigen.


Bei der Messung des Remissionsgrades ist es zwar grundsätzlich egal, welches Messlicht

eingesetzt wird, da sich die Eigenschaften des Messlichtes bei Probenmessung und

Weißreferenzmessung herauskürzen. Allerdings ist wichtig, dass alle relevanten Wellenlängen

überhaupt ausreichend stark vorhanden sind, dass es überhaupt richtige Messergebnisse in

diesen Bereichen gibt.

Die hier als Messbedingungen M0, M1 bzw. M2 definierten Messlichter dürfen nicht mit den

Bezugslichtarten z.B. D50 oder D65 verwechselt werden. Die Bezugslichtarten sind

mathematisch eingerechnet, die Messlichter sind die realen Beleuchtungen auf die Proben im

Messgerät.

Für Farben bzw. Substrate ohne optische Aufheller sind die Messergebnisse der

unterschiedlichen Messmodi fast ident.

Messmodus M0

Die Messbeleuchtung entspricht etwa dem Glühlampenlicht, also Normlicht A. Der UV Anteil

ist gering und undefiniert. Diese Messbedingung war bei den meisten herkömmlichen

Messgeräten Standard, ein stärkerer Unterschied zu den Ergebnissen bei Messbedingung M1

tritt nur bei (starker) fluoreszierender Eigenschaft der Farbe bzw. des Papiers auf.

Messmodus M1

Die Messbeleuchtung entspricht etwa Normlicht D50. Der UV Anteil ist deutlich vorhanden (ca.

ab 300 nm) und genau definiert. Mit dieser Messbedingung M1 können fluoreszierende Stoffe

(z.B. Druck auf optisch aufgehelltem Papier) gemessen werden. Bei Messungen von Papier

ohne optische Aufheller sind die gemessenen Farbwerte bei M0 und M1 praktisch gleich. Die

Messergebnisse bei M1 entsprechen auch dem optischen Eindruck bei der Betrachtung unter

Normlicht D50.

Heute ist der Modus M1 Standard im Druckbereich, dies ist insbesonders bei der Messung von

Proofdrucken zu beachten. Beim Proofdruck ist besonders wichtig, dass die Bedingungen der

Messung der späteren Betrachtung unter Tageslicht entspricht.

Messmodus M2

Die Messbeleuchtung unterdrückt UV Licht („UV-cut“) durch einen UV-Filter, der nur

Wellenlängen über 400 nm durchlässt. Dies wird verwendet, um alle Einflüsse von Fluoreszenz

im Messergebnis auszuschließen. Der Modus M2 wird im Druckbereich selten verwendet.

Messmodus M3

So wie Messbedingung M2, aber es wird mit Polfilter (zwei um 90° gegeneinander gedrehte

Polfilter in den Lichtwegen) gemessen. Dadurch kommt es zur Ausschaltung der

Oberflächenreflexion an der ersten Grenzfläche (Farbe). Die Kombination mit Messlicht M3

(UV Filter) ergibt sich daraus, dass übliche Polfilter meistens UV Licht unter 400 nm zu einem

großen Teil absorbieren.

Für die Dichtemessung ist M3 der übliche Modus, die Glanzreflexion auf nassen Oberflächen

wird damit unterdrückt, die Messung wird daher im Nass- und Trockenzustand ähnliche

Messergebnisse liefern.


Datenstandard

Color Exchange Format

Zur Automatisierung von Prozessen unter Einbeziehung von Farbmesswerten ist eine

standardisierte Schnittstelle zwischen Farbmessgerätedaten erforderlich. Dazu wird von der

ISO ein einheitlicher Datenaaustauschstandard, das CxF Format (Color Exchange Format),

definiert, der unter ISO 17972 beschrieben wird. Diese CxF/X Daten werden in einer XML

Struktur ausgegeben, damit sie allgemein verarbeitbar sind. Neben den Messdaten werden in

diesen Daten auch die zugrundeliegenden Messbedingungen mitgeliefert, die für die richtige

Interpretation der Messdaten erforderlich sind.

Unter CxF3 wird Version 3.0 der CxF Daten verstanden. Das CxF3-Format (ISO 17972-4) wird in

PDF 2.0 zum Einsatz kommen, um Zusatzinformationen zu Sonderfarben (z.B. spektrale Daten,

Opazität, …) definieren zu können. Dies ist vor allem für Druckvorlagen für den

Verpackungsdruck interessant, da dort oft unkonventionelle Sonderfarben (z.B. Silber, Gold,

Metallic) zum Einsatz kommen, die ein anderes Druckverhalten haben als “normale”

Sonderfarben.

Einige Komponenten und Farbmessgeräte

Lichtquelle

Als Lichtquelle können Glühlampen (oft als Wolframdrahtlampen), Xeneonlampen (haben

relativ gut tageslichtähnliches bzw. D65 ähnliches Spektrum) oder heute auch vorwiegend

weiße LED-Lampen (bzw. kombiniert mit blauen LED) verwendet werden. Für

Spezialanwendungen gibt es weitere Lampenarten wie die Wasserstofflampe für die Messung

mit hohem UV Lichtanteil.

Die spektralen Eigenschaften der Messlichtlampe gehen in die Messung im Allgemeinen nicht

ein, es müssen lediglich alle Wellenlängen des sichtbaren Bereichs ausreichen stark und

konstant vorhanden sein. Nur bei der Messung an fluoreszierenden Proben muss das Licht der

Messung auch dem Licht entsprechen, für das die Auswertung (Brechung von XYZ) gilt, dazu

gibt es meist Filter (z.B. D65 Filter), die eine entsprechende Anpassung ermöglichen. Das

Messlicht ist allerdings für den Messmodus (M0, M1, M2 oder M3) ausschlaggebend.

Monochromator mit Spaltblende

Der Monochromator hat die Aufgabe das weiße Messlicht in die einzelnen Wellenlängen

aufzuspalten, die folgende Spaltblende wählt daraus einen kleinen Wellenlängenbereich aus,

der zur Messung verwendet wird. Heute erfolgt die Messung allerdings oft simultan für alle

Wellenlängen, dann entfällt die Spaltblende in der Form.

Die Spaltblende steuert einerseits den Wellenlängenbereich, mit dem die Messung erfolgt,

eigentlich sollte z.B. eine Messung die in Schritten von 10 nm durchgeführt wird auch einen

Durchlassbereich der Spaltblende von 10 nm haben. Aber die Spaltblende steuert ebenfalls die

Lichtintensität, die auch die Messzelle trifft, und diese muss sich oft der Messzelle anpassen.


Nebenstehende Skizze zeigt den Begriff der

Bandbreite bzw. Halbwertsbreite (HWB), also den

Wellenlängenbereich, in dem das licht

durchgelassen wird.

Als Monochromator werden Glasprismen,

Beugungsgitter oder Interferenzfilterräder

verwendet. Die Interferenzfilter basieren auf der

Reflexion an dünnen Schichten, wo abhängig von

der Dicke der aufgedampften dünnen Schicht nur

bestimmte Wellenlängen durchgelassen bzw. reflektiert werden.

Der Monochromator muss sehr genau justiert sein, da er für die richtige Zuordnung der

Wellenlängen von Remissionsgrad und Normspektralwertkurve verantwortlich ist. Bei

Fehljustierungen ergeben sich Messfehler, wodurch die Messergebnisse nicht mit anderen

Messgeräten vergleichbar sind. Um Fehljustierungen zu vermeiden, gibt es Messgeräte, in denen

bei jeder Messung eine Wellenlängenreferenz gemessen wird, und damit die genaue Justierung

softwaremäßig erfolgt.

Außer der Justierung des gesamten Monochromators ist dessen Linearität ein entscheidender

Genauigkeitsfaktor für die Messung.

Farbfilter

Die Farbfilter bei Dreibereichsgeräten sollen ein genau bestimmtes Transmissionsspektrum

haben (um die Normspektralwerte zu simulieren – Luther Bedingung). Dazu werden Filter

hintereinander aber auch nebeneinander (sog. Partialfilterung) geschaltet. Durch die Addition

aller parallelen Lichtstrahlen in der Messzelle ist die Partialfilterung möglich.

Liegen im Farbfilter Abweichungen von der Luther Bedingung vor, so sind die Messergebnisse

nicht mit anderen Geräten vergleichbar.

Weißstandard

Als Weißstandard wird gemäß Vorschlag der CIE gepresstes Bariumsulfatpulver verwendet.

Dieses hat ein Reflexionsvermögen von ca. 99% in allen Wellenlängen. Da die gepressten

Tabletten allerdings nicht sehr haltbar sind, wird oft ein Porzellanstandard als

Zwischenstandard verwendet, der wiederum am Bariumsulfatstandard geeicht wird. Die

Remissionswerte der Messung gegen Porzellan werden dann durch einen Faktor

(Remissionsgrad des Zwischenstandards gegen Bariumsulfat) in den Remissionsgrad für die

Messung gegen Absolutweiß umgerechnet.

Polfilter

Nasse Proben reflektieren an der Oberfläche viel Licht, daher dringt weniger Licht in die Probe

ein, es wird weniger diffus reflektiert. Die Messzelle erhält weniger Licht.

Erfolgt die Beleuchtung mit polarisiertem Licht (Polarisator im Strahlengang), so wird das an

der Oberfläche reflektierte Licht mit dieser Polarisationsrichtung wieder reflektiert, während

der in die Farbe eindringende Anteil durch die Vielfachstreuung innerhalb der Farbe

depolarisiert wieder austritt. Wenn nun vor der Messzelle ein senkrecht zum ersten orientiert

zweiter Polfilter geschaltet ist, denn kann durch diesen nur jenes Licht hindurch, das aus der

Farbe kommt.


Messblende

Als Messblende wird der Bereich bezeichnet, auf dem die Probe beleuchtet wird. Dieser

Bereich ist oft ein z.B. Kreis mit Durchmesser 5mm. Um am Rand Streuverluste auszuschließen

soll das Licht, das effektiv zur Messzelle gelangt aber nicht von der gesamten Messblende

kommen, sondern nur vom mittleren Bereich bis ca. 1 mm innerhalb vom Rand der

Messblende. Der Messblendendurchmesser üblicher Geräte liegt z.B. bei 3,5 mm, moderne

Geräte können aber auch mit 1,5 mm messen.

Für die Messung von Raster muss die Messblende abhängig von der Rasterweite eine bestimmte

Mindestgröße haben.

Die Beleuchtung der Probe erfolgt über eine Optik, die auch bewirkt, dass der Be reich der

Messblende gleichmäßig von der Lichtquelle ausgeleuchtet wird, und nicht die Struktur der

Lichtquelle (z.B. Glühwendel) auf die Messfläche abgebildet wird. Genauso darf der Empfänger

nicht auf die Probe abgebildet werden.

Empfänger (Messzelle, Fotozelle)

Als Messzelle werden Fotodioden oder für sehr geringe Lichtmengen auch Sekundärelektronenvervielfacher

verwendet. Heute werden auch oft CCD Zeilenchips bzw.

Diodenzeilen zur simultanen Messung mehrere Wellenlängen verwendet.

Die Messzelle ist ein entscheidender Faktor

für die Genauigkeit des Messgerätes, dazu

muss die Messzelle linear arbeiten, d.h. dass

doppelte Strahlungsleistungen wirklich auch

zu doppelten Messanzeigen führen. Bei

Mängeln in der Linearität sind die

Messergebnisse nicht mit anderen Geräten

vergleichbar.

Messbedingungen der

Farbmessung

Der Weißbezug bei der Farbmessung ist immer das Absolutweiß bzw. ein bekannter

Weißstandard.

Die Farbmessung wird normalerweise auf einer schwarzen Messunterlage durchgeführt,

dadurch kann eine eventuell bedruckte Rückseite keine verfälschenden Reflexionen

verursachen. Zu beachten ist, dass durch die schwarze Unterlage ein Teil des Messlichtes auf

der Papierunterseite absorbiert wird, die Messergebnisse sind daher auch von der Opazität des

Papiers ab.

Für Testcharts werden zumeist Messungen mit einer weißen Messunterlage verlangt. Bei

Verwendung einer weißen Messunterlage sind die Messergebnisse unabhängig von der

Opazität bzw. von der Papierstärke.


Bei stärkeren Papieren und Karton ab flächenbezogener Masse von 170 g/m2 soll grundsätzlich

mit weißer Unterlage gemessen werden, da hierbe die Rückseite nicht mehr relevant

durchscheint.

Die Farbmessung erfolgt fast immer ohne Polarisationsfilter im Lichtweg. Lediglich bei der

Messung von hochpigmentierten Farben oder speziellen Sonderfarben kommt es zur

Farbmessung mit Polfilter zur Minderung des Glanzeffektes.

Die Bezugslichtart ist bei der Farbmessung im Druck meist D50, wobei dies nicht unbedingt das

physikalisch verwendete Messlicht sein muss. Der Messmodus gibt die real verwendete

Lichtquelle der Messung an, für die Farbmessung in der Drucktechnik wird heute meist

Messmodus M1 verwendet.

Als Messgeometrie wird 45/0 oder 0/45 verwendet. Bei der Geometrie 45/0 (Beleuchtung

unter 45°) ist eine Ringspiegelbeleuchtung günstig, um das Messlicht aus allen Richtungen auf

die Probe zu senden. Damit kann eine Abhängigkeit der Messung von der Lage des

Messgerätes auf der Messfläche ausgeschlossen werden.

Die Messblende, also der Durchmesser des beleuchteten Messfleckes sollte bei

Rastermessungen mindestens 3 mm betragen, um einen sinnvollen Mittelwert von vielen

Rasterpunkten zu messen.

Vergleich zwischen Messgeräten

Früher waren die Farbmessgeräte nicht genau genug, um die Messergebnisse verschiedener

Geräte untereinander zuverlässig vergleichen zu können. Man konnte nur zuverlässige

Vergleichsaussagen über Messungen treffen, die alle mit demselben Messgerät durchgeführt

wurden. Heutige Geräte erlauben auch eine Absolutangabe der Ergebnisse, allerdings müssen

die Geräte dazu regelmäßig an unabhängigen Standards überprüft werden.

Man benötigt Referenzfarbproben, deren Farbwerte (Sollwerte) bekannt sind, und sich im Lauf

der Zeit nicht ändern (Porzellan oder Emailkacheln). Nach Messung der Referenzfarben werden

die Geräteabweichungen dann relativ zu den Sollwerten angegeben.

Sollen Messgeräte ohne Referenzfarbprobe untereinander verglichen werden, so muss bei

mehreren Geräten ein Referenzgerät (das genaueste Messgerät) gewählt werden, und die

Ergebnisse anderer Messgeräte mit diesem zu vergleichen.

Es sollen zur Prüfung von Messgeräten mehrere Proben gemessen werden, wobei zumindest

drei Graustufen (hell, mittel dunkel) sowie sechs Grundfarben (C,M,Y, R,G,B) gemessen werden

sollen.

Die Messergebnisse werden dann z.B. für Lab angegeben und E ausgewertet. Aus der mittleren

Abweichung ΔE kann auf die Unterschiedlichkeit der Messergebnisse geschlossen werden.


Relative Summenhäufigkeit

Bei mehreren Prüfungen der Farbabweichung ΔE ist eine statistische Darstellung der

Abweichungen üblich, wobei auf

der Abszisse die Abweichungen ΔE

und auf der Ordinate die relative

Summenhäufigkeit (oder

kumulative relative Häufigkeit)

dieser Abweichungen ΔE der

Einzelmessungen aufgetragen wird.

Die Häufigkeitsangabe erfolgt

üblicherweise in %, man muss also

die Anzahl der Messungen auf 100

% beziehen.

Man kann daraus ablesen, wie

häufig die Abweichungen eine

bestimmte ΔE Größe unterschreiten.


Besondere Messverfahren

Messung fluoreszierender Proben

Fluoreszierende Proben sind solche, bei denen ein Teil der Energie des eingestrahlten Lichtes

im UV Bereich in abgestrahltes Licht im sichtbaren Bereich umgewandelt wird, sie werden

aufgrund der Lichtabstrahlung auch lumineszierende Proben genannt. In nachfolgendem

Diagramm wird dies durch die Verschiebung des Bereichs A in den Bereich C dargestellt,

wodurch die Gesamtremissionskurve C (Kurve B ist die Remission ohne Fluoreszenz) sogar auf

Remissionsgrade über 100 % kommt. Dies ist nicht eine Verletzung des Energiesatzes, sondern

die Energie kommt eben aus dem UV Bereich.

100%

R

C

B

50%

A

C

0%

350

450 550 650

nm

Für die Messung fluoreszierender Proben muss natürlich UV-Licht auf die Probe gelangen,

daher können hierzu nur polychromatische Spektralphotometer (bzw. auch

Dreibereichsmessgeräte) eingesetzt werden. Überdies müssen diese Messgeräte im UV-

Bereich ein Lichtspektrum haben, das genau dem Spektrum der Bezugslichtart (also meist

D50) entspricht. Normalerweise sind die Messgeräte nicht mit D50 Lampen ausgestattet,

allerdings kann man auch durch spezielle Filtervorsätze bei den Messgeräten die D50

Charakteristik (bzw. andere wie D65) herstellen.

Um die Fluoreszenz nicht in der Messung zu berücksichtigen, kann mit vorgeschalteten UV-

Filtern gemessen werden, dann kommt kein UV-Licht auf die Probe und somit kommt es nicht

zu der Fluoreszenz im sichtbaren Bereich. Diese UV-Filter sind bei vielen Messgeräten

verfügbar. Teilweise schneiden auch Polfilter den UV Anteil ab, weswegen diese manchmal

dazu empfohlen werden.

