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TECHKON<br />

The Color Managers<br />

Farbmesstechnik<br />

für die graphische<br />

Industrie.<br />

1


2<br />

Inhalt<br />

Was ist Farbe ?______________________ 3<br />

Licht und Farbe<br />

Wie sehen unsere Augen ?<br />

Farbmischungen ____________________ 5<br />

Additive Farbmischung<br />

Subtraktive Farbmischung<br />

Autotypische Farbmischung<br />

Farbsysteme und Farbmetrik _________ 6<br />

Normfarbwerte XYZ<br />

CIE Normfarbtafel<br />

CIELAB und CIELUV<br />

Farbdifferenzen<br />

Metamerie<br />

Farbmessung ______________________ 12<br />

Messprinzip<br />

Dreibereichsverfahren<br />

Spektrale Verfahren<br />

Spektrale Dichtemessung<br />

Impressum<br />

Autor: Dr.-Ing. Harald Krzyminski, TECHKON <strong>GmbH</strong><br />

Layout/Composing: SKGraphikDesign, Berlin<br />

Tel./Fax ++49 (0)30-78 71 05 14<br />

E-Mail: SKGraphikDesign@compuserve.de<br />

Druck: Compress Digitaldruck <strong>GmbH</strong>, Kronberg/Ts.<br />

Tel. ++49 (0)6173-32 19 36<br />

E-Mail: comdigi@aol.com<br />

TECHKON <strong>GmbH</strong><br />

Wiesbadener Straße 27<br />

D-61462 Königstein/Ts.<br />

Tel. ++49 (0)6174-92 44 50<br />

Fax ++49 (0)6174-92 44 99<br />

http://www.techkon.com<br />

E-Mail: info@techkon.com Copyright © 2001 • 2. Auflage 2003


Was ist<br />

Farbe ?<br />

Licht und Farbe<br />

Grundsätzlich sehen wir Farben nur bei hinreichend hellem Licht.<br />

Licht ist Strahlung, die aus elektromagnetischen Wellen besteht.<br />

Eine bestimmte Wellenlänge entspricht einer bestimmten Farbe.<br />

Licht wird von Selbstleuchtern wie der Sonne, einer Glühbirne oder<br />

einem Bildschirm ausgestrahlt. Meistens besteht ihre Strahlung aus<br />

einer Mischung von verschiedenen Wellenlängen, von denen für<br />

uns nur der Bereich von 380 bis 780 nm (Nanometer) zwischen<br />

Ultraviolett und Infrarot sichtbar ist.<br />

Das weiße Tageslicht enthält alle Wellenlängen in annähernd<br />

gleichmäßiger Verteilung. Im blauen Licht überwiegt die Intensität<br />

der kurzen, im roten Licht die der langen Wellenlängen. Mit einem<br />

Prisma können wir die Farbanteile erkennen.<br />

Die Farben des Regenbogens entstehen durch<br />

die spektrale Zerlegung des weißen Lichts.<br />

Nachts sind alle Katzen grau. Erst durch Licht entstehen Farben.<br />

Ein Sonderfall ist das monochromatische Licht der Laser, das nur eine<br />

Wellenlänge besitzt. Typisch dafür ist das rote Licht des HeNe-Lasers<br />

mit der Wellenlänge von 632 nm.<br />

Die meisten Gegenstände, die wir farbig sehen, sind jedoch keine<br />

Selbstleuchter, sondern Objekte, die das Licht von Selbstleuchtern<br />

in Körperfarbe umwandeln. Die Farben dieser Objekte entstehen,<br />

indem sie einen Teil des Lichtes absorbieren und den Rest reflektieren.<br />

400 nm 450 nm 500 nm 550 nm 600 nm 650 nm 700 nm 750 nm<br />

3


4<br />

Wie sehen unsere Augen ?<br />

Die Netzhaut in unseren Augen besteht aus zwei Arten<br />

von lichtempfindlichen Zellen:<br />

• rund 120 Millionen Zellen für die Wahrnehmung von<br />

Schwarz, Weiß und Grautönen<br />

