Skriptum zur Farbmetrik 13 Auflage.doc
Unterrichtsunterlage von Prof. Niedl an der Graphischen Unterrichtsunterlage von Prof. Niedl an der Graphischen
Graphische - Skriptum Farbmetrik 1 von 124Unterrichtsskriptum zu Farbmessung,Farbmanagement, Standardisierung13. AuflageProf. Dipl.-Ing. Manfred Niedl, MScHöhere GraphischeBundes-Lehr- und Versuchsanstalt
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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
Graphische - Skriptum Farbmetrik 3 von 124
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
4 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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
Graphische - Skriptum Farbmetrik 5 von 124
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
6 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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
Graphische - Skriptum Farbmetrik 7 von 124
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
8 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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
Graphische - Skriptum Farbmetrik 9 von 124
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.
10 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 11 von 124
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
12 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 13 von 124
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.
14 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 15 von 124
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.
16 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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
Graphische - Skriptum Farbmetrik 17 von 124
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.
18 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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:
Graphische - Skriptum Farbmetrik 19 von 124
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
20 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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
Graphische - Skriptum Farbmetrik 21 von 124
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
22 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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
Graphische - Skriptum Farbmetrik 23 von 124
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
24 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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
Graphische - Skriptum Farbmetrik 25 von 124
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
26 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 27 von 124
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
28 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 29 von 124
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.
30 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 31 von 124
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)
32 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 33 von 124
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
34 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 35 von 124
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.
36 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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:
Graphische - Skriptum Farbmetrik 37 von 124
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
38 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 39 von 124
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:
40 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 41 von 124
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*
42 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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
Graphische - Skriptum Farbmetrik 43 von 124
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
44 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
u`n und v´n werden aus den Formeln für u´und 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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 45 von 124
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:
46 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 47 von 124
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):
48 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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 =
Graphische - Skriptum Farbmetrik 49 von 124
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
50 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 51 von 124
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.
52 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 53 von 124
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 -
54 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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:
Graphische - Skriptum Farbmetrik 55 von 124
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
56 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 57 von 124
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.
58 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 59 von 124
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.
60 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 61 von 124
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.
62 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 63 von 124
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.
64 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 65 von 124
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):
66 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 67 von 124
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.
68 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 69 von 124
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.
70 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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
Graphische - Skriptum Farbmetrik 71 von 124
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.
72 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 73 von 124
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.
74 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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
Graphische - Skriptum Farbmetrik 75 von 124
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.
76 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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
Graphische - Skriptum Farbmetrik 77 von 124
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.
78 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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
Graphische - Skriptum Farbmetrik 79 von 124
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).
80 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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
Graphische - Skriptum Farbmetrik 81 von 124
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.
82 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 83 von 124
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.
84 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 85 von 124
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
86 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 87 von 124
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.
88 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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
Graphische - Skriptum Farbmetrik 89 von 124
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.
90 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 91 von 124
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
92 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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
Schwarz Cyan Magenta Gelb
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
Graphische - Skriptum Farbmetrik 93 von 124
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
Schwarz Cyan Magenta Gelb
ΔE ab (normativ) 4 4 4 5
ΔH ab (normativ) 3 3 3
ΔE 00 (informativ) 4 2,8 2,8 3,5
94 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 95 von 124
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:
96 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
gestrichen /
ungestrichen
Farbe
ohne Polfilter
Papier
ohne Polfilter
Farbe
mit Polfilter
Papier
mit Polfilter
Schwarz Cyan Magenta Gelb
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:
Schwarz Cyan Magenta Gelb
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
Graphische - Skriptum Farbmetrik 97 von 124
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
98 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 99 von 124
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.
100 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 101 von 124
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
102 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 103 von 124
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.
104 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 105 von 124
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.
106 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 107 von 124
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).
108 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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).
Graphische - Skriptum Farbmetrik 109 von 124
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.
110 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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
Graphische - Skriptum Farbmetrik 111 von 124
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!
112 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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
u´n und v´n werden wie u´und 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.)
Graphische - Skriptum Farbmetrik 113 von 124
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
114 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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
Graphische - Skriptum Farbmetrik 115 von 124
Vorgaben für Prozessstandard Offsetdruck lt. PSO-HB
116 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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
Graphische - Skriptum Farbmetrik 117 von 124
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.
118 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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….“).
Graphische - Skriptum Farbmetrik 119 von 124
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
120 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik
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.
Graphische - Skriptum Farbmetrik 121 von 124
Anleitung Spektralphotometer
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Graphische - Skriptum Farbmetrik 123 von 124
124 von 124 Graphische - Skriptum Farbmetrik