Um rasch zu prüfen, ob ein fluoreszierender Anteil in der Remission vorliegt, wird die Probe mit

zwei verschiedenen Lichtquellen mit unterschiedlichem UV-Gehalt gemessen. Die Bezugslichtart

D50 muss aber gleich sein! Falls bei der Messung ein deutlicher Unterschied (durch ΔE

abschätzbar) herauskommt, so ist ein fluoreszierender Anteil vorhanden.

Fluoreszenz kommt jedenfalls sehr oft im Papier vor, da dieses durch fluoreszierende

Weißmacher, die UV-Lichtenergie im blauen Bereich reflektieren weißer gemacht wird.

Fluoreszierende Proben sollten nur mit der Messgeometrie 45°/0° oder 0°/45° gemessen werden,

da bei Messung mit der Ulbrichtkugel systematische Messfehler durch die Lichtabstrahlung

auftreten.


Aufhellungsgrad

Da heute oft optische Aufheller im Papier verwendet werden, wird zur Prüfung der

Aufhellungsgrad oder OBA-check (OBA = optical brightening agents) definiert. Hierbei wird die

Differenz des b-Wertes bei der Papiermessung (Farbmessung auf unbedruckter Stelle)

zwischen Messmodus M1 und Messmodus M2 (also ohne UV-Licht) angegeben, man schreibt

auch Δb (M2-M1).

Dieser Aufhellungsgrad beträgt bei wenig optischen Aufhellern ca. 1 und bei stark aufgehellten

Papieren bis ca. 10. Bei der Messung von Bedruckstoffen ohne optische Aufheller sollte der

Wert 0 sein.

Diese Messwerte dienen auch zur Einteilung der Papiersorten in 4 sogenannte

Aufhellungsstufen (schwach, gering, mäßig, stark).

In der Papierindustrie ist ein ähnlich definierter Aufhellungsgrad ΔB (UV/UV ex) üblich. Dieser

Aufhellungsgrad ist in der Norm ISO 15397 „Drucktechnik – Kommunikation der Eigenschaften

des Druckpapiers“ erläutert.

Weißgrad

Da besonders im Bereich der Qualitätskontrolle des Papiers Weiß eine wichtige Rolle spielt,

wurde das Maß „Weißgrad“ eingeführt. Allerdings gibt es verschiedene Definitionen von

Weißgrad.

Die Angabe des Weißgrades hat den Vorteil gegenüber der Angabe der Farbmaßzahlen, dass

die Beurteilung anhand von einer einzigen Zahl erfolgen kann. Außerdem sind im Bereich des

Weißpunktes die Farbangaben sehr schwer zu bestimmen, da die geringe Sättigung kaum

eindeutige Farbtonangaben erlaubt.

Eine einfache Angabe des Weißgrades wäre durch die Angabe der Helligkeit Y oder durch L.

Dabei werden allerdings Farbstiche nicht berücksichtigt. Daher gibt es Weißgradformeln, die

auch die anderen Farbmaßzahlen einbeziehen.

CIE-Weißgrad: Dieser Weißgrad ist aus den Normfarbwertanteilen zusammengesetzt und

berücksichtigt die Abweichung vom Idealweiß:

W = Y + 800(

x − x)

+ 1700(

y − y)

n

n

x n und y n sind die Weißpunktkoordinaten des Absolutweiß für die jeweilige verwendete

Bezugslichtart. Wichtig ist, dass hier der Weißgrad meist auf D65 bezogen wird, außerdem wird

der Beobachterwinkel von 10° zugrunde gelegt. Bei einer Messung ist Beobachterwinkel und

Bezugslichtart unbedingt anzugeben.

ISO-Weißgrad (ISO Brightness, Tappi-Brightness) ist ein Maß der Helligkeit bei einer

bestimmten Filterkennlinie (Tappi-Filter, der den Transmissionsschwerpunkt im gelblichen

Bereich hat)

Weißgrad nach Berger, (auf XYZ Farbwerten

basierend):


Weißgrad nach Stensby (auf Lab basierend):

Es gibt eine Reihe weiterer Weißgradangaben, Weißgrad nach ASTM Norm E313, etc.

Opazität

Die Opazität gibt an, wie sehr das Papier durchscheinend ist, sie ist in der ISO 2471 definiert.

Zur Messung der Opazität wird das Verhältnis des diffusen Reflexionsfaktors des Probeblattes

auf einer schwarzen Unterlage (bb) zur Messung auf einem Stapel des Prüfpaiers (sb)

angegeben. Dieses Verhältnis, also die Opazität des Papiers wird in % ausgewiesen.

Für die Messung des diffusen Reflexionsfaktors ist eine Ulbricht-Kugel erforderlich, es wird

aber auch bei Messgeräten der Messgeometrie 0/45 die Opazität als Funktion angeboten.

Glanzmessung

Für Farben, die besondere Glanzeffekte aufweisen

sollen, wie Metallic- und Perleffektfarben sowie für

den Glanz von Papier und Veredelungen bei

Druckprodukten (Lackierung, etc.) werden eigene

Glanzmessgeräte verwendet.

Ein Ganzmessgerät misst die Reflexion in

Messgeometrien, bei denen die Winkel der

Beleuchtung und der Messung gleich sind, so dass

die spekulare Reflexionen in verschiedenen

Richtungen erfasst wird. Es werden die Winkel 20°,

60° und 85° verwendet, wobei für mattglänzende

Flächen 85°, für mittelglänzende Flächen 60° und für hochglänzende Flächen 20° gelten.

Das Messverfahren ist in DIN EN ISO 2813, DIN 54502 bzw. EN ISO 8254 angegeben.


Das Ergebnis der Glanzmessung wird in Glanzeinheiten (GU) angegeben, die zwischen 0

(Messung an nicht glänzendem schwarzem Samt) und 100 (Messung am Glanznormal –

Schwarzglasplatte) liegen. Manchmal werden die Glanzeinheiten auch in % angegeben, was

aber eigentlich nicht richtig ist. Stärker reflektierende Gegenstände wie z.B. Spiegel zeigen

einen Glanzwert von weit über 100 Glanzeinheiten.

Vor der Glanzmessung erfolgt die Kalibrierung des Glanzmessgeräts auf das Glanznormal

(Schwarzglasplatte, Quarzkristall).

Die spektrale Bewertung der verschiedenen Wellenlängen erfolgt nach der

Hellempfindlichkeitsfunktion des Auges V(λ).

Verschiedene Proben dürfen nur dann verglichen werden, wenn ihr Hellbezugswert Y der

Farbschicht (etwa) gleich ist.

Bei der Bestimmung des Glanzes von Papier wird dieser in Maschinenrichtung und quer dazu

gemessen und gemittelt. Bei lackierten Drucken wird der Glanz quer zur Druckrichtung

gemessen. Glanzwerte von 85 Glanzeinheiten sind gute Ergebnisse der Lackierung.

Als Glanzschleier wird der Unterschied des Glanzwertes bei 60° und 20° verstanden.


Sonderfarbenmessung - SCTV

Tonwerte von Sonderfarben werden gemäß ISO-Norm 20654 gemessen, hierbei wird nicht die

Murray-Davies Formel angewendet, sondern eine eigene Formel zur Angabe der

Flächendeckung eines Rasterfeldes (t-Wert in %). Diese Werte werden Sonderfarben Tonwerte

SCTV genannt.

Es werden dabei die XYZ Werte für Rasterfeld (Index t), Volltonfeld (Index s) und Papierweiß

(Index p) verwendet. Die f-Werte sind (X/Xn)^(1/3) bzw. analog für YZ.

Goniometer

Mit Goniometern (Goniospektralphotometern) wird die Reflexion in verschiedene

Raumrichtungen erfasst. Dies ist

bei der Beurteilung von

Metalliceffekten, etc. besonders

wichtig.

Die Beleuchtung erfolgt unter 45°

und die Messung in

verschiedenen Messwinkeln.

Farbrezeptberechnung

Mit Hilfe der Farbmesstechnik können auch Farbrezepte für die Mischung bestimmter Farben

(Schmuckfarben) aus bestimmten Grundfarben ermittelt werden. Es ist hierzu die

spektralfotometrische Messung der Grundfarben (meist CMYK) in verschiedenen

Flächendeckungsgraden bzw. Transparentweißausmischungen (in 5% Schritten – dies wird

auch Eichreihe genannt) und die spektralfotometrische Messung der zu mischenden Farbe

sowie des Bedruckstoffes erforderlich.

Bei der (subtraktiven, materiellen) Farbmischung gilt grundsätzlich wie bei der additiven

Farbmischung, dass aus 3 Grundfarben die anderen Farben gemischt werden können.

Allerdings reicht bei der subtraktiven Mischung nicht die Kenntnis der Farbmaßzahlen XYZ aus, um

die Mischung zu errechnen, man benötigt die Spektralkurve (Remissionskurve). Um nun eine

Vorlagenfarbe nachzumischen, muss man aber auch noch die richtigen 3 Grundfarben auswählen,

damit eine Mischung möglich ist. Daher ist insgesamt ein Satz aus 12 Grundfarben erforderlich, um

für alle Vorlagenfarben die richtigen 3 Grundfarben auswählen zu können, die die richtige

Mischung ergeben können.

Um Farbrezepte zu erstellen, werden daher 3 Grundfarben und ein zu bedruckendes Substrat

(Papier) ausgewählt.

Es wird dann von einem Computerprogramm die erforderliche Mischung der Grundfarben

spektral berechnet. Als Ergebnis wird das Mischungsverhältnis der Grundfarben angegeben,

weiters der Farbabstand dieser Mischfarbe zu der gewünschten Vorlagenfarbe angegeben.


Die Nachmischung ist dann bei einer bestimmten Beleuchtungsart sehr ähnlich oder gleich der

Vorlagenfarbe. Für eine andere Beleuchtungsart (Bezugslichtart) besteht aber ein größerer

Farbunterschied. Die Differenz der Farbunterschiede zwischen der Grundbeleuchtung (z.B. D 50

oder D65) und einer anderen Beleuchtung wird als Metamerie-Index für die Nachmischung

angegeben.

Als Richtwert für die zulässige Toleranz zwischen Vorlagenfarbe und Mischfarbe kann ein

mittlerer ∆E Wert von 5 angenommen werden.


Dichtemessung (Densitometrie)

Allgemeines

Die optische Dichte ist ein Maß für die Reflexion des Lichtes (Auflichtdichte) oder für die

Transmission des Lichtes (Durchlichtdichte).

Aufgrund des Weber-Fechner Gesetzes besteht für die Sinnesorgane ein allgemeiner

Zusammenhang zwischen einem physikalischen Reiz und der menschlichen Empfindung der

logarithmisch ist. Für das Auge bedeutet dies, dass in Dunkelheit geringe Lichtveränderungen

wahrnehmbar sind, bei großer Helligkeit aber nicht.

Formal ist die Dichte daher folgendermaßen definiert:

1

D = log

R

= −log

R

Hierbei ist R der Remissionsgrad als Verhältnis von Reflexion an der bedruckten zur

ungedruckten Fläche, also zum Bedruckstoff (i.A. Papierweiß).

Man muss aber noch beachten, dass Licht Wellenlängen zwischen 380 nm und 780 nm

beinhaltet, die Messzellen aber auch auf andere Elektromagnetische Wellen reagieren. Für die

Dichtemessung werden daher nur die Wellenlängen des sichtbaren Lichtes herangezogen.

Die Messung der Dichte ist also eigentlich wieder eine Messung des Remissionsgrades. Bei der

Farbmessung wurde der Remissionsgrad wellenlängenabhängig mit den 3

Normspektralwertkurven multipliziert, um 3 Farbwerte zu erhalten. Bei der Dichtemessung

erfolgt ebenfalls eine wellenlängenabhängige Bewertung, aber es wird nur ein Dichtewert,

entweder für Schwarz oder für eine Farbdichte (C, M, Y) angegeben. Die Dichtemessung kann

daher nur über den Farbauftrag einer Farbe Auskunft geben und nicht über den Farbort.

Schwarzdichtemessung

Die einfache Dichte meint die Berücksichtigung des Wellenlängenbereiches zwischen 380 nm

und 780 nm, also des menschlichen Sehbereiches. Reflexionen außerhalb des menschlichen

Sehbereiches (z.B. UV und IR) werden nicht berücksichtigt.

Bei der Schwarzdichtemessung wird nicht nur der Wellenlängenbereich auf den sichtbaren

Bereich eingeschränkt, sondern es erfolgt auch eine Bewertung der Reflexionen einzelner

Wellenlängen entsprechend der Hellempfindlichkeitsfunktion des Auges V(). Dies ist im Filter

der Schwarzdichtemessung berücksichtigt.

Farbdichtemessung

Während die Schwarzdichtemessung unter Berücksichtigung der Hellempfindlichkeitsfunktion

des Auges erfolgt, erfolgt bei der Farbdichtemessung eine Bewertung der Wellenlängen gemäß


bestimmter Filterkennlinien, die in der ISO 5 (früher in DIN 16536-2) vorgegeben sind (z.B.

Status E Filter). Diese Filterkennlinien entsprechen den Filterfarben Rot, Grün, Blau als

Komplementärfarben zu den Prozessfarben Cyan, Magenta, Yellow.

In herkömmlichen Farbdensitometern wurde jeweils durch einen Filter gemessen, also z.B. für

die Messung der Magenta-Dichte wurde ein Grünfilter in den Lichtweg geschaltet. Die

physikalische Eigenschaft der Farbe Magenta ist ja die Absorption im Grünbereich.

Spektraldensitometer sind Geräte, die den Remissionsgrad für alle Wellenlängen messen und

daraus durch Multiplikation mit den Transmissionskurven der Dichtefilter die Dichte rechnerisch

ermitteln. Bei diesen Spektraldensitometern ist es auch möglich, Spitzendichtewerte für einzelne

Wellenlängen anzugeben, dies wird manchmal zusätzlich angegeben.

Übliche Farbfilter sind:

Status E Filter: Breitbandfilter für C,

M, Y, angewendet in Europa

Status I Filter: Schmalbandfilter für

Einzelfarbenmessung, misst nur

einzelne Wellenlängen der

Komplementärfarben Rot (625 nm),

Grün (535 nm) und Blau (430 nm).

Status T Filter: entsprechende der

ANSI Norm für Nordamerika, sowohl

für Transmissionsdichtemessung als

auch für Reflexionsdichtemessung

möglich.

Messbedingungen bei der Dichtemessung

Die Dichtemessung wird auf einer schwarzen Unterlage durchgeführt, dadurch kommt es zu

keinen Verfälschungen durch eine bedruckte Rückseite.

Der Weißbezug bei der Dichtemessung ist immer das Weiß des Bedruckstoffes, da bei der

Dichtemessung nicht die absolute Farbe, sondern der Farbauftrag am Bedruckstoff gemessen

werden soll.

Die Dichtemessung erfolgt fast immer mit zugeschalteten Polarisationsfiltern im Lichtweg.

Dadurch werden Oberflächenreflexionen aus dem Messlicht entfernt, es wird nur das Licht

gemessen, das in die Farbschicht eingedrungen ist. Durch den –Wegfall der

Oberflächenreflexion im Messlicht wird der Zusammenhang zwischen Dichte und Schichtdicke

auch in einem größeren Bereich linear. Ab einer größeren Schichtdicke kommt es zu keiner

Steigerung der Dichte, die Dichte bleibt dann trotz größerer Schichtdicke konstant. Die

Messung mit Polfilter entspriche dem Messmodus M3, also dem Messlicht M1 mit

Polfilterzuschaltung.


Durch die Verwendung der Polfilter

hat die Oberflächenreflexion

weniger Einfluss auf das

Messergebnis, damit ist auch der

Einfluss einer noch feuchten

Oberfläche geringer. Die Messung

im Nass- und Trockenzustand führt

zu gleicheren Werten.

Als Messgeometrie wird 45/0 oder

0/45 verwendet. Bei der Geometrie

45/0 (Beleuchtung unter 45°) ist

eine Ringspiegelbeleuchtung

günstig, um das Messlicht aus allen Richtungen auf die Probe zu senden. Damit kann eine

Abhängigkeit der Messung von der Lage des Messgerätes auf der Messfläche ausgeschlossen

werden.

Die Messblende, also der Durchmesser des beleuchteten Messfleckes sollte bei

Rastermessungen mindestens 3 mm betragen, um einen sinnvollen Mittelwert von vielen

Rasterpunkten zu messen.

Anwendung der Dichtemessung

Die Ergebnisse der Dichtemessung werden auf 2 Nachkommastellen (Hundertstel) angegeben.

Damit ergibt sich eine Genauigkeit, die bei mehreren Messungen durchaus die

Messunsicherheit erkennen lässt.

Die Dichtemessung eignet sich zur Beurteilung des Farbauftrages, daher eignet sich die

Dichtemessung zur Steuerung der Farbwerke in Druckmaschinen.

Die Dichtemessung wird auch zur Bestimmung der Flächendeckung in Rasterfeldern

verwendet. Dies erfolgt durch die Messung der Rasterdichte D Raster und der Volltondichte

D Vollton unter Berücksichtigung der Dichte des Bedruckstoffes D Bedruckstoff. Die Dichte des

Bedruckstoffes ergibt sich bei Kalibrierung auf den Bedruckstoff (Papierweiß) zu Null . Mit der

Murray Davies Formel kann daraus die Flächendeckung FD berechnet werden. Moderne

Densitometer berechnen diese automatisch.