• rund 6 Millionen Zellen für die Wahrnehmung von<br />

Farben.<br />

Es gibt drei Arten der farbempfindlichen Zellen, die<br />

auf drei verschiedene Wellenlängenbereiche reagieren:<br />

Rot, Grün und Blau. Aus den roten, grünen und blauen<br />

Signalen bilden wir eine Farbmischung. Daraus entsteht<br />

die Fähigkeit, mehrere Millionen Farben unterscheiden<br />

zu können.<br />

Die spektrale Empfindlichkeit für Rot, Grün und Blau<br />

wurde 1931 von der CIE (Commission Internationale de<br />

l’Eclairage) an Testpersonen untersucht. Das Ergebnis der<br />

Untersuchung sind die Normspektralwertfunktionen für<br />

den Normalbeobachter, der unser durchschnittliches Farbwahrnehmungsvermögen<br />

repräsentiert. Diese Empfindlichkeitskurven<br />

sind die Grundlage jeder Farbmessung.<br />

Die CIE hat den 2°- und den 10°-Normalbeobachter<br />

definiert, weil wir kleine Objekte, die wir unter einem<br />

kleinen Winkel ansehen, farblich etwas anders wahrnehmen<br />

als größere Objekte, die wir unter einem Winkel von<br />

10° und größer betrachten.<br />

Die Farbwahrnehmung ist jedoch keine absolute Sinnesgröße,<br />

sondern eine subjektive Empfindung, die von<br />

vielen Faktoren beeinflusst wird. Während wir Farbunterschiede<br />

zwischen zwei nebeneinander liegenden<br />

Farbtönen sehr gut feststellen können, fällt es uns schwer,<br />

uns an Farben genau zu erinnern und sie sicher wieder zu<br />

erkennen. Deshalb ist es notwendig, Farben zu messen,<br />

damit Farben unabhängig vom visuellen Eindruck durch<br />

Zahlen exakt bestimmt und reproduziert werden können.<br />

Normspektralwerte<br />

2,0<br />

1,5<br />

1,0<br />

0,5<br />

0<br />

z(λ)<br />

2° 10°<br />

2° und 10° Blickwinkel des Normalbeobachters.<br />

Kleine Farbflächen sehen wir etwas anders als große.<br />

y(λ)<br />

x(λ)<br />

400 nm 500 nm<br />

600 nm<br />

10°<br />

2°<br />

So sieht der Mensch die Farben.<br />

Die Normspektralwertfunktionen für den<br />

2°- und 10°- Normalbeobachter beschreiben<br />

unsere Empfindlichkeit für Rot, Grün, und Blau.<br />

700 nm


Farbmischungen<br />

Um die Wahrnehmung von Farben verstehen zu können, ist es wichtig,<br />

die Prinzipien der Farbmischung zu kennen.<br />

Additive Farbmischung<br />

Sie liegt bei allen Farberscheinungen vor, die von Selbstleuchtern ausgehen<br />

und besteht aus der Kombination der primären Lichtfarben Rot, Grün und<br />

Blau. Die Primärfarben sind Grundfarben, die sich nicht durch Mischen aus<br />

anderen Farben gewinnen lassen. Sie sind ihrerseits aber in der Lage, alle<br />

anderen Farben zu erzeugen.<br />

Die additive Farbmischung führt zu folgenden Ergebnissen:<br />

Rot + Grün = Gelb<br />

Blau + Grün = Cyan<br />

Rot + Blau = Magenta<br />

Rot + Grün + Blau = Weiß<br />

Mischt man die drei Grundfarben des Lichts in gleichen Anteilen, erhält<br />

man weißes Licht. Dabei werden die Helligkeiten der Lichtfarben bei ihrem<br />

Zusammentreffen addiert. Das Ergebnis einer additiven Mischung ist also<br />

stets heller als die daran beteiligten Einzelfarben. Das Farbfernsehen ist ein<br />