FD = 10−D Bedruckstoff

− 10 −D Raster

10 −D Bedruckstoff

− 10 −D Vollton = 1 − 10−D Raster

1 − 10 −D Vollton

Bei der üblichen Kalibrierung der Dichtemessung auf Papierweiß ergibt sich die Dichte des

Bedruckstofes zu Null.


Da die Flächendeckung

leicht gemessen werden

kann, kann damit auch die

Druckkennlinie und somit

der Tonwertzuwachs beim

Druck mit Densitometern

bestimmt werden.

Der Tonwertzuwachs ergibt

sich teilweise aus der

Pressung bei der

Farbübertragung und

großteils aus dem

Lichtfang, also der

optischen

Punktverbreiterung an den

Rändern jedes

Rasterpunktes.

Der Lichtfang ergibt sich

aus dem Unterstrahlen der Rasterpunkte, die auch eine gewisse Tiefe haben, da die Farbe sich

ins Papier einsaugt. Der Lichtfang ist umso größer, je mehr Übergänge zwischen Stellen mit

und ohne Farbe sind. Daher liegt beispielsweise im stochastischen Raster meist ein größerer

Lichtfang als im autotypischen Raster vor.


Theoretische Aspekte des Farbdruckes

Rasterdruck – Optimalfarben

Die Fülle an Farben wird in vielen Druckverfahren durch die Farbmischung weniger

Grundfarben erzeugt. Da die Farbschichtdicke im Druck nicht einfach

steuerbar ist (z.B. beim Offsetdruck nur in begrenztem Ausmaß)

werden Halbtöne durch Verwendung von Rasterungen ermöglicht. Im

Rasterdruck liegen unterschiedlich große Rasterpunkte teilweise

übereinander und teilweise nebeneinander auf dem reflektierenden

Bedruckstoff. Üblicherweise wird mit 4 Grundfarben gedruckt: Cyan

(C), Magenta (M), Yellow (Y) und Schwarz, das Key (K) genannt wird.

Warum gerade diese Farben als Grundfarben verwendet werden soll

hier begründet werden.

Die im Auge wirksame Farbe kommt dadurch zustande, dass die Druckfarbenschichten

beleuchtet werden und durch die Farbstoffmoleküle der Druckfarbe bestimmte Wellenlängen

mehr oder weniger absorbiert (Strahlungsenergie wird

in Wärmeenergie umgewandelt) werden, das

verbleibende Licht geht durch die Druckfarbenschicht

durch und wird vom (meist weißen) Bedruckstoff zum

Betrachtererauge reflektiert. Bei mehreren

Farbschichten wird entsprechend mehr absorbiert.

Beim meist verwendeten sogenannten autotypischen Raster (auch amplitudenmodulierter

Raster genannt) sind die Rasterpunkte in gleichem Abstand

(Rasterfrequenz) aber unterschiedlicher Rasterpunktgröße

(Flächendeckung) gedruckt. Die Anordnung der Rasterpunkte

unterschiedlicher Farben erfolgt in unterschiedlichen Rasterwinkeln,

sodass die Punkte einzelner Grundfarben durchgemischt mehr oder

weniger übereinander liegen. Eine Veränderung der Passerlage der

Grundfarben führt zu einer zwar veränderten Lage, aber

durchschnittlich liegen wieder gleich viele Punkte übereinander.

Wenn Flächen der Rasterunkte teilweise übereinander liegen, so

kommt es aus jeder Farbschicht zu bestimmten Absorptionen

(wellenlängenabhängig). Durch jede zusätzliche Schicht wird die

Intensität verringert, man spricht daher von subtraktiver

Farbmischung. Wenn nun die einzelnen unterschiedlich

absorbierenden Bereiche ihre Lichtenergien gemeinsam ins Auge

strahlen, so kommt es im Auge die zur gemeinsamen Anregung der

Zapfen, man spricht von additiver Farbmischung. Diese

Kombination aus subtraktiver und additiver Farbmischung wird

auch autotypische Farbmischung genannt.

Ein sinnvoll großer Farbraum entsteht dabei nur, wenn von den

einzelnen Grundfarben nicht zu viel absorbiert wird, daher machen

R, G, B als Grundfarben wenig Sinn, da zwei von diesen

übereinander alles absorbieren, also annähernd Schwarz ergeben. Als Grundfarben werden


daher Farben verwendet, die grob 2/3 des sichtbaren Spektrums durchlassen und nur 1/3

absorbieren, diese werden zwei-Drittel Farben genannt und sind C, M, Y. In nebenstehendem

Spektraldarstellung sind die Bereiche der Absorption und der Transmission nur blockweise

schematisch dargestellt. Man kann aber den optimalen Spektralverlauf finden.

Optimale Grundfarben sollen einen möglichst großen Farbraum (viele mögliche Mischfarben)

bilden und keine Farbveränderung zeigen, wenn sich die Lage der Rasterpunkte verändert. Es

soll also dieselbe Farbe erscheinen, wenn zwei Rasterpunkte nebeneinander (rein additive

Mischung) oder übereinander (rein subtraktive Mischung) liegen. Der bekannte Physiker Erwin

Schrödinger konnte zeigen, dass diese optimalen Grundfarben (Optimalfarben) bestimmte

Remissionskurven haben, die in einigen Wellenlängenbereichen 100% absorbieren und in den

anderen Wellenlängenbereichen 100% transparent sind, also nichts absorbieren. Diese Farben

werden Optimalfarben mit Namen Kurzendfarbe, Langendfarbe und Mittelfehlfarbe

bezeichnet, ihre Sprungstellen liegen bei 495 nm und 575 nm, sie sind nachstehend

schematisch dargestellt. Diese bilden den größten möglichen Farbraum bei der autotypischen

Farbmischung. Reale Pigmente versuchen diesen Optimalfarben möglichst nahe zu kommen,

erreichen diese allerdings bei weitem nicht, die Farbräume des Offsetdruckes sind daher

immer Sechsecke. Farbwerte der Farben, die additiv gemischt werden, also C+M+Y+R+G+B

bilden im linearen xy-Farbraum die Ecken des Farbraumes.

R

Kurzendfarbe Langendfarbe Mittelfehlfarbe

R

R

Mit diesen Optimalfarben ergibt sich der Farbraum des Druckes idealisiert als Dreieck, wobei in

der Skizze die Optimalfarben mit deren realen Entsprechungen, also Kurzend als Cyan, Langend

als Yellow und Mittelfehl als Magenta bezeichnet werden. Mit realen Druckfarben (CMY) sind

R, G, B näher beim Weißpunkt (mittlerer Punkt), dies ist in der angegebenen Schemaskizze

orange dargestellt.


Mehrfarbendruck – Schwarzaufbau - Multicolordruck

Mit den Druckfarben Cyan, Magenta, Yellow können grundsätzlich alle Farben durch

Übereinanderdruck gemischt werden. Wird nur eine Farbschicht mit den Grundfarben (CMY)

gedruckt, spricht man von Primärfarben, werden zwei übereinander gedruckt, spricht man von

Sekundärfarben, diese ergeben die Farbtöne Rot, Grün, Blau. Drei Farben übereinander

werden Tertiärfarben genannt, die Farbe ergibt sich je nach Farbschichtdicken, bei gleichen

Farbschichtdicken ergibt sich Grau.

Schwarz kann durch hohe und gleiche Farbschichtdicken annähernd erreicht werden. Da durch

die 3 Schichten aber der Farbverbrauch recht hoch ist wird Schwarz als eigene Druckfarbe

verwendet. Dies auch weil Schwarz in Druckprodukten (Text) besonders häufig ist, weil die

schwarze Druckfarbe billiger als die farbigen Druckfarben ist und weil ein geringerer

Gesamtfarbauftrag (Farbmenge von C+M+Y+K) auch weniger Feuchtigkeit aufs Papier bringt.

Außerdem ist bei der Mischung von CMY zu Schwarz die Graubalance nicht automatisch erfüllt,

bei Druck mit der eigenen Druckfarbe K schon.

Es werden daher die Farbanteile CMY um einen bestimmten Wert reduziert und dafür durch

Schwarz K ersetzt, dies kann in geringem oder stärkerem Ausmaß erfolgen, daher gibt es

unterschiedliche Varianten des Schwarzaufbaues. Diese werden UCR (Under Color Removal),

GCR (Grey Componment Replacement) bzw. UCA (uncer Color Addition) bezeichnet, je

nachdem wie viel und bei welchen Farbtiefen (überall oder nur in dunklen Stellen) die

Ersetzung durch K erfolgt. Je nach Druckverfahren erweisen sich unterschiedliche

Schwarzaufbauarten als besser oder weniger geeignet.

Um den Farbraum gegenüber

dem 4C (4 Farben CMYK) Druck zu vergrößern, können neben den Grundfarben C, M, Y noch R,

G, B als Druckfarben zusätzlich verwendet werden, dies wird auch Multicolordruck genannt.

R,G,B werden also nicht durch Übereinanderdruck von C,M,Y (subtraktive Farbmischung),

sondern durch eigene Druckfarben realisiert. Die Variante mit den zusätzlichen Farben Orange

und Grün wird Hexachrome (6-Farben) genannt.

Eine besondere Herausforderung beim Mehrfarbendruck ist die Farbseparation, also die

Aufteilung der Gesamtfarbe auf die Druckfarben. Jede Farbe ist durch 3 Farbwerte eindeutig

festgelegt, die Aufteilung auf 3 Grundfarben (C, M, Y) ist daher eindeutig. Werden mehr als 3

Grundfarben für die Mischung verwendet, müssen zusätzliche Angaben zur Aufteilung auf

diese Farben (Farbseparation) gemacht werden. Dies ist bereits bei der Farbe Schwarz (K) der

Fall, es muss hierbei angegeben werden, wie stark Schwarz statt dem Zusammendruck von


C+M+Y eingesetzt werden soll, dies wird Schwarzaufbau bzw. dessen Varianten genannt. Bei

weiteren Buntfarben sind entsprechende Algorithmen in der Separationssoftware

(Farbmanagement) vorhanden, um durch die zusätzlichen Farben einen möglichst großen

Farbraum (also mit möglichst gesättigten Farben) zu erzielen.

Berechnung der Farbwerte von Rasterflächen

Wenn die Grundfarben bekannt sind, können die Farbwerte der Mischfarben auch berechnet

werden. Die subtraktive Farbmischung kann nur bei Kenntnis der Remissionskurven berechnet

werden, die additive Farbmischung aber auch bei Kenntnis der 3 Farbwerte. Sind also die

subtraktiven Mischungen, also Übereinanderdruckfarben bereits bekannt, so kann der

Gesamtfarbwert aus den gegebenen Grundfarben mit verschiedenen Flächendeckungen

berechnet werden. Die Berechnungsformeln werden Neugebauer-Gleichungen genannt.

Die Formel stellt eine Addition der Farbwerte dar, wobei diese mit der jeweiligen

Flächendeckung gewichtet werden. Die Flächendeckungen der Farben ergeben sich wegen der

statistischen Durchmischung der Rasterpunktlagen aus der Wahrscheinlichkeitsrechnung. Die

bekannten Flächendeckungen liegen für CMY vor, diese sind in folgender Gleichung mit a c, a m,

a y bezeichnet. PW meint hier den weißen Bedruckstoff, DFS den Übereinanderdruck, der

ungefähr Schwarz ergibt.

Schwarz als eigene Druckfarbe ist hier nicht berücksichtigt. Wird Schwarz (K) noch

berücksichtigt, werden alle 8 Kombinationen noch mit K kombiniert, es kommt alsio allgemein

zu 16 Teilfarben.

Als Berechnungsformel ergibt sich für die Farbwerte X,Y,Z:

8 bzw.16

8 bzw.16

8 bzw.16

X = ∑ X i ⋅ f i Y = ∑ Y i ⋅ f i Z = ∑ Z i ⋅ f i

i=1

i=1

Wobei i für alle Teilfarben (C,M,Y,R,G,B,PW,DFS) steht.

i=1

Es gibt Verbesserungen dieser Gleichungen, wobei die

Ränder der Rasterpunkte als eigene Farben (mit geringerer

Schichtdicke) berücksichtigt werden, wie in dem

nebenstehenden Bild schematisch dargestellt ist.

Eine weitere Verbesserung der Neugebauergleichungen ist möglich, wenn statt der Farbwerte

die einzelnen Remissionskurven (wellenlängenabhängig) in die Rechnung eingehen. Aus den so

ermittelten gesamten Remissionskurven können dann die Farbwerte X,Y,Z errechnet werden.


Grundlagen des Farbmanagements

Allgemeines

Ziel des Farbmanagements ist eine farbrichtige Darstellung in allen Produktionsschritten bzw.

auf allen Ausgabegeräten. Dies wurde früher durch die genaue Abstimmung der Geräte

aufeinander erreicht. Heute sind die Geräte der Produktionskette austauschbar, durch die

richtige Gerätedefinition (Profile) ist aber eine Abstimmung durch Farbmanagement möglich.

Um Farben ein oder auszugeben, sind technische Geräte wie Scanner, Monitor oder Drucker

erforderlich. Diese Geräte benötigen jeweils eine spezielle Ansteuerung, so dass die Farben

entstehen. Diese Ansteuerungen sind die geräteabhängigen Farbräume, beim Monitor z.B.

RGB. Für jeden einzelnen Monitor ist das ein eigener, anderer RGB Farbraum. Was unter dem

R, dem G und dem B dieses geräteabhängigen Farbraumes verstanden wird, das ist ohne

Farbmanagement dem Anwender unbekannt.

Die internationale Gruppe, der alle großen Unternehmen der graphischen Industrie angehören

ist das International Color Consortium – ICC, das die Standardisierung der

Farbmanagementsoftware vorgenommen hat.

Farbeinflussfaktoren

Die verschiedenen Geräte ergeben Farben je nach Einstellung bzw. Vorliegen der wesentlichen

Farbeinflussfaktoren. Bei Abweichungen dieser Faktoren kommt es auch zu

Farbschwankungen.

Monitor

Der Röhrenmonitor hat 3 Primärfarben (Phosphate), die durch den Elektronenstrahl angeregt

werden. Die Farborte der Primärfarben sind für die möglichen Sättigungen und Helligkeiten

von der spektralen Schärfe der Primärfarbenkurve abhängig. Die Ansteuerung wird durch den

Gammawert charakterisiert, wobei die Gammawerte vom Betriebssystem kompensiert und auf

Standardwerte (z.B. 2,2 bei Windows) einstellbar sind. Der Gammawert ist der Exponent, der

den Zusammenhang zwischen Eingangssignal (Ansteuerung R,G,B) und den entstehenden

Ausgangssignal (Primärfarbenhelligkeiten) angibt.

Ausgang = Eingang Gamma

Heute sind auch LCD Monitore schon so weit, dass die für farbverbindliches Arbeiten

eingesetzt werden können.

Druckmaschine / Drucker

Die Druckmaschine erstellt Farben aus dem Zusammenspiel vieler Faktoren. Ganz

entscheidend sind der Bedruckstoff und die Farborte der Prozessfarben. Während des Drucks

sind weiters die Veränderung der Farbdichte (Änderung der Zonenschrauben bzw.

Rasterwalzentemperatur) und des Tonwertes (Tonwertzuwachses) entscheidende

Farbeinflussfaktoren.

Ein weiterer Einfluss kommt aus der Definition des Schwarzaufbaus und der Rasterart.

Selbstverständlich beeinflussen auch Farb-/Wasserbalance, und weitere Faktoren der


Farbannahme das Druckergebnis. Treten Fehler wie Schieben oder Dublieren auf, so werden

die Farben stark verändert.

Scanner und Digitalkamera

Scanner und Digitalkameras unterscheiden sich dadurch, dass der Scanner eine eigene

Lichtquelle hat, die Digitalkamera nicht. Beide erzeugen aus dem von einer Körperfarbe farbig

reflektierten Licht eine Aufteilung in RGB Kanäle. Die spezielle Aufteilung ist durch die Filter in

Scanner (Interferenzfilter) bzw. Kamera (Mosaikfilter) bestimmt. Durch den Weißabgleich

können die RGB Kanäle gegeneinander noch verschoben (auf Weiß justiert) werden. Weiters

kann noch eine Scannergammakorrektur (Zusammenhang Helligkeiten und Digitalwerte)

vorgenommen werden.

Farbprofile

Um den geräteabhängigen Farbraum (z.B. RGB eines bestimmten Monitors) überhaupt erst zu

bestimmen, muss dieser in einem geräteunabhängigen Farbraum (ein CIE Farbraum)

beschrieben werden. Dazu werden die Farbräume durch Testbilder (Testcharts)

gegenübergestellt. Beispielsweise wird ein Monitor mit bestimmten Kombinationen von R, G

und B angesteuert, und die Darstellung am Bildschirm wird mit einem Messgerät als CIE-Lab

Farbwert gemessen. Dieser Zusammenhang wird für viele Farben in einer so genannten Look

up Table (LutT) gespeichert.

Die LuT-Daten der Messung werden auch

Charakterisierungsdaten genannt.

Aus den gemessenen Farbwerten (Stützwerten)

werden Zwischenwerte berechnet (durch Interpolation

nach geeignetem Algorithmus), damit die Anwendung

des Profils rasch und genau erfolgen kann.

R G B L a b

35 166 98 45 -53 -13

36 166 98 46 -52 -13

...... ……..

Die Algorithmen zur Interpolation berücksichtigen das menschliche Sehvermögen in genauerer

Weise, als dies in den Farbräumen berücksichtigt ist. Die mangelnde Gleichabständigkeit des Lab

Farbraumes wird dabei auch korrigiert.

Je mehr Stützstellen vorhanden sind, umso genauer wird das Profil. Es werden nicht nur die

Grundfarben (RGB bzw. CMYK) gemessen, sondern auch die Sekundär und Tertiärfarben, also

deren Mischungen.

In den Profilen werden mehrere LuT abgespeichert, nämlich je Rendering

Intent je eine LuT für jede Umwandlungsrichtung (PCS (z.B. Lab) zu

Gerätefarbraum (z.B. CMYK) und Gerätefarbraum zu PCS). Für 3 Rendering

Intents ergeben sich daher 6 LuT im Profil.

All diese Werte werden gemeinsam mit weiteren Angaben (43 Tags darunter

Weißpunkt, Hersteller, etc.) als Profil (in der Datenstruktur, wie sie von ICC

vorgegeben ist) abgespeichert. Es gibt verpflichtende Angaben im Profil

(required tags) und Zusatzangaben (optional tags), wobei Zusatzangaben

auch so verschlüsselt sein können, dass sie nur von bestimmten Anwenderprogrammen

auswertbar sind (private tags).


Der geräteunabhängige Farbraum, der als Basis für die Definition des geräteabhängigen

Farbraums verwendet wird nennt man auch Kommunikationsfarbraum oder PCS „profile

connection space“.

Als geräteunabhängiger Farbraum kann jeder der CIE Farbräume verwendet werden,

üblicherweise wird der Lab Farbraum verwendet, da er gleichabständig ist und Helligkeit,

Farbton und Buntheit getrennt abgespeichert sind. Durch die nicht ideale Gleichabständigkeit

werden Korrekturen in den Interpolationsalgorithmen angewendet.

Die Profile müssen für jede Einstellung des Gerätes, das die Farbausgabe verändert, erstellt

werden. So ist beim Druckprofil jeweils ein eigenes Profil für jede Papiersorte bzw. für jeden

unterschiedlichen Schwarzaufbau erforderlich.

Die Geräteeinstellungen dürfen nach der Profilerstellung (Profilierung) auch nicht mehr

verändert werden. Es dürfen also z.B. die Helligkeit, der Kontrast des Monitors nicht mehr

verändert werden, genauso nicht z.B. die Zonenschrauben an der Druckmaschine.

Arbeitsablauf mit Farbprofilen

Nachfolgende Skizze zeigt, wie die einzelnen Geräte mit ihren spezifischen Farbräumen

(geräteabhängige RGB- bzw. CMYK-Farbwerte) angesteuert werden, sodass an allen Geräten

die selben realen Farben (Lab-Werte) auftreten. Die Profile suchen die jeweils korrekten

RGB/CMYK Werte zur Ansteuerung der Geräte aus ihrer jeweiligen Look-up-table, sodass sich

die richtigen Lab-Werte ergeben.

Für die Anwendung des Profils wird z.B. für einen farbrichtigen Ausdruck zu einem Lab Wert

der zugehörige CMYK Wert zur Ansteuerung der Druckmaschine gesucht. Dies erfolgt in der

CMM (Color matching machine, color mangement module), die ein Bestandteil des


Betriebssystems ist. Dort erfolgt die Auswahl der zu dem gewünschten Farbwert nächst

gelegenen Werten in der LuT und dann eine Interpolation um das genaue CMYK Ergebnis zu

berechnen.

Die CMM wird nur von geeigneten

Anwendungsprogrammen (Photoshop, etc.)

aufgerufen, die Farbraumanpassung erfolgt

nicht in allen Programmen.

Die nebenstehende Darstellung zeigt

Farbräume unterschiedlicher Geräte, wobei

hier die Helligkeitsachse und die Cyan-Rot

Ebene dargestellt wird.

Farbmanagementprofile können durch eigene

Programme editiert und geprüft werden.

Dabei wird geprüft, ob das Profil den ICC

Syntaxregeln und bestimmten, im Folgenden

angegebenen Qualitätskriterien entspricht:

• Farbmetrische Genauigkeit

• Erhalt der Grauachse

• Erzielung eines hohen

Helligkeitskontrastes

• Glätte von Verläufen

• Keine Abrisse in Verläufen

• Zeichnungserhaltung

Device-Link Profile

Wenn eine Umrechnung von einem Eingabeprofil (z.B. RGB) in ein Ausgabeprofil erfolgen soll,

so wird normalerweise zuerst in Lab und von dort weiter in z.B. CMYK umgerechnet. Diese

Umrechnung kann man durch die direkte Kopplung der beiden Profile zu einem sog. Devicelink

Profil vorwegnehmen. Es gibt dann nur mehr eine Look-up-table (LuT) zwischen RGB und

CMYK, Lab wurde zwar zur Erstellung dieser Umrechnung verwendet, kommt aber bei der

aktuellen Umrechnung der Bilddaten nicht mehr vor.

Ein Nachteil von herkömmlichen Profilen ist, dass der Schwarzaufbau verloren geht. Bei einer

Umrechnung von einem CMYK Farbraum in einen anderen CMYK Farbraum würden alle reinen

Schwarzbereiche durch CMYK neu aufgebaut werden. Dies ist mit Device Link Profilen zu

verhindern. Es kann die Farbseperation erhalten bleiben oder geändert werden.


Farbraumumrechnung – Rendering Intents

Selbst wenn durch die Profile die Farbräume genau definiert sind, ist eine Umrechnung von

einem in einen anderen Farbraum über den Lab Farbraum nicht verlustfrei möglich, da sich die

Farbräume im Allgemeinen in der Größe (dem Farbumfang) unterscheiden.

Es ist also eine Transformation zwischen verschieden großen Farbräumen erforderlich

(gammut mapping), die von der CMM durchgeführt werden muss. Da es keine eindeutige

Zuordnung der Bereiche gibt, die nicht in beiden Farbräumen enthalten sind, müssen Regeln

definiert werden, wie mit diesen Bereichen zu Verfahren ist. Diese Regeln nennt man

Rendering Intents (dt. Umrechnungsabsicht).

Man spricht immer von einer Umrechnung von einem Quellprofil in ein Zielprofil. Bei der

Erstellung eines Proofs kommt noch ein Simulationsprofil als Zwischenprofil hinzu. Andere

Profilbezeichnungen sind Eingabeprofil (Scanner, Kamera) und Ausgabeprofile (Drucker,

Monitor, Belichter).

Gemäß ICC Vorschrift sind die folgenden 4 Arten (verschiedene Bezeichnungen üblich, daher in

Klammer weitere Namen) von Rendering Intents festgelegt, die für unterschiedliche

Anwendungsfälle zu verwenden sind.

Absolut Farbmetrisch (colorimetrisch, match)

Hierbei erfolgt eine identische Abbildung der Farben des Quellfarbraumes in den Zielfarbraum.

Allerdings ist dies nur möglich, wenn der Zielfarbraum alle Farben des Quellfarbraumes

darstellen kann, dieser also überall größer als der Quellfarbraum ist.


In den Bereichen, wo der Zielfarbraum kleiner als der Quellfarbraum ist, dort werden die nicht

darstellbaren Farben an den Rand (geringere Sättigung, gleicher Farbton) des Zielfarbraumes

verschoben.

Liegen mehrere Farben gleichen Farbtons außerhalb des darstellbaren Bereichs, so werden

beide an den gleichen Randpunkt des Zielfarbraumes verschoben. Dadurch geht auch die

Zeichnung (Unterschiedsdarstellung) verloren (auch

clipping genannt). Trotz Einsatz von Farbmanagement

ist hierbei keine korrekte Farbwiedergabe möglich.

Zeichnung geht verloren.

Der Weißpunkt (Bildhintergrund) des Quellfarbraumes

wird im Zielfarbraum ident wiedergegeben. Man spricht

auch vom Simulieren des Papierweißes bzw. des

Weißpunktes. Dazu ist allerdings erforderlich, dass z.B.

das zu bedruckende Papier weißer als dieser Weißpunkt

ist. Ist der Weißpunkt im Zielfarbraum dunkler, so

werden alle helleren Farben wieder an den Weißpunkt

des Zielfarbraums gelegt – Zeichnung geht verloren.

Der Schwarzpunkt bleibt ebenfalls im Zielfarbraum

gleich dem des Quellfarbraumes, sofern der

Zielfarbraum auch hier (in der Tiefe) größer als der

Quellfarbraum ist. Ist der Schwarzpunkt im

Zielfarbraum heller, so werden alle dunkleren Farben

wieder an den Schwarzpunkt des Zielfarbraums gelegt –

Wenn grobe Farbverfälschungen vermieden werden sollen, dann darf der absolut

farbmetrische RI nur verwendet werden, wenn der Zielfarbraum größer als der Quellfarbraum

ist. Dies ist beim Proofen der Fall.

Relativ Farbmetrisch (colorimetrisch, proof)

Dieser Rendering Intent ist dem absolut farbmetrischen

gleich, außer dass hier der Weißpunkt anders behandelt

wird. Der Weißpunkt wird nicht vom Quellfarbraum

simuliert, sondern die Farben werden auf den Weißpunkt

des Zielfarbraumes verschoben. Mit anderen Worten

wird der Hintergrund nicht mit ausgegeben, sondern

ergibt sich aus dem bedruckten Papier.

Da die nicht darstellbaren Farben des Quellfarbraumes

abgeschnitten werden, muss der Zielfarbraum auch hier

unbedingt größer als der Quellfarbraum sein. Der relativ

farbmetrische RI ist vor allem für das Proofen auf

Auflagenpapier zu verwenden.


Tiefenkompensierung (Option bei relativ farbmetrisch)

Wenn der Quellfarbraum größere Dichten (dunklere Töne)

hat als der Zielfarbraum, werden alle dunkleren Stellen auf

den dunkelsten Punkt im Zielfarbraum gesetzt, wodurch

wieder Zeichnung verloren geht.

Bei aktivierter Tiefenkompensierung werden alle Töne so

aufgehellt, dass die dunklen Bereiche die Zeichnung

erhalten.

Diese Methode kann immer verwendet werden, wenn sich

die Farbräume nicht sehr stark voneinander unterscheiden.

Wahrnehmungsorientiert (fotografisch,

empfindungsgemäß, perzeptiv, picture)

Der wahrnehmungsorientierte RI

verkleinert den Farbraum so weit,

bis alle Farben im Zielfarbraum

darstellbar sind. Dabei werden

alle Farben des Quellfarbraumes

Richtung Weißpunkt verschoben

(Farbton bleibt gleich, Sättigung

reduziert), wobei darauf geachtet

wird, dass die Farben relativ

zueinander unverändert

wahrgenommen werden. Daher

müssen auch jene Farben verschoben werden, die im Zielfarbraum darstellbar wären.


Im hier dargestellten Wiedergabediagramm ist zu sehen, dass in allen Farben die Zeichnung

erhalten bleibt, die blaue Linie beschreibt eine an die Wahrnehmung optimal angepasste

Stauchung des Farbraumes (in Helligkeit und in Sättigung).

In Bereichen, wo der Zielfarbraum größer als der Quellfarbraum ist, kommt es aber zu keiner

Ausweitung des Farbraumes.

Der wahrnehmungsorientierte RI wird immer verwendet, wenn ein größerer Quellfarbraum auf

einen kleineren Zielfarbraum transformiert werden soll. Dies ist der Standardfall im Druck

(kleiner CMYK-Farbraum).

Sättigungserhaltend (grafic)

Bei diesem RI werden die Farben mit möglichst hoher Sättigung, also am Rand des Farbraumes

dargestellt. Dabei kann sich der Farbton auch etwas ändern und es kann auch zu einer

Vergrößerung des Farbraumes kommen (was bei den anderen RI nie er Fall ist).

Dieser RI wurde für Geschäftsgrafiken und farbige Diagramme vorgesehen aber wird kaum

verwendet.

Arbeit mit Profilen

Standardfarbräume

Meistens wird nicht in speziellen Farbräumen von Geräten gearbeitet und gespeichert,

sondern in einem der Standardfarbräume. Diese Farbräume werden auch Arbeitsfarbraum

genannt, in diese werden die Bilder bearbeitet. Eine wichtige Forderung an diese ist, dass sie

relativ gleichabständig (wären z.B. Scannerfarbräume nicht) sind und nicht unnötig groß aber

auch nicht zu klein sind.

Die wichtigsten Standardfarbräume sind:

sRGB (standard RGB): ein eher kleiner Farbraum, der dafür auf allen Geräte dargestellt werden

kann. Wird für Internet, einfache Windows Anwendungen, RGB Drucker (kleine Bürodrucker),

kleine Digitalkameras, etc.

verwendet.

Der sRGB ist in einigen Bereichen

kleiner als übliche CMYK

Farbräume, daher ist er nicht als

Basis für spätere Drucke geeignet.

Außerdem ist sein Weißpunkt

(255/255/255) bei den Farben für

D65 und nicht für D50. Die

Gradationskurve des sRGB

entspricht einer Monitorgradation

mit Gamma = 2,2.

Helligkeitsachse

Zielfarbraum

Maximale Helligkeit

Maximale Dichte

Quellfarbraum

AdobeRGB: Ist ein größerer

Farbraum als sRGB und wird in vielen Digitalkameras alternativ zum sRGB Farbraum

Helligkeitsachse


verwendet. Die Aufnahmen gelten bei entsprechender Einstellung als Farben im AdobeRGB

Farbraum.

ECI-RGB: Die ECI (European Color Initiative) hat diesen großen RGB Farbraum definiert, der alle

üblichen CMYK Farbräume umschließt. Damit ist er als RGB Arbeitsfarbraum geeignet, wenn

später eine Druckausgabe erfolgen soll. Sein Weißpunkt liegt bei D50, seine Gradation

entspricht einem Monitor mit Gamma 1,8.

PSO-coated (Zusatz v3): Dieses Standardprofil entspricht einer Druckmaschine, die gemäß

Prozessstandard ISO 12647 für gestrichenes Papier richtig eingestellt ist. Wird auf einer

solchermaßen (ISO-zertifizierten) Druckmaschine gedruckt, so muss kein eigenes Profil erstellt

werden, sondern es kann mit PSO-coated gearbeitet werden. Entsprechendes gilt für andere

PSO-Profile (PSO webcoated, PSO yellowish,..)

Lab-Farbraum: Grundsätzliche wäre der Lab Farbraum selbst ein geeigneter Standardfarbraum.

Sein Nachteil ist lediglich, dass er unnötig groß ist, er umfasst ja alle für das Auge sichtbaren

Farben. Wird im 8-bit Modus gearbeitet, so sind für jede der 3 Farbachsen 256 Unterteilungen

möglich. Im Lab Farbraum würden davon nur ein geringer Teil genutzt, da kein praktisches Bild

so hohe Sättigungen hat. Nur im 16-bit Modus wäre die Unterteilung fein genug, so dass die

geringe Nutzung von möglichen Farbwerten nichts machen würde.

Zuweisen

Wenn eine Datei kein Profil dabei (eingebettet) hat, oder das Profil falsch ist, so kann man ein

neues Profil zuweisen. Dabei ändern sich die Daten (z.B. RGB-Daten) nicht. Die Darstellung

dieser Daten wird jedoch über das zugewiesene Profil erfolgen, so dass der visuelle Eindruck

und die Lab Werte des Bildes verändert werden.

Wird ein Eingabeprofil für Scanner oder Digitalkamera erstellt, so muss dieses dann den RGB -

Daten aus Scanner bzw. Kamera zugewiesen werden.

Konvertieren (Umrechnen)

Wenn das Profil einer Datei (eingebettetes Profil) geändert werden soll, aber die Farben gleich

bleiben sollen, also die Lab Werte gleich bleiben sollen, so kann man in ein neues Profil

umrechnen (konvertieren). Dabei ändern sich dann die Daten (z.B. RGB Daten) so, dass mit der

Interpretation durch das neue Profil wieder der selbe visuelle Eindruck und die selben Lab

Daten wie vorher erscheinen.

Üblicherweise werden Dateien von speziellen Eingabefarbräumen dann in einen

Standardfarbraum zur Bearbeitung konvertiert.

Workflowarten

Man unterscheidet je nach der Datenübergabe in RGB-Workflow, CMYK-Workflow und Lab-

Workflow.

Beim RGB Workflow werden die Daten (z.B. vom Scanner) in einen Standard RGB (meist ECI-

RGB) Farbraum konvertiert und in diesem so lange wie möglich belassen. Erst vor dem

Ausdruck werden die Daten in CMYK Daten einer Druckmaschine (z.B. im RIP) umgerechnet

(inklusive Farbseparation mit Schwarzaufbau). Das RGB-Profil muss beim Speichern auch

eingebettet werden.


Beim CMYK-Workflow werden die Daten in CMYK konvertiert und darin weiterverarbeitet,

beim Ausdruck müssen die CMYK Daten auf die CMYK Daten der speziellen Druckmaschine

umgerechnet werden, sofern diese nicht übereinstimmen (z.B. wenn nicht auf einer

standardisierten Druckmaschine mit PSO-coated gearbeitet wird).

Im CMYK Workflow ist der Schwarzaufbau in den Daten bereits enthalten.

Beim CMYK Workflow sollen keine Profile mit der CMYK Datei eingebettet werden, da dann die

Gefahr besteht, dass die CMYK-Daten irrtümlich umgerechnet (verändert) werden, wenn man

z.B. beim Öffnen auf den Arbeitsfarbraum konvertiert.

Beim Lab Workflow werden nur geräteneutrale Lab Daten verwendet, wobei Lab als

Arbeitsfarbraum unnötig groß ist.