typisches Beispiel der additiven Farbmischung.<br />

Subtraktive Farbmischung<br />

Die subtraktive Farbmischung der Körperfarben ist der additiven Farbmischung<br />

der Lichtfarben genau entgegengesetzt. Die Sekundärfarben Magenta, Gelb<br />

und Cyan der subtraktiven Farbmischung entsprechen den Primärfarben der<br />

additiven Farbmischung, wie die Tabelle der Mischergebnisse zeigt.<br />

Magenta + Gelb = Rot<br />

Cyan + Gelb = Grün<br />

Cyan + Magenta = Blau<br />

Cyan + Magenta + Gelb = Schwarz<br />

Die Mischung von zwei Primärfarben erzeugt Sekundärfarben. Die Mischung<br />

von zwei Sekundärfarben führt wiederum zu Primärfarben. Mischt man die<br />

sekundären Grundfarben in gleichen Anteilen erhält man die Körperfarbe<br />

Schwarz. Aus Sekundärfarben erzeugte Farben sind immer dunkler als ihre<br />

Ausgangsfarben.<br />

Additive Farbmischung der Lichtfarben.<br />

So entstehen die Bilder des Farbfernsehens.<br />

Subtraktive Farbmischung der Körperfarben.<br />

So entstehen zum Beispiel Graffiti und Plakate.<br />

5


6<br />

Die autotypische Farbmischung ist ein<br />

Sonderfall des mehrfarbigen Rasterdrucks.<br />

Mit einer Lupe erkennt man die subtraktiven<br />

Farbanteile der Rasterstruktur.<br />

Ohne Lupe sieht man das additive Bild.<br />

(E.L. Kirchner, Berliner Straßenszene, 1913,<br />

Details)<br />

Die Farbe des Hintergrunds dient zur<br />

Demonstration und entspricht nicht<br />

genau den angegebenen Farbwerten.<br />

Autotypische Farbmischung<br />

Die autotypische Farbmischung entsteht beim mehrfarbigen<br />

Rasterdruck. Die Rasterpunkte der Farben Cyan, Magenta<br />

und Gelb werden zum Teil nebeneinander und zum Teil übereinander<br />

gedruckt. Weil die Druckfarben durchscheinend sind,<br />

entstehen in den Bereichen des Übereinanderdrucks die Farben<br />

Rot, Grün, Blau und Schwarz als Ergebnis einer subtraktiven<br />

Farbmischung.<br />

Betrachtet man die einzelnen Rasterpunkte mit einer Lupe, sieht<br />

man die subtraktiv gebildeten Farben. Ohne Lupe löst das Auge<br />

die Rasterpunkte nicht auf und sieht Farben, die durch eine<br />

additive Mischung der von den Rasterpunkten reflektierten Farben<br />

erzeugt werden. Der Wechsel von der subtraktiven zur additiven<br />

Farbmischung wird als autotypische Farbmischung bezeichnet.<br />

Farbsysteme<br />

und Farbmetrik<br />

Normfarbwerte XYZ<br />

Grundlage jeder zahlenmäßigen Bewertung von Farben durch Messen<br />

sind die Normspektralwertfunktionen. Aus ihnen gewinnt man mit dem<br />

Farbmessgerät die Normfarbwerte XYZ einer Farbe. Mit den Normfarbwerten<br />

XYZ werden alle weiteren farbmetrischen Kennwerte wie<br />

beispielsweise L*a*b* und L*u*v* berechnet. Die Normfarbwerte XYZ<br />

führen zu einer eindeutigen, zahlenmäßigen Beschreibung einer Farbe.<br />

Ein bestimmtes Orange besitzt zum Beispiel bezogen auf die Normlichtart<br />

D 65 und ein 10° Gesichtsfeld die Normfarbwerte:<br />

X = 49,13 für den Rotanteil<br />

Y = 34,51 für den Grünanteil<br />

Z = 2,67 für den Blauanteil.<br />

Keine andere Farbe besitzt dieselben Werte. Für den genormten vollkommen<br />

mattweißen Körper liegen die XYZ-Werte bei 100.