Erzeugung von eigenen Profilen

Mit Hilfe spezieller Profilerstellungssoftware (z.B. Profile Maker von Gretag Macbeth) und den

entsprechenden Messgeräten (Spektralphotometer für Aufsicht bzw. Emissionsmessung)

können die farblichen Eigenschaften eines speziellen eigenen Gerätes im Profil dargestellt

werden.

Der geräteabhängige Farbraum ist abhängig von allen Geräteeinstellungen. Damit der vom

Gerät theoretisch mögliche Farbraum optimal ausgenützt wird, soll jedes Gerät vor der

Profilierung auf seinen Optimalzustand gebracht werden, dies wird Kalibrierung bzw.

Linearisierung genannt. Dieser Zustand muss bei der Verwendung des Profils auch erhalten

bleiben, wenn nötig neu eingestellt werden. Vor der Profilierung sollte das Gerät daher immer

auf einen reproduzierbaren Grundzustand gebracht werden, also kalibriert werden.

Dann muss ein Testbild (Testchart) ohne Verwendung von Farbmanagement ausgegeben

werden, das dann vermessen wird. Der Vergleich der so ermittelten Messdaten mit den

bekannten Daten des Testbildes ergibt die Charakterisierungsdaten, aus denen dann das Profil

errechnet wird.

Beim Monitor werden also Farben am vorher kalibrierten Bildschirm ausgegeben und mit

einem SPM für Emissionsmessung gemessen. Kalibrierung des Monitors bedeutet, dass der

Gammawert (für die Tonwertwiedergabe), der Weißpunkt (Bildschirmfarbe bei R=G=B=255)

und Helligkeit (max. Leuchtdichte) eingestellt wird.


Für einen vorher

kalibrierten und

linearisierten Drucker

wird ein CMYK-Testchart

nach ISO 22178 (bisher

ISO 12642, davor IT

8.7/3) mit 928

Testfeldern oder ein

Testchart nach ECI 2002

verwendet, dessen Lab-

Werte mit einem XY-

Spektralphotometer

ausgemessen werden. Die

Messung soll mit einer

Messunterlage des

Auflagenpapiers erfolgen.

Die Profile erhalten dann

den Zusatz „sb“ – substrat backing. Wird Weiß oder Schwarz hinterlegt wird dies auch

angegeben „wb“ (white backing) bzw. „bb“ (black backing).

Zu den so gewonnenen Charakterisierungsdaten (CMYK - Lab) ist nun auch noch die manuelle

Festlegung eines geeigneten Schwarzaufbaues (UCR, GCR, Gesamtschwarz, Tonwertsumme)

erforderlich. Der Schwarzaufbau ergibt sich nicht automatisch aus der Messung des

ausgedruckten Testcharts. Die Farben sollten theoretisch für verschiedene Arten des

Schwarzaufbaues gleich sein. Aus einer Messung eines Testcharts (also denselben

Charakterisierungsdaten) können Profile für verschiedene Schwarzaufbauvarianten errechnet

werden.

Dann kann ein Profil errechnet werden. Die verwendete Farbseparation ist daher in den

Profilen gespeichert, also Aufgabe des Farbmanagements.

Zusätzlich kann noch der Weißpunkt bzw. die Grauachse für den wahrnehmungsorientierten

Rendering Intent (entweder überall Papiergrau oder in tiefen Tönen die graue Druckfarbe)

angegeben werden.

Für einen Scanner wird das

Testchart nach ISO 12641 (vormals

IT 8.7/2) eingescannt, dessen Lab

Werte als Referenz bekannt sind.

Die gescannte Datei (RGB-Daten)

wird den bekannten Lab Daten

gegenübergestellt, was die

Charakterisierungstabelle ergibt.

Für eine Digitalkamera wird als

Testchart der Colorchecker unter

Normlicht D50 abfotografiert. Die

jpg oder tiff Datei wird wieder der

Profilerstellungssoftware


übergeben, die aus den bekannten Lab Werten des Colorcheckers und den RGB Daten der

Kamera die Charakterisierungstabelle erstellt.

Profile unter anderen Lichtbedingungen (Blitzlicht, etc.) können nicht mit den zum Colorchecker

mitgelieferten Sollwerten verglichen werden. Dazu müssten Sollwerte vorliegen, die den

entsprechenden Lichtquellen entsprechen. Die Information über das Spektrum der Lichtquelle

kann man aus dem einfallenden Lichtspektrum am weißen Feld erhalten.

Durch den Weißabgleich der Kamera kann aber üblicherweise mit den Profilen für Normlicht D50

das Auslangen gefunden werden.


Prozessstandardisierung

Prozessstandard Offsetdruck nach ISO 12647-2

Für den Offsetdruck gelten einige Farbvorschriften aus der ÖNORM

ISO 12647-2 (2016), die im Folgenden auszugsweise angegeben sind.

Werden alle Bedingungen der ISO 12647 eingehalten, so kann ein

Standardprofil für die Druckmaschine verwendet werden. Dieses

wäre z.B. „PSOcoated.icc“ für den Druck auf gestrichenem Papier (PS

1).

Die Produktion und Prooferstellung gemäß ISO 12647 ist vor allem

auch deswegen wichtig, weil dadurch eine definierte Qualität produziert wird, die auch

wirtschaftlich erreichbar ist und keine Fehler durch zu „gute“ Proofdrucke entstehen können.

Ein Proofdruck darf nur Farben darstellen, die auch im Auflagendruck erreichbar sind.

Weiterentwicklungen des Prozessstandards Offsetdruck sind der PremiumPSO, bei dem die

Toleranzen reduziert sind und der PSOaktiv, bei dem für jeden Druckauftrag bzw. laufend die

PSO Werte kontrolliert werden.

Die gedruckte Farbe ist eine Kombination aus Papier, Druckfarbe und Einstellung der

Druckmaschine. In der Norm sind Parameter zur Abstimmung dieser Komponenten

aufeinander angegeben.

Die Druckfarben sollen den Kriterien der ISO 2846 entsprechen.

In der Norm ISO 12647 bzw. in der Dokumentation zum Prozessstandard Offsetdruck sind

weitere Parameter wie Druckreihenfolge, Rasterarten, Schwarzaufbau und Tonwertsumme,

Beschnittzugabe, Druckkontrollzeichen, Trapping, etc. angegeben, im Folgenden werden nur

die farblich wesentlichen Vorgaben hinsichtlich Volltonfärbungen und Druckkennlinie genauer

beschreiben. Diese entsprechen den Werten, die zu den entsprechenden Standardprofilen

führen.

Die Druckmaschinen müssen gemäß PSO so eingestellt werden, dass diese entsprechend

diesen Profilen drucken. Im Unterschied zum klassischen Farbmanagement wird also kein ICC

Profil einer (gut eingestellten) Druckmaschine erstellt, sondern die Einstellungen der

Druckmaschine werden an das vorgegebene ICC-Profil angepasst.

Papierklassen bzw. Papiertypen

Da sich je nach Papierart unterschiedliche Farbwerte (Aussehen der Farbe) bei gleichem

Farbauftrag (gleichem Druck) ergeben, können die Vorgabewerte nicht für alle Papierarten

gleich sein. Ursprünglich wurden die Papiere in 5 Papiertypen zusammengefasst. In der

Neuauflage PSO 2016 werden 8 bzw. 10 (neue) Papierklassen bzw. Papierkategorien (PS-Paper

Substrate) unterschieden, es werden auch die optischen Aufheller in der Klassifizierung

berücksichtigt. Je Papierkategorie gelten unterschiedliche Sollwerte der Farbe.

Papierhersteller sollten gewisse Eigenschaften des Papiers angeben, diese Eigenschaften sind

in der ISO 15397 „Drucktechnik – Kommunikation der Eigenschaften des Druckpapiers„

aufgeführt.


Papierkategorie

Beschreibung

Fl.

Masse

in g/m 2

Zugehöriges ICC Standardprofil

bzw. Charakterisierungsdaten

PS 1

PS 2

PS 3

PS 4

PS 5+

PS 6

PS 7

mehrfach gestrichen, mäßig

aufgehellt, glänzend oder matt

LWC, aufgebessert, gering

aufgehellt

LWC, Standard, glänzend, gering

aufgehellt

LWC, Standard, matt / halbmatt,

gering aufgehellt

Naturpapier, holzfrei weiß, stark

aufgehellt, z.B. holzfrei

ungestrichen

gering aufgehellt, hochsatiniert

z.B. SC

Zeitungspapier, aufgebessert,

schwach aufgehellt, z.B. UMI, INP

80-250 PSO coatedv3

FOGRA 51

48-70 PSO LWC Improved (ECI)

FOGRA 45

48-70 PSO LWC Standard (ECI)

FOGRA 46

48-70 PSO LWC Standard (ECI)

FOGRA 46

70-250 PSO Uncoted v3

FOGRA 52

38-60 SC Paper (ECI)

FOGRA 40

40-56 PSO INP Paper (ECI)

FOGRA 48

PS 8 glänzend, gestrichen, Rolle (LWC) 40-52 PSO SNP Paper (ECI)

FOGRA 42

C8

Standard News Print, für coldset

(Rolle)

WAN-IFRAnewspaper26v5

5 ungestrichenes Offsetpapier,

gelblich, z.B. Bücherdruckpapier

isouncoatedyellowish.icc

(alt, aber gilt weiterhin)

Die bisher gültigen 5 Papiertypen (PT) bis zum Update 2016:

1 glänzend, gestrichen, holzfrei 115 g/m 2 Isocoatedv2.icc

2 matt, gestrichen, holzfrei 115 g/m 2 Isocoatedv2.icc

3 glänzend, gestrichen, Rolle (LWC) 70 g/m 2 isowebcoated.icc

4 ungestrichenes Offsetpapier, weiß 115 g/m 2 isouncoated.icc

5 ungestrichenes Offsetpapier, gelblich 115 g/m 2 isouncoatedyellowish.icc


Beim Druck auf verschiedenen Papiertypen

ergeben sich unterschiedliche Farbumfänge

(übrigens fast unabhängig vom

Druckverfahren) und unterschiedliche

Druckkennlinien (Tonwertzunahmen).

Die geringere Sättigung der Farben auf

rauem Papier resultiert teilweise aus der

stärkeren diffusen Oberflächenreflexion, die

weißes Licht ins Auge reflektiert und damit

die Farben verweißlicht (weniger Sättigung).

Dies kann durch eine Oberflächenlackierung

verbessert werden.

Vorgegebene Farbwerte und

zulässige Abweichungen der Prozessfarben:

Die geforderten Lab Werte für die Prozessfarben (im Vollton) sind auf die verschiedenen

Papierklassen (hier nur glänzend gestrichenem Papier PS1 und zum Vergleich auf

ungestrichenem aufgehelltem Naturpapier PS5+) angegeben. Diese Werte bestimmen die

Einstellung der Druckmaschine (z.B. Zonenschrauben für den Farbauftrag).

Alle Werte gelten für D50, 2° mit weißem Hintergrund und gemessen mit Messbedingung M1;

Druckreihenfolge K-C-M-Y (Bei Papier einer Grammatur über 170 g/m2 sollte immer die weiße

Unterlage verwendet werden):

gestrichen /

ungestrichen

Schwarz Cyan Magenta Gelb

L 16 / 32 55 / 58 47 / 54 87 / 86

a 0 / 1 -34 / -22 74 / 58 -4 / -3

b 0 / 0 -53 / -48 -5 / -4 90 / 70

Manchmal werden die Prüfdrucke auch auf schwarzem Hintergrund gemessen, dazu sind in der

Norm die zugehörigen Werte ebenfalls angegeben:

gestrichen /

ungestrichen


L 16 / 33 56 / 59 48 / 55 89 / 88

a 0 / 1 -35 / -22 75 / 60 -4 / -3

b 0 / 0 -53 / -48 -5 / -4 92 / 72


Für die Farbwerte des Papiers selbst werden (hier für gestrichenes und ungestrichenes)

folgende Werte angegeben. In Klammer die Werte bei Messung mit weißer Unterlage:

gestrichen

ungestrichen

L 93 (95) 92 (94)

a 1 (1) 2 (2)

b -7 (-6) -10 (-10)

Glanz nach ISO 8254-1 35 – 70 5 – 15

CIE Weißgrad 105 – 136 140 – 175

Flächenbezogene Masse (bei

Messung mit schwarzer

Unterlage)

115 g/m 2 120 g/m 2

Optische Aufheller nach ISO

15397

mäßig

stark

Die Abweichungstoleranz ΔE zwischen einem Andruck und den Vorgabewerten beträgt für alle

4 Prozessfarben (CMYK):

ΔE ab=5 (normativ)

und ΔE 00=3,5 (informativ)für CMY sowie ΔE 00=5 für K

Durch die Prüfung mit dem FOGRA Medienkeil sind die Bedingungen für einen Proof außerdem

klar geregelt.

Die Abweichungstoleranz ΔE zwischen Auflagendruck (Abstimmexemplar, OK Bogen,

Gutbogen) und den Vorgabewerten beträgt für alle 4 Prozessfarben (CMYK):

ΔE ab=5 (normativ)

und ΔE 00=3,5 (informativ)für CMY sowie ΔE 00=5 für K

Diese Abweichungstoleranzen gelten zwischen Messwert und Normwert lauf ISO 12647, diese

müssen für alle Felder und Bögen eingehalten werden. Dagegen gelten

Schwankungstoleranzen im Fortdruck zwischen dem Gutbogen und den Auflagendrucken.

Hierbei ist die Toleranz als zulässige Standardabweichung der Messwerte im Vergleich zum

Gutbogenwert zu verstehen.

Zulässige Schwankungen im

Auflagendruck


ΔE ab (normativ) 4 4 4 5

ΔH ab (normativ) 3 3 3

ΔE 00 (informativ) 4 2,8 2,8 3,5


Die Schwankung ΔE zwischen Farbwert des Gutbogens und Farbwerten des Auflagendrucks ist

ebenfalls festgelegt. Die unten angegebenen Werte von ΔE dürfen von 68% (entspricht der

zulässigen Standardabweichung von den Sollwerten) der Druckbögen einer Auflage nicht

überschritten werden.

Die Auswertung der Schwankungstoleranz ist statistisch (Normalverteilung bzw. Gaußkurve)

definiert, einzelnen Bögen dürfen den Sollwert durchaus überschreiten. 68% der Auflage

müssen daher innerhalb der ISO

Schwankungstoleranzen liegen, 27% der

Auflage können bis zum doppelten Betrag

an Schwankungen aufweisen, 5% sogar

bis zum dreifachender angegebenen

Schwankungstoleranzen. In der Praxis

werden hierzu Stichprobenmessungen

durchgeführt, eine komplette Messung

aller Exemplare einer Auflage wird kaum

durchgeführt. Nebenstehende Abbildung

der Gaußkurve stellt diese statistischen

Verhältnisse dar.

Gleichmäßigkeit der Farbe über den Bogen

Die Gleichmäßigkeit ist über die Dichtewerte gefordert. Die Volltondichten dürfen über das

Format nicht mehr als 8% von der kleinsten gemessenen Volltondichte in der jeweiligen

Primärfarbe unterscheiden.

Bei Prüfdrucken soll die Gleichmäßigkeit über das Format durch einen maximalen Farbabstend

(E-Wert) zwischen jedem Messpunkt und dem Mittelwert aller gemessenen Farbwerte

maximal E=2 betragen.

Vorgegebene Druckkennlinie und zulässige Abweichungen:

Als Tonwertzuwachs sind die folgenden Werte vorgegeben, die erforderlichenfalls mittels

Korrektur in der Tonwert-kompensationskurve des Belichters (Film- oder Plattenbelichter)

einzustellen sind. Die Druckplatten selbst sollen am linearisieren RIP und Belichter erstellt

werden.


Tonwert des

Farbkeilfeldes

SOLL-TWZ

Toleranz TWZ (gilt positiv und negativ)

Abweichungstoleranz

Andruck

Abweichungstoleranz

Gutbogen

Schwankungstoleranz

(während

Fortdruck)

10 % 6 % 3 % 3 % 3 %

20 % 10 % 3 % 3 % 3 %

30 % 14 % 3 % 4 % 4 %

40 % 15 % 3 % 4 % 4 %

50 % 16 % 3 % 4 % 4 %

60 % 16 % 3 % 4 % 4 %

70 % 14 % 2 % 3 % 3 %

80 % 11 % 2 % 3 % 3 %

90 % 7 % 2 % 3 % 3 %

max. Tonwertspreizung

4 % 5 % 5 %

Die Toleranzen für die Abweichung des den Tonwertzuwachses vom oben angegebenen

SOLLWert sind ebenfalls in der ISO 12647 angegeben.

Es wird ebenfalls, wie bei den Farbabweichungen, zwischen Abweichungstoleranzen und

Schwankungstoleranzen unterschieden.

Weiters ist die maximale Tonwertspreizung (Jeweils maximale Tonwertzuwachsdifferenz

zwischen den Buntfarben CMY untereinander) festgelegt, damit die Graubalance gewährleistet

bleibt.

Folgende Tabelle gibt die angestrebten Tonwertzuwäche (SOLL-TWZ) und die zulässigen

Abweichungen (Toleranzen) für gestrichenes Papier PS1 an:

Zusätzliche Information über Dichtewerte

Die DIN-Farbdichte beim Druck (Vollton) soll bei gestrichenem und ungestrichenem Papier

ungefähr folgende Werte annehmen (nur informativ, nicht normativ). Dabei wird die Dichte

vom Papier mit gemessen und extra angegeben:


gestrichen /

ungestrichen

Farbe

ohne Polfilter

Papier

ohne Polfilter

Farbe

mit Polfilter

Papier

mit Polfilter


1,62 / 1,1 1,52 / 1,0 1,47 / 0,9 1,41 / 0,88

0,07 / 0,1 0,07 / 0,1 0,07 / 0,1 0,06 / 0,08

1,95 / 1,35 1,66 / 1,1 1,16 / 1,05 1,55 / 1,06

0,1 / 0,1 0,11 / 0,1 0,11 / 0,1 0,1 / 0,11

Zum Vergleich arbeiten heute immer häufiger anzutreffende Farben mit Intensivskalen

(hochpigmentierte Farben) mit höheren Dichten, wobei besonders im Schwarz eine wesentlich

höhere Dichte erzielt wird.

Als Beispiel seien die Dichten vom Aniva Farbsystem angegeben:


Standard (ca.) 1,9 1,5 1,4 1,3

Aniva 2,4 1,9 1,8 1,7

Durch die höheren Farbdichten kann dem Ziel einer fotorealistischen Darstellung im Druck

nähergekommen werden, da Fotos einen Farbumfang von 2,1 – 2,4 aufweisen. Die hohen

Dichten sind aber mit üblichen Densitometern, die für Normaldichten konzipiert werde n nur

mehr geräteabhängig gemessen werden.

Einstellung der Druckmaschine gemäß PSO

Bei klassischem Farbmanagement wird eine Druckmaschine auf einen guten, nicht

schwankenden Grundzustand gebracht und dann ein Profil der Druckmaschine mittels

Ausdruck eines Testcharts erstellt. Das Ergebnis ist das spezielle ICC Profil der gemessenen

Druckmaschine.

Soll die Druckmaschine gemäß PSO arbeiten, so ist das ICC-

Profil schon vorgegeben, es ist je nach Papiertyp eines der ISO-

Profile (z.B. PSO-coated V3). Mit dem Profil sind die Farben

der LuT vorgegeben, dies sind die Farbwerte, die auch in der

ISO 12647-2 als Lab Sollwerte zu den Prozessfarben gefordert

sind.

Nun ist die Aufgabe, die Druckmaschine so einzustellen, dass

diese Lab Werte bei den Volltönen und die normierten

Tonwertzuwächse (Druckkennlinien) bei den Rastertönen

erreicht werden. Als Abweichung sind für die Volltonfelder bestimmte E Werte zulässig. Für die

Rasterfelder sind bestimmte %-Werte als Abweichung von der SOLL-Kennlinie zulässig bzw. darf

eine maximale Tonwertspreizung gemäß ISO 12647-2 nicht überschritten werden. Mit diesen


Bedingungen und zulässigen Abweichungen muss der Druck funktionieren, wobei das

Gesamtsystem von Plattenbelichter bis Druckmaschine als System zu betrachten ist.

Folgender Ablauf der Einstellung führt zum Ziel (Lab _Werte und Tonwertzuwachs wird gemäß

PSO eingestellt):

1. Druckmaschine auf Normalzustand (mit optimaler Farb-Wasser Balance, linearisierter

und kalibrierter CtP Anlage, etc.) einstellen

2. Belichter ohne Kompensationskurve erstellt PSO Testchart (Farbkeil mit Vollton- und

Rasterfeldern aller Primärfarben)

3. Druckfarbe verwenden, die ISO 2846 entspricht

4. Alle Druckzonen gleich einstellen

5. PSO Testchart (z.B. Altona Testsuite) bei verschiedenen Volltondichten (Unter und

Überfärbung) ausdrucken

6. Volltondichten im Nasszustand messen (damit der Zustand bzw. die

Zonenschraubeneinstellung wieder gefunden werden kann)

7. Volltondichten nach Trocknung messen

8. Trockene Bögen (Primärfarben) farbmetrisch messen, richtigen Bogen (Lab entspricht

ISO 12647) finden.

9. Für diesen Bogen Druckkennlinie messen

10. Kompensationskurve errechnen, so dass Druckkennlinie der Sollkennlinie nach ISO

12647 entspricht.

11. Neuen Plattensatz unter Berücksichtigung der ermittelten Kompensationskurve am CtP

Belichter erstellen.

12. Neuer Andruck mit richtigen Bedingungen als Kontrolle.

Digitaler Prüfdruck nach ISO 12647-7 bzw. -8

Im Teil 7 der Prozessstandardisierungsnorm ist der Digitale Proofdruck angegeben, die

dortigen Vorgaben entsprechen dem FOGRA Medienkeil, der auf jedem Proofdruck

mitgedruckt werden muss und dessen Farbwerte die entsprechenden Toleranzen einhalten

muss.

Die Kontrolle von Digitaldrucksystemen hinsichtlich weiterer Qualitätskriterien wie

Schwankungen, Homogenität, Drift, etc. erfolgt ebenfalls oft mit den FOGRA Medienkeildaten,

wobei andere Toleranzen angegeben werden. Dies wird auch als Validierung bezeichnet und in

ISO 12647-8 genauer beschreiben.

Prozessstandard Digitaldruck PSD

Nach der erfolgreichen Standardisierung des Offsetdruckprozesses wird in den letzten Jahren

auch der Digitaldruck mehr standardisiert. Allerdings existieren im Digitaldruck sehr

unterschiedliche Papierqualitäten und auch unterschiedliche Druckverfahren, daher liegt

derzeit keine vereinheitlichte Vorgabe von Farbwerten vor. Es wird im PSD daher nur

grundsätzlich gefordert, dass einheitliche Druckergebnisse hinsichtlich einer zu definierenden

Referenz vorliegen sollen. Die Referenz kann dabei beispielsweise die FOGRA 51

Charakterisierungstabelle sein, wenn die Ergebnisse mit dem Offsetdruck übereinstimmen


sollen. In anderen Fällen wird eine Übereinstimmung zwischen Large Format und

Kleinformatdruck gefordert.

Eine neue Normenfamilie soll diese Anforderungen genauer festlegen, im kleinformatigen

Digitaldruck ist dies ISO 15311-2 und im den großformatigen Digitaldruck (LFP) ISO 15311-3.

Farbergiebigkeit und Druckfarbenkontrolle

Druckfarben bestehen aus den farbgebenden Pigmenten (bestimmen die Remissionskurve) und

den Bindemitteln (Öl+Harz, bestimmen Viskosität und Zügigkeit) sowie Zusatzstoffen

(bestimmen Trocknung, etc.). Je nachdem wie hoch der Pigmentanteil in der Druckfarbe ist,

umso mehr oder weniger Farbmenge (Masse) wird für dieselbe Deckkraft (Schwärzung)

benötigt. Allerdings können sich die Pigmente auch in ihrer Absorptionsfähigkeit

unterscheiden.

Um diese Ergiebigkeit einer bestimmten Menge der Druckfarbe zu messen, wird ein

funktionaler Zusammenhang zwischen auf Papier aufgetragener Farbmenge und der optischen

Dichte ermittelt.

Dazu werden Probedrucke auf standardisiertem Papier (APCO II) angefertigt. Für jeden dieser

Probedrucke wird die Farbmenge durch Wägen der eingefärbten Druckwalze (Druckform mit

Gummituch) vor und nach dem Druck ermittelt.

Die getrockneten Drucke werden dann mit dem Densitometer gemessen und ein funktionaler

Zusammenhang von Dichte über der Farbmenge in g/m 2 angegeben. Falls derselbe Farbentyp

vorliegt, können aus den Diagrammen Vergleichsaussagen über den Farbverbrauch getroffen

werden.

Diese Probedrucke können auch zur Druckfarbenbeurteilung nach ISO 2846 verwendet

werden.

Druckfarbenprüfung nach ISO 2846

Zur Prüfung der Druckfarben nach ISO 2846-1 werden diese mit mehreren (ca. 10)

verschiedenen Farbauftragsmengen auf APCOII Papier gedruckt, wobei die Schichtdicken im

Bereich von 0,7-1,1 μm (Schwarz 0,9-1,3μm) liegen sollen.

Die Berechnung der Schichtdicke aus der Masse der aufgetragenen Farbe (Differenz aus

Wägung vor und nach Druck) erfolgt durch die Formel:

Druckfarbenschichtdicke= Masse / (Dichte x Fläche)

Die Dichte der Druckfarben beträgt ungefähr 1 g/cm 3 .

Die Schichtdicke in μm ist vom Zahlenwert her gleich dem Farbauftrag in g/m 2 . Dies kann leicht

aus der obigen Formel unter Berücksichtigung der richtigen Einheiten nachgeprüft werden.


Farbmetrische Übereinstimmung der Druckfarben:

Die Druckfarbe soll folgenden Farbwert (mindestens bei einer der angegebenen Schic htdicken)

aufweisen, wobei eine Toleranz ΔE zulässig ist:

L a b ΔE

Schwarz < 18,01 0,8 -0,56 Δa=1,5, Δa=3

Cyan 56,99 -39,16 -45,99 3

Magenta 49,98 76,02 -3,01 5

Gelb 91 -5,08 94,97 4

Die Messung der Farbproben darf erst erfolgen, wenn die Farben vollkommen trocken sind

(nach 24 h). Als Messunterlage sind 3 Lagen des Prüfpapiers selbst vorgeschrieben, sonst wie

gewohnt 2° / D50 in 45/0

oder 0/45 Geometrie.

Aus der Messung der Lab

Werte für jede

Druckprobe (bei

verschiedenen

Schichtdicken) wird für

jede Probe der

Farbabstand ΔE zum

SOLLWert berechnet. Die

so ermittelten ΔE Werte

werden gegenüber der

Schichtdicke aufgetragen

und daraus kontrolliert,

ob der zulässige ΔE Wert

innerhalb des

Schichtdickenbereichs

unterschritten ist oder nicht. Erreicht die Druckfarbe erst bei höherer Schichtdicke die

erforderliche Farbe, so ist die Farbe zu wenig pigmentiert.

Die ISO 2846 gibt auch die empfohlenen Remissionskurven für die einzelnen Druckfarben

CMYK an, dies gilt allerdings nur informativ.

Transparenz der Druckfarbe:

Ein wichtiges Kriterium für Druckfarben ist auch ihre Transparenz. Ist die Farbe zu wenig

transparent (lasierend), wird beim Übereinanderdruck von 2 Farben die untere Farbe weniger

zum Gesamtfarbeindruck beitragen, da nur ein Teil des Lichtes diese Farbe erreicht.


Es wird daher ein Verfahren zur Messung der Transparenz genormt:

Dazu werden mehrere Andrucke auf schwarzem Papier (Spezialpapier oder tiefschwarz

bedrucktes APCO II Papier)

hergestellt. Die Schichtdicken sollen

den Bereich von 0,7 – 1,3 m

umfassen.

errechnet sich die Transparenz. Sie berechnet sich nach:

T =(d 1 – d 2) / (ΔE 1 – ΔE 2)

An den Drucken wird wieder jeweils

der Lab Wert (Farbe auf schwarzem

Papier gedruckt) gemessen.

Außerdem wird der Lab Wert des

unbedruckten schwarzen Papiers

gemessen. Zwischen den

Farbwerten des bedruckten und

unbedruckten Papiers wird wieder

der Farbabstand ΔE errechnet und

gegenüber der Schichtdicke in

einem Diagramm aufgetragen. Aus

der Steigung der sich ergebenden

Geraden in diesem Diagramm

Hier sind d1 und d2 die Schichtdicken in m an 2 beliebigen Punkten der Gerade.

Wird die Ermittlung softwaregestützt durchgeführt, so kann eine Ausgleichsgerade (auch

Trendlinie) durch die Messpukte erstellt werden und deren Steigung daraus ermittelt. Der

Kehrwert der Steigung stellt den Transparenzwert dar.

Als Transparenz sind folgende Mindestwerte vorgeschrieben:

Cyan 0,20

Magenta 0,12

Gelb 0,08

mindest erforderlicher Wert für T (Steigung)

Wäre die Druckfarbe ideal lasierend, würde der ΔE Wert bei allen Schichtdicken Null sein.

Für andere Druckverfahren werden eigene Druckfarben verwendet, für die es jeweils ebenfalls

Ausgaben der ISO 2846 gibt.

Für Siebdruck ist dies beispielsweise ISO 2846-4. Dort werden für CMYK auch Sollwerte

definiert, die Toleranzen liegen bei ΔE = 5 – 7. Statt der Andrucke mit verschiedenen

Schichtdicken werden dort die Farben mit Neutralpaste abgemischt (bei 50 – 100% Farbanteil)

und anschließend auf APCO II Papier gedruckt.


Prüfdruckerstellung und Kontrollmittel

Zur Überprüfung der Farben wird ein farbverbindlicher Prüfdruck (Proof) erstellt. Hierbei kann

es sich um einen Druck oder eine Bildschirmdarstellung (Softproof) handeln.

Ein Proof kann entweder nur das Layout kontrollieren oder farbverbindlich sein. Die

weitestgehende Form des Proofs ist der Rasterproof (true-proof), der auch die im

Druckverfahren verwendeten Rasterpunkte simuliert. Dazu sollte derselbe RIP wie im

Auflagendruck verwendet werden. Im Rasterproof können Farben und auch Moiréeffekte

kontrolliert werden. Ein Formproof dient zur Überprüfung des gesamten Druckbogens.

Um einen Proof für den Ausdruck auf einer Offsetdruckmaschine zu erstellen, muss der

Offsetfarbraum mittels Farbmanagement simuliert werden.

Dazu wird die Datei aus dem Arbeitsfarbraum in den Farbraum (mit Farbprofil des

Offsetprozesses = Simulationsprofil) der Offsetdruckmaschine konvertiert (umgerechnet). Das

Konvertieren muss so erfolgen, dass der Farbeindruck der Originaldatei möglichst erhalten

bleibt, es muss daher der wahrnehmungsorientierte Rendering Intent gewählt werden. Durch

die Verwendung des richtigen Simulationsprofiles werden auch Druckparameter wie

Tonwertzuwachs, Bedruckstoff, Schwarzaufbau, etc. richtig simuliert.

Weiters muss die Datei nun auf dem Proofdrucker ausgegeben werden. Dazu wird der

Farbraum in den Prooferfarbraum (Profil des Proofdruckers) konvertiert. Dabei darf es aber zu

keiner Farbveränderung kommen, daher muss ein farbmetrischer Rendering Intent (bei Proof

auf Auflagenpapier relativ, sonst absolut fm.) gewählt werden, der Farbraum des Proofers

muss daher auch unbedingt größer sein, als der des Offsetdruckes. Andernfalls werden

gesättigte Farbbereiche nicht richtig wiedergegeben.

Ein Proof kann auf Auflagenpapier oder auf Proofpapier erfolgen. Proofpapiere müssen

bestimmte Anforderungen hinsichtlich Farbe und Glanz erfüllen, diese stehen im

Zusammenhang mit den Substraten des Auflagendruckes, die sie simulieren sollen. Der

Farbabstand zwischen Prüfdrucksubstrat und zugehörigem Auflagenpapier darf ΔE 00 = 3 nicht

RGB

(Scanner,

Kamera)

Arbeitsfarbraum

RGB-Lab

Lab

Simulationsprofil

(Druckmaschine)

Lab-CMYK-Lab (kleiner)

Lab

Lab

Computerintern

(bzw. PC+RIP)

Monitorprofil

Lab - RGB

RGB

Monitor

Proofdruckerprofil

Lab – CMYK (RGB)

Proofdrucker

CMYK oder RGB

je nach Drucker


übersteigen, die Aufhellungsstufe (optische Aufheller) und der Glanz sollen dem

Auflagenpapier ähnlich sein.

Für die Anfertigung von Digital-Prüfdrucken gibt es eine eigene Norm, die ISO 12647-7, diese

gilt für die digitale Prüfdruckerstellung für alle Druckverfahren (also Proofs für Offsetdruck,

Tiefdruck, etc.)

Damit ein Proof als farbverbindlich gemäß ISO 12647 gilt, muss ein FOGRA Medienkeil / CMYK

mit der Datei mitgedruckt werden. Dieser enthält CMYK Farbfelder, die bei richtiger

Einstellung des Proofdruckers bestimmte, bekannte Lab Farbwerte im Druck ergeben. Dies

kann farbmetrisch nachgemessen werden. Liegen die Farbwerte innerhalb der Toleranz (ΔE –

siehe Anhang), so gilt der Druck als farbverbindlich.

Außer den Farbwerten werden gemäß ISO 12647 auch der Tonwertzuwachs und die

Tonwertspreizung (CMY max. 4%) kontrolliert. Auch die sollen zum simulierten Druckverfahren

passen. Da Proofdrucker (Inkjet) oft keine Rasterpunkte erzeugen, wird die Tonwertkennlinie

simuliert.

UGRA/ FOGRA Medienkeil

Zur Kontrolle, ob ein Prüfdruck den Kriterien gemäß ISO 12647 entspricht, wird mit jedem

Proof der Medienkeil CMYK mitgedruckt. Der Proofdruck wird mit dem Zielprofil des

Proofdruckers und dem Quellprofil des Simulationsprofils (Daten liegen im Farbraum des

Simulationsfarbraumes, z.B. Offsetfarbraum) erstellt. Als Rendering Intend wird farbmetrisch

relativ (bei Proof auf Auflagenpapier) oder farbmetrisch absolut (auf hochweißem Proofpapier)

verwendet.

Die neueste Version des Medienkeils ist V3, wobei einige Felder in hellen Bereichen

dazugekommen sind. V3 ist mit V2 aber kompatibel, durch die neuen Felder sind die Farbfelder

in 3 Zeilen angeordnet.

Die Auswertung des FOGRA Medienkeils (aus CMYK-Daten) erfolgt durch eine statistische

Auswertung aller gedruckten Felder. Der Medienkeil selbst ist ein Auszug aus den Feldern des IT

8.7 bzw. ECI 2002 Testcharts (nach ISO 12642). Die Kontrolle der Farbverbindlichkeit mit dem

Medienkeil soll den Druck gemäß ISO 12647 gewährleisten.

Seit 1. 4. 2007 gelten neue Kriterien der Zertifizierung „Prüfdruckerstellung“ gemäß ISO

12647-7, mit der Revision 2016 wird die Farbabweichung mit E2000 gemessen. Daraus die

wichtigsten Kriterien:

Messung nach E2000 auf weißer Unterlage, die opak und mattweiß mit C < 3 und L > 92 sein

muss.


Kriterien für die Auswertung des FOGRA Medienkeils:

Farbe

Maximal zulässiger ΔE

bzw. ΔH Wert zum

Sollwert

Mittelwert aller Farbabweichungen ΔE 00 = 2,5

maximale Abweichung aller Felder ΔE 00 = 5

Mittelwert der Buntgraufelder G10 bis G100 bzw. B16 bis B21

Maximalwert der Buntgraufelder G10 bis G100 bzw. B16 bis

B21

maximale Abweichung bei den Primärfarben

Toleranz zur Farbe (bzw. Simulation) des Trägermaterials

(Papier). Feld C21

ΔC h=2,0

ΔC h=3,5

ΔE 00=3, ΔH=2,5

ΔE 00 = 3

Der Farbabstand ΔE 00 wird nach den einschlägigen Formeln (z.B. auf FOGRA Homepage zu

finden) berechnet. Die Farbabstandsmaße ΔC h und ΔH werden wir folgt berechnet:

Farbartabstand ΔC h (nicht mit ΔC ab bzw. ΔC verwechseln)

Δ Ch = √Δa 2 + Δb 2

ΔH = √ΔE 2 − ΔL 2 − ΔC 2 = √Δa 2 + Δb 2 − ΔC 2

Werden alle genannten Bedingungen erfüllt, so gilt ein Prüfdruck, auf dem der Medienkeil

mitgedruckt wurde, als farbverbindlich („Contrakt Proof“).

Für die Auswertung wird ein Excel Programm (MKPruef10.xls) mit dem Medienkeil

mitgeliefert. Dies enthält zu jedem Feld den Sollwert in Lab Farbkoordinaten für verschiedene

Druckbedingungen (verschiedenen Standardprofile). Diese sind entsprechend den

Druckbedingungen von der FOGRA nummeriert. Für Offsetdruck auf der (alten) Papierklasse 1

oder 2 gilt die Charakterisierungstabelle nach FOGRA 39, bei dem (neuen) Papiersubstrat 1 gilt

FOGRA 51.

Bei der Auswertung ist die Berechnung gemäß der neueren ΔE 00 Farbabstandsformel zu

beachten.


UGRA/FOGRA Medienkeil Lab

Zur Überprüfung der Profile und des Farbumfanges gibt es den FOGRA-Medienkeil / Lab,

dieser enthält Lab Daten, die durch das Profil in die CMYK Ansteuerung der Druckmaschine

umgerechnet werden. Ist das Profil für die Maschine richtig, so werden die richtigen Lab Werte

im Druck entstehen.

Dieser Lab Medienkeil enthält 3 Farbzeilen mit

idealem (I - für Proofsysteme), realem (R - für

Offsetdruck auf gestrichenem Papier) und

minimalem (M - für ungestrichenes Papier,

Zeitungsdruck) Farbraum.

Die folgende Tabelle gibt die Sollwerte der Felder

an, je nach Farbumfang des Druckers kommt es

bei I, R oder M zu Abweichungen, aus denen auf

den druckbaren Farbraum (Farbvolumen)

geschlossen werden kann.

Der rechts abgebildete Farbraum zeigt die Lage

der Farbfelder in der ab-Ebene.


Weitere Testformen

Die Druckbedingungen können auch mit der Testtafel nach ISO 12642 (ECI 2002 früher IT8.7)

überprüft werden.

Auch dazu gibt es verbindliche Toleranzen: Der Mittelwert der ΔE -Werte aller Farben darf maximal

4 sein und der Mittelwert der Abweichung bei den äußeren Farben darf auch max. ΔE=4 sein.

Weiters darf das 95% Quantil max ΔE=6 sein, also dass 95% aller Felder unter ΔE=6 liegen müssen.

Aus der ISO 12642 Testform kann der gesamte Farbraum überprüft werden. Die Auflösung muss

die Lesbarkeit von 2 Punkt Schriften und Negativschriften gewährleisten. Die Verläufe dürfen bei

Kontrolle unter Normlicht keine Tonwertabrisse oder Inhomogenitäten zeigen.

Eine weitere Möglichkeit der

Überprüfung der Kriterien

gemäß ISO 12647 bietet die

Altona Testsuite, die

Referenzdrucke für

verschiedene Papiertypen

und Druckbedingungen zur

Verfügung stellt. Diese

Referenzdrucke können mit

einem eigenen Ausdruck der

Altona Testsuite verglichen

werden. Die Altona Testsuite

besteht aus der visual-,

measure-, technical

Testsuite. Aus der Altona

visual kann aus dem visuellen optischen Vergleich

unter Normlicht ohne Messgerät überprüft

werden, ob ein Ausdruck bzw. die Einstellung der

Druckmaschine (bzw. des Proofdruckers) den PSO

Vorgabewerten entspricht.

Sie dient überdies zur Prüfung des Datensatzes,

indem bestimmte Formen nur sichtbar werden, wenn in einer Datei beispielsweise falsche

Farbräume oder falsche Profile eingestellt sind. Speziell die Altona Technical enthält Felder, die

auf Einstellungen in den pdf Daten schließen lassen.


Eine neue Testform ist die

FograCert Testform (siehe

nebenstehende Abbildung).

Diese besteht aus der Testform

gemäß ISO 12642 mit

zusätzlichen Testfeldern für die

Kontrolle von Auflösung,

Registerhaltigkeit und

Verläufen.

Für die visuelle Beurteilung der Farbwiedergabe im Druckprozess eigenen sich die Roman 16

bvdm Referenzbilder.


Softproof

Statt der Ausgabe auf dem Proofdrucker, ist auch eine Monitordarstellung möglich. Dazu muss

ein Monitorprofil vorliegen (oder erstellt werden) und im Betriebssystem installiert werden (ist

bei Windows bei Anzeige – Eigenschaften – Erweitert – Farbverwaltung ersichtlich).

Wird ein Monitor für den Softproof verwendet, so muss er neben einer definierten und

konstanten Farbdarstellung (durch Kalibrierung und Profilierung) auch einen ausrechend

großen Farbraum (und Kontrastumfang) aufweisen. Es sollte der AdobeRGB bzw. noch besser

der ECI-RGB Farbraum (für Druck) vollständig (in allen Farbtönen muss der Monitor höhere

Sättigungen als die genannten Farbräume darstellen können) darstellbar sein.

Um am Bildschirm den Eindruck eines Papiers (Bedruckstoff lt. Simulationsprofil) zu erhalten, gibt

es oft die Option „Papierweiß simulieren“. Dann sollte RGB=255/255/255 visuell gleich der CMYK=

0/0/0/0 Darstellung bzw. dem weißen Blatt unter Normlicht D50 entsprechen. Damit diese

Darstellung am Softproof Sinn macht, sollten am Bildschirm alle weißeren Felder geschlossen

werden, sonst erscheint das simulierte Papierweiß dagegen grauer, als es eigentlich wäre. Der

Mensch sieht Farben ja immer relativ!

Mit der Option „schwarze Druckfarbe simulieren“ kann der Schwarzpunkt der Druckfarbe

(Schwarzpunkt z.B. bei L = 40 statt bei L=0) am Schirm simuliert werden.

Für den Softproof gelten folgende Betrachtungsbedingungen nach ISO 12646:

• Leuchtdichteverteilung über Bildschirm mit maximal 10 % Abweichung vom

Maximalwert

• Leuchtdichte Monitor (bei weiß) mind. 120 cd/m 2

• Weißpunkt D50, also Weißpunkt 5000 K

• Schwarzpunkt 1% des Weißwertes

• Gamma 2,0 (Umfeld dunkler) – 2,4 (Umfeld heller)

• Umgebungslicht D50, Helligkeit maximal 32 - 64 lx

• Streulicht am Bildschirm unter 5% der Leuchtdichte von Weiß (gemessen bei

abgeschaltetem Bildschirm)

Moderne Monitore ändern automatisch ihre Helligkeit in Abhängigkeit der Umgebungshelligkeit,

damit immer ein konstanter Kontrast zwischen Monitorhelligkeit und Umgebungshelligkeit

besteht.

Remote Proofing

Unter Remote Proofing versteht man die Fernausgabe des Proofs beim Kunden. Für

Stammkunden ist es sinnvoll, wenn das Proofdruckgerät oder auch ein farbverbindlicher

Monitor beim Kunden steht und von der Druckerei aus bedient (angesteuert) wird. Die

Druckerei kann dem Kunden dann den Proof elektronisch zusenden.

Der Kunde darf natürlich am Gerät keine Veränderungen vornehmen können. Die

Remoteproofgeräte müssen von der Druckerei regelmäßig kalibriert werden (auf

Standardzustand bringen bzw. diesen kontrollieren).


Fachbegriffe

CIE: Comission Internationals de l’Eclairage (Internationale Beleuchtungskommission)

Beleuchtungsstärke: Maß für die Helligkeit einer beleuchteten Fläche [lx]

Bezugslichtart: Alle Farbmesswerte von Körperfarben gelten immer in Bezug auf die

Beleuchtung des Körpers. Daher ist immer die Bezugslichtart zu den

Farbmaßzahlen anzugenben. Üblicherweise ist die Bezugslichtart D50, manchmal

auch D65 oder Normlicht C.

Buntheit: Kennzeichnung für den Grad der Farbigkeit unter Berücksichtigung der Helligkeit.

Buntton: Identisch mit dem Begriff “Farbton“;

CIE: Abkürzung für Commission Internationale de l‘Eclairage (deutsch: Farbvalenz: ist die

physiologische Vorstufe der Farbempfindung, sie ist eindeutig charakterisiert

durch die Erregungszustände der drei Zapfenarten des menschlichen Auges.

Allerdings ist auch deren Ergebnis noch nicht der Farbeindruck. Dieser entsteht

erst im Gehirn unter Berücksichtigung der mittleren Gesamthelligkeit und der

Farbkonstanzleistungen des Gehirns.

Farbprofil: Zahlenmäßige Verknüpfung von geräteabhängigen Farbdaten mit einem

geräteunabhängigen Farbraum.

Farbreiz: Strahlung, die durch Reizung der Netzhaut eine Farbwahrnehmung hervorrufen kann.

Farbtemperatur: Zahlenmäßige Größe für die Farbart einer Strahlung; identisch mit der

Temperatur des Schwarzen Körpers, bei welcher dieser eine Strahlung der

gleichen Farbart liefert.

Farbumstimmung: Anpassung des Auges an eine bestimmte Lichtart, so dass eine weiße Fläche

auch bei nicht völlig weißem Licht als weiß gesehen wird.

Farbwerte, Farbmaßzahlen: Kombination von drei Größen zur Kennzeichnung einer Farbvalenz.

Internationale Beleuchtungskommission)

Farbabstand: Distanz zwischen zwei Farborten in einem visuell gleichabständigen Farbraum.

Farbart: Oberbegriff für Farbton und Sättigung. Farben, die sich nur durch ihre Helligkeit

unterscheiden, besitzen die gleiche Farbart.

Komplementärfarben: Farben, deren additive Mischung genau Weiß (Unbunt) ergibt.

GCR: Abkürzung für Grey Component Replacement: Kennzeichnet den Grad der Rücknahme der

bunten Farben zugunsten von Schwarz bei der Reproduktion von Tertiärtönen.

Glanz: Lichtanteil, der bei gerichteter Strahlung von einer Oberfläche im gleichen Winkel

abgegeben wird.

Hellbezugswert: Maß für die Helligkeit einer Körperfarbe; identisch mit dem Normfarbwert Y.

Helligkeit: Kennzeichnung für die Stärke einer Lichtempfindung oder die Stärke der

Lichtreflexion einer Körperfarbe.

Körperfarbe: Farbe eines nicht selbstleuchtenden Körpers oder einer nicht selbst leuchtenden

Oberfläche (Gegensatz: Selbstleuchter).


metamer: Eine Farbe ist zu einer anderen Farbe metamer, wenn deren Farbvalenzen gleich

sind, deren Farbreizfunktionen jedoch verschieden.

monochromatisch: Aus einer einzigen Wellenlänge bestehend.

Normspektralwertkurven: Spektraldarstellung der Empfindlichkeit des Auges für die

Grundfarben Rot, Blau, Grün (Primärvalenzen), vorstellbar als die

Empfindlichkeitskurven der 3 Zapfenarten.

Optimalfarbe: Farbreiz, dessen Spektralverlauf nur Werte von 1 oder Null besitzen kann.

Primärvalenz: Grundfarbe in einem additiven Farbmischsystem

Reflexionsgrad: Verhältnis zwischen zurückgeworfenem und eingestrahltem Licht.

Remissionsgrad: Verhältnis der Reflexion einer Farbe zur Reflexion am Weißstandard

Sättigung: Kennzeichnung für den Grad der Farbigkeit unabhängig von der Helligkeit.

Simultankontrast: Gegenseitige Beeinflussung von Farben unterschiedlicher Helligkeit,

Buntheit oder unterschiedlichen Farbtons, wenn sie gleichzeitig betrachtet

werden. (Beispiel: Ein Rot in grünem Umfeld sieht gesättigter aus als das gleiche

Rot in grauem Umfeld.)

spektral: In Abhängigkeit der Wellenlänge.

Spektrum: Darstellung eines physikalischen Wertes für alle Wellenlängen, z.B.

Remissionsspektrum – Darstellung des Remissionsgrades für alle Wellenlängen

Spektralfarben: Farben, die nur aus einer einzelnen Wellenlänge bestehen, daher auch

monochromatische Farben. Beim Regenbogen wird weißes Licht in die

Spektralfarben aufgeteilt, daher nennt man dese auch Regenbogenfarben. Alle in

der Natur vorkommenden Farben können als additive Mischung von

Spektralfarben aufgefasst werden.

Strahlungsfunktion: Zahlenmäßige Beschreibung der spektralen Strahlungsverteilung einer

Lichtquelle oder Lichtart.

UCR: Abkürzung für Undercolour Removal: Kennzeichnet den Grad der Rückname der bunten

Farben zugunsten von Schwarz in unbunten Tönen.

Unbunt: Farbart des energiegleichen Spektrums bzw. der beleuchtenden Lichtquelle.

Weißgrad: Kennzeichnung der Farbvalenz einer weißen oder annähernd weißen Fläche durch

eine einzige Zahl, die entweder aus den Farbmaßzahlen der Farbvalenz oder aus

den Reflexionswerten errechnet wird.

Weißstandard: Absolutweiß, das in allen Wellenlängen möglichst 100% des einfallenden

Lichtes reflektiert.


Literatur und Links (Quellenhinweise)

Links

www.color.org

www.colorsystem.com

www.farbe.com

www.fogra.org

www.eci.org

www.wikipedia.org

www.techkon.de

www.gretagmacbeth.com

www.idd.tu-darmstadt.de

www.ptb.de

http://zschuessler.github.io/DeltaE/learn/

Fachbücher

Manfred Richter, Einführung in die Farbmetrik, Walter de Gruyter Verlag

Feynman, Vorlesungen über Physik Band 1, Oldenbourg Verlag

Schläpfer, K.: Farbmetrik in der grafischen Industrie

Normen

DIN ISO 13655, Spektrale Messung und farbmetrische Berechnung für graphische Objekte,

2017

ISO 11664, Farbmetrik Teil 1 - 5, 2020

DIN 5033 Teil 1 – 9, Farbmessung, 2018

ISO 5, früher DIN 16536, Farbdichtemessung an Drucken

DIN ISO 12647-2:2016, Prozesskontrolle für den Raster-Offsetdruck und Proof

DIN ISO 2846: Farbe und Transparenz der Skalendruckfarben für den Vierfarbendruck.

ISO 8254-1 TAPPI gloss: Glanzmessung nach TAPPI Methode

ISO 3664, Viewing conditions - Graphic technology and photography

ISO 22178: Testcharts

Quellenverzeichnis

Neben oben angeführten Literaturquellen sind im Skriptum folgende Quellen verwendet

Ketteler D., 2004: Helmholtz´ Theorie des Sehens, URL http://susy.germlit.rwthaachen.de/erkenntniskritik/1900/helmholtz/theoriedessehens/index.html

, zuletzt abgerufen

am 28. 8. 2018


Anhang

Formelübersicht

Normfarbwerte CIE-XYZ aus Remissionsgrad (Achtung: aus alter ISO 13655

vor 2009):

X

Y

Z

=

=

=

780 nm

X

=

380 nm

780 nm

W

Y

=

380 nm

780 nm

W

W

Z

=

380 nm

R(

)

R(

)

R(

)

Weißbezugsgrößen

XYZ von D50 - bei vollkommener Reflexion R=1 für alle λ; werden für die Berechnung von Lab

und Luv benötigt:

X n=96,422

Y n=100,0

Z n=82,521

x n=0,3457 und y n=0,3585

Normfarbwertanteile CIE-xy:

X

x =

X + Y + Z

Y

y =

X + Y + Z

CIE-Lab Farbraum

L

a

b

*

*

*

= 116

3

= 500

= 200

Y

Y

3

3

n

−16

X

X

Y

Y

n

n

−

−

3

3

Y

Y

Z

Z

n

n

C

h

*

*

=

a

2

+ b

2

b

= arctan( )

a

Bei der Berechnung von h ist eventuell (je nach Rechenhilfe) für a<0 zum errechneten Winkel

180° dazuzurechnen. Kontrolle durch Skizze mit den Vorzeichen von a und b machen!


UCS-Farbraum und CIE-Luv Farbraum:

u

=

v

=

4X

X + 15Y

+ 3Z

9Y

X + 15Y

+ 3Z

L

u

v

*

*

*

= 116

3

= 13

L

= 13

L

*

*

Y

Y

n

−16

(

u

− u

)

(

v

− v

)

n

n

uń und vń werden wie uúnd v´mit den Weißpunktkoordinaten X nY nZ n berechnet.

Berechnung von LCh erfolgt aus Luv analog wie aus Lab.

Farbabstandsberechung im CIE-Lab und Luv Farbraum

E

=

L

2

+ a

2

+ b

2

E

=

L

2

+ u

2

+ v

2

C

=

C 2

− C 1

C =

H

=

a

2

+ b

E

2

2

− L

2

− C

2

Erforderliche Angaben zur eindeutigen Charakterisierung von

Messwerten

Das Messergebnis (z.B. Lab, xy, etc.) alleine ist noch nicht ausreichend, um eine Farbe

eindeutig zu kennzeichnen, denn das Ergebnis wurde unter verschiedenen Bedingungen

ermittelt, die das Ergebnis beeinflussen. Diese Bedingungen sind daher immer anzugeben:

• Messverfahren (bzw. Messgerät selbst)

• Messgeometrie (45/0, etc.)

• Normlichtart (D50, etc.)

• Normbeobachterwinkel (2°, etc.)

• Messfilter (Polfilter, etc.)

• Messhintergrund (Schwarz, etc.)

• Messblende (3,6mm, etc.)


Farbkoordinaten einiger Lichtarten

Licht-art 2° Normalbeobachter 10° Normalbeobachter

D50 D65 C A D50 D65 C A

X n 96,42 95,05 98,07 109,85 96,72 94,81 97,28 111,14

Y n 100 100 100 100 100 100 100 100

Z n 82,49 108,90 118,22 35,58 81,44 107,34 116,14 35,2

Aus dieser Übersicht können auch Schlüsse über das Aussehen der Lichtarten (mehr oder

weniger weiß, Farbstich, etc.) gezogen werden.

Gewichtsfaktoren aus DIN ISO 13655

Gewichtsfaktoren gemäß ISO 13655

für 2° / D 50 und 20 nm Schrittweite

Wellenlänge Wx Wy Wz

nm

380 -0,007 0 -0,034

400 0,1 0,001 0,459

420 1,651 0,044 7,914

440 4,787 0,325 24,153

460 4,897 1,018 28,125

480 1,815 2,413 15,027

500 0,044 6,037 4,887

520 1,263 13,141 1,507

540 5,608 18,442 0,375

560 11,361 18,96 0,069

580 16,904 16,06 0,026

600 19,537 11,646 0,014

620 15,917 7,132 0,003

640 8,342 3,245 0

660 3,112 1,143 0

680 0,857 0,31 0

700 0,178 0,064 0

720 0,044 0,016 0

740 0,011 0,004 0

760 0,002 0,001 0

780 0,001 0 0


Normspektralwerte und Normlichtspektren

Strahlungesfunktion D50, D65 und Normspektralwertkurven für 2° Beobachter

in nm xq() yq() zq() S() - D50 S() - D65

300 - - - 0,002 0,003

310 - - - 2,1 3,3

320 - - - 7,8 20,2

330 - - - 14,8 37,1

340 - - - 18,0 39,9

350 - - - 21,0 44,9

360 - - - 24,0 46,6

370 - - - 27,0 52,1

380 0,0014 - 0,0065 24,5 50,0

390 0,0042 0,0001 0,0201 29,9 54,6

400 0,0143 0,0004 0,0679 49,3 82,8

410 0,0435 0,0012 0,2074 56,5 91,5

420 0,1344 0,0040 0,6456 60,1 93,4

430 0,2839 0,0116 1,3856 57,8 86,7

440 0,3483 0,0230 1,7471 74,8 104,9

450 0,3362 0,0380 1,7721 87,3 117,0

460 0,2908 0,0600 1,6692 90,6 117,8

470 0,1954 0,0910 1,2876 91,4 114,9

480 0,0956 0,0139 0,8130 95,1 115,9

490 0,0320 0,2080 0,4652 92,0 108,8

500 0,0049 0,3230 0,2720 95,7 109,4

510 0,0093 0,5030 0,1582 96,6 106,3

520 0,0633 0,7100 0,0782 97,1 104,8

530 0,1655 0,8620 0,0422 102,1 107,7

540 0,2904 0,9540 0,0203 100,8 104,4

550 0,4334 0,9950 0,0087 102,3 104,0

560 0,5945 0,9950 0,0039 100,0 100,0

570 0,7621 0,9520 0,0021 97,7 96,3

580 0,9163 0,8700 0,0017 98,9 95,8

590 1,0263 0,7570 0,0011 93,5 88,7

600 1,0622 0,6310 0,0008 97,7 90,0

610 1,0026 0,5030 0,0003 99,3 89,6

620 0,8544 0,3810 0,0002 99,0 87,7

630 0,6424 0,2650 - 95,7 83,3

640 0,4479 0,1750 - 98,8 83,7

650 0,2835 0,1070 - 95,7 80,0

660 0,1649 0,0610 - 98,2 80,2

670 0,0874 0,0320 - 103,0 82,3

680 0,0468 0,0170 - 99,1 78,3

690 0,0227 0,0082 - 87,4 69,7

700 0,0114 0,0041 - 91,6 71,6

710 0,0058 0,0021 - 92,9 74,3

720 0,0029 0,0010 - 76,8 61,6

730 0,0014 0,0005 - 86,5 69,9

740 0,0007 0,0002 - 92,6 75,1

750 0,0003 0,0001 - 78,2 63,6

760 0,0002 0,0001 - 57,7 46,4

770 0,0001 - - 82,9 66,8

780 - - - 78,3 63,4


Vorgaben für Prozessstandard Offsetdruck lt. PSO-HB


Messunsicherheit

Grundsätzlich ist jede Messung mit einer Messunsicherheit bzw. Ergebnisabweichung behaftet,

man unterscheidet die systematische und die statistische Ergebnisabweichung.

Die systematische Ergebnisabweichung folgt aus der Messanordnung und bedeutet, dass bei

jeder Messung eine bestimmte Abweichung vom wahren Wert vorliegt. Dieser wahre Wert ist

allerdings auch nicht ganz leicht bestimmbar, entweder durch verlässliche genaue Messgeräte

(z.B. des Eichamtes) oder durch Eichnormale bestimmbar. Die Eichnormale sind beispielsweise

Referenzfarbtafeln, deren Farbwerte sicher genau bekannt sind, und sich auch zeitlich nicht

(z.B. durch Sonnenlicht) verändern. Um systematische Abweichungen auszuschließen ist

unbedingt eine derartige Eichung erforderlich.

Die statistische Abweichung ergibt sich durch die vielen in bestimmten Bereichen

unkontrollierbaren Einflussfaktoren, wie Temperatur, etc.

Beispiel für sehr präzises (geringe statistische Abweichung) aber falsches

(systematische Abweichung) Ergebnis.

Beispiel für sehr ungenaues (große statistische

Abweichung) aber richtiges (geringe systematische

Abweichung) Ergebnis.

Vertrauensbereiche

Die statistische Unsicherheit kann durch Messung an mehreren Unterproben (verschiedenen

Stücke derselben Probe) weitgehend eliminiert werden. Man gibt dann das Ergebnis als

Mittelwert (x)± ½ Vertrauensbereich (W)

an, wobei bei größerer Streuung der Werte der Mittelwert aus mind. 8 Unterproben erstellt

werden soll. Der Vertrauensbereich errechnet sich aus der Standardabweichung der

Unterproben mal einem Faktor, der die prozentuelle Unsicherheit berücksichtigt. Für 95%

Sicherheit, dass der richtige Wert im angegebenen Intervall liegt wird die Standardabweichung

(aus 8 Unterproben) mit 0,83 multipliziert.

Allgemein gilt für die t-Verteilung (ähnlich Normalverteilung) bei n Einzelwerten aus denen

gemittelt wird (Unterprobenanzahl) für 95% Vertrauensniveau:

½ Vertrauensbereich

W = t

n

Wobei für verschiedene n folgende t n gelten:

s

n

n 3 4 5 6 7 8 10 20 100

t n 4,3 3,18 2,78 2,57 2,450 2,36 2,26 2,09 1,98


Wenn die Unsicherheit für einen einzelnen Messwert (ein „Klick“) berechnet werden soll, so

erfolgt dies ohne Division durch die Wurzel aus der Anzahl der Mittelungen. Hierbei wird zur

Berechnung des ½ Vertrauensbereiches die Standardabweichung mit t n multipliziert. In diesem

Bereich liegt der wahre Wert mit 95% Sicherheit.

Wird die Unsicherheit eines Farbmessgerätes getestet, so muss aus einer Reihe von

Messungen die Vertrauensbereiche für L, a und b berechnet werden. Aus diesen wird dann (die

Vertrauensbereiche werden als ΔL, Δa und Δb angesehen) ein ΔE Wert berechnet, der eine

Einzahlangabe für die Messunsicherheit darstellt.


Richtlinien für die Protokollerstellung

Das Protokoll erfüllt 3 wesentliche pädagogische Aufgaben:

• Den Stoff (Theorie, etc. ) in eigenen Worten, entsprechend dem eigenen

Verständnis zusammenfassen zu lernen. Das Protokoll darf bei der Projektklausur der

Reife- und Diplomprüfung auch als Unterlage verwendet werden.

• Erlernen, die Lösung einer Aufgabe, schriftlich, nachvollziehbar zu

dokumentieren.

Dies ist eine wesentliche Anforderung in vielen Berufen. Leitgedanke soll daher sein,

dass man in einem Unternehmen einen Auftrag erhält, diesen ausführt und dem

Auftraggeber einen Bericht liefert.

Die Dokumentation soll jeden in die Lage versetzen, die Aufgabe eigenständig mit

gleichen Ergebnissen zu wiederholen.

• Es soll die übersichtliche, präzise und prägnante Darstellung von

Zusammenhängen und Berichten geübt werden.

Hinweise für die Protokollausführung:

• Erstes Blatt als Deckblatt mit Name, Klasse, Datum, Anzahl der Seiten, etc. –

bzw. vorgegebenes Deckblatt verwenden.

• Protokolle geheftet im GLV-Umschlagbogen, ohne Folien abgeben.

• Nummerieren der Seiten nicht vergessen.

• Die Protokolle werden immer personenneutral (keine „Ich“-Formen, auch

„man“ vermeiden) und für zeitlos gültige Zusammenhänge zeitneutral (...der Film wird

belichtet...) verfasst. Vergangenheit nur für zeitlich vergangene einzelne Ereignisse

(..die Lampe zerbrach, daher konnte diese Auswertung nicht mehr erfolgen...). Durch

Verwendung des Nominalstils können auch „man“ Formulierungen vermieden werden.

• Empfehlenswert ist, sich ein Schema für die Formatierung und Bezeichnung von

Überschriften für alle Protokolle zurechtzulegen. In Word, Lotus, etc. gibt es dafür

Formatvorlagen!

• Den Protokollen sind alle zugrundeliegenden Filme, Drucke,

Datenerhebungsblätter, etc. beizulegen.

Aufgrund der Ziele der Protokollerstellung sind die folgenden Inhalte

erforderlich:

1. Aufgabenstellung

Es soll in kurzen Worten das konkrete Ziel (z.B. ob vom Druckprodukt XY die vorliegende

Farbabweichung zulässig ist) der Aufgabe definiert werden. Man erklärt wie man selbst den

Auftrag versteht. Dieser Punkt muss mit dem Verständnis des Auftraggebers übereinstimmen,

andernfalls liegt eine „Themenverfehlung“ vor. Typischerweise liegt die Aufgabenstellung in

einer „SOLL“-Formulierung vor (z.B. „Es soll….“).


2. Allgemeiner Teil

Hier ist die Theorie (z.B. was sind ΔE Werte) in eigenem Verständnis wiederzugeben. Was man

selbst nicht versteht, sollte nicht geschrieben werden, es könnte jederzeit jemand nachfragen,

wie etwas zu verstehen sei. Selbstverständlich sollen aber keine Fragen offenbleiben.

Vor allem sollen die Begriffe, die im Protokoll (bei Auswertungen, etc.) verwendet werden

erklärt sein.

In der Praxis ist dieser Teil sehr kurz zu halten (Gutachten sind keine Lehrbücher).

3. Verwendete Literatur

Alle Unterlagen sind eindeutig identifizierbar anzuführen und fortlaufend zu nummerieren

(/1/, /2/). Diese Nummern sind bei den entsprechenden Stellen der Verwendung (z.B. im

Allgemeinen Teil) anzugeben.

Bei Internetquellen ist die URL sowie das Datum des letzten Aufrufes („zuletzt aufgerufen am

…“) anzugeben.

4. Verwendete Geräte und Hilfsmittel

Alle für die Aufgabe erforderlichen Geräte werden aufgelistet. Dabei muss jedes Gerät

eindeutig identifizierbar angegeben werden (Art, Hersteller, Typ, Inventarnummer, ...).

5. Messdurchführung

Hier soll der gesamte Messaufbau beschrieben werden, wenn erforderlich die Handhabung von

Geräten, etc. Es ist schlagwortartig in chronologischer Reihenfolge der Ablauf der Arbeiten

anzugeben, so dass diese anhand des Protokolls jederzeit wiederholt werden können.

Störungen sind ebenfalls zu protokollieren.

6. Messergebnisse und Auswertung

Alle direkten Messergebnisse sind anzuführen. Zusätzlich müssen alle relevanten

Umgebungsbedingungen angegeben werden, die einen Einfluss auf das Messergebnis haben

(z.B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Lichtverhältnisse, unerwartete Störungen, ...).

• Für die Auswertung sind alle verwendeten Formeln anzugeben. Jede errechnete

Zahl muss nachvollziehbar sein.

• Ergebnisse sind folgendermaßen anzugeben: Formelzeichen für die

entsprechende Größe, Zahlenwert, Einheit.

• Tabellen sollen durch Nummerierung leicht identifizierbar sein, um auch

einfach darauf verweisen zu können. Oft ist auch günstig die Spalten zu nummerieren.

• In Tabellen ist in einer Legende jede Spalte bzw. Zeile zu erklären (sofern nicht

aus Kurzzeichen eindeutig).

• Graphische Darstellungen und Diagramme sind wesentlich, weil sie kurz und

deutlich Zusammenhänge sichtbar machen.

• Kurvenverläufe von Graphen sind sinnvoll auszurunden, keine Ecken in Kurven

außer es ist physikalisch sinnvoll. Messwerte sind exakt als Punkte einzuzeichnen.

• Bei Diagrammen darf nicht auf die genaue Bezeichnung der auf den Achsen

aufgetragenen Größen mit Einheiten und Maßstab vergessen werden.

7. Beurteilung und Diskussion der Ergebnisse


Während im Teil Messergebnisse keine Interpretation der Ergebnisse erfolgt, werden hier

Schlüsse und Beurteilungen gezogen. Jeder Schluss muss nachvollziehbar sein, die zugrunde

liegenden Messergebnisse müssen genannt werden.

Die Interpretationen sollen nicht nur allgemein erfolgen, sondern konkret aus den eigenen

Ergebnissen abgeleitet sein. Dabei sollen durchaus die Zahlenwerte der Messergebnisse

nochmals angeführt und Sollwerten bzw. sonstigen Vergleichswerten gegenübergestellt

werden. Die Messergebnisse können dabei auch zusammengefasst („…liegen zwischen 0,4 und

0,7…“) werden, bzw. es können auch nur einzelne Messergebnisse herausgegriffen dargestellt

werden.

Oft ist es günstig mehrere Messergebnisse und deren Beurteilung zu einem Punkt

zusammenzufassen, weil sonst die Struktur des Protokolls unübersichtlich wird.

8. Zusammenfassung

Hier werden kurz die Aufgabenstellung und die Ergebnisse zusammengefasst. Ein Auftraggeber

soll daraus seine Frage und die Antwort auf die von ihm gestellte Frage ersehen. Auch hierbei

sollen wichtige Zahlenwerte der Ergebnisse nochmals angeführt werden.

Wer auch wissen will, wie diese Antwort ermittelt wurde, bzw. wie sie näher begründet wird,

der liest das gesamte Protokoll.

9. Sonstige Bemerkungen

Wird nur verwendet, wenn Abweichungen vom geplanten Übungsprogramm vorgefallen sind.

Wenn sich im Unterricht ein Teil der betreffenden Übung nicht ausgeht oder wesentliche

Abweichungen erforderlich waren, so soll dies extra bemerkt werden. Die Punkte 1 – 8 des

Protokolls sollen in sich abgeschlossen ausgeführt werden, also nur alle durchgeführten

Messungen sollen von Aufgabenstellung bis Zusammenfassung darin vollständig erfasst sein.

Nicht durchgeführte Teile eben nur im Punkt „9. Sonstige Bemerkungen“ anführen.


Anleitung Spektralphotometer




Skriptum zur Farbmetrik 13 Auflage.doc

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