Unsere Wahrnehmung der Farben hängt von den<br />

Lichtverhältnissen ab. Der Farbeindruck von einem<br />

Gegenstand verändert sich, je nachdem ob wir ihn<br />

bei Tageslicht oder unter künstlichem Licht betrachten.<br />

Die Normfarbwerte XYZ werden deshalb auf Normlichtarten<br />

bezogen, deren spektrale Zusammensetzung von<br />

der CIE festgelegt worden ist.<br />

Die wichtigen genormten Lichtarten sind:<br />

• Lichtart A für das Glühlampenlicht<br />

• C, D 50 und D 65 für unterschiedliches Tageslicht.<br />

CIE Normfarbtafel<br />

Man erkannte sehr früh, dass die Normfarbwerte XYZ<br />

unanschaulich sind und keine Vorstellung vom Farbton<br />

und der Helligkeit einer Farbe vermitteln.<br />

Ein erster Versuch der CIE, diesen Mangel zu beseitigen,<br />

bestand im Entwurf der CIE Normfarbtafel, deren<br />

Koordinaten die Normfarbwertanteile x und y sind.<br />

Die Farbkoordinaten x und y werden durch den Normfarbwert<br />

Y ergänzt, der die Helligkeit der Farbe angibt.<br />

Damit entsteht ein Farbenraum mit den Koordinaten<br />

Yxy. In ihm wird der Farbort einer Farbe durch drei<br />

Werte festgelegt, ein Charakteristikum, das sich auch<br />

bei den neueren Farbmodellen CIELAB und CIELUV<br />

wieder findet.<br />

Die Farbwertanteile werden nach den Gleichungen<br />

und<br />

x =<br />

y =<br />

X<br />

X+Y+Z<br />

Y<br />

X+Y+Z<br />

berechnet und liegen zwischen 0 und 1.<br />

Y liegt zwischen 0 für Schwarz und 100 für Weiß.<br />

y<br />

0,8<br />

0,7<br />

0,6<br />

0,5<br />

0,4<br />

0,3<br />

0,2<br />

0,1<br />

0<br />

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8<br />

x<br />

Die CIE Normfarbtafel zeigt die aus den Primärfarben<br />

Rot, Grün und Blau additiv darstellbaren Farben.<br />

Technische Verfahren können nur einen Ausschnitt des<br />

theoretischen Farbumfangs wiedergeben.<br />

Oranger Umriss: Farbumfang des vierfarbigen Offsetdrucks.<br />

Gelber Umriss: Farbumfang eines Monitors.<br />

Für das Beispiel Orange betragen die Werte:<br />

Y = 34,51<br />

x = 0,569<br />

y = 0,400.<br />

7


8<br />

CIELAB und CIELUV<br />

1976 optimierte die CIE die Farbsysteme durch zwei<br />

neue Farbenräume mit den genormten Bezeichnungen:<br />

-a<br />

Grün<br />

• L*a*b*-Farbenraum CIE 1976<br />

• L*u*v*-Farbenraum CIE 1976.<br />

CIELAB und CIELUV sind heute die wichtigsten Farbenräume<br />

für die Beurteilung und Darstellung von Körperfarben.<br />

Die Gleichungen für die Berechnung von<br />

L*a*b*<br />

L*u*v*<br />

und der davon abgeleiteten Polarkoordinaten<br />

L*C*h*<br />

sind 1990 in einer Neufassung der Norm DIN 5033-3<br />

festgelegt worden. Basis der Berechnungen sind wieder<br />

die Normfarbwerte XYZ.<br />

+b<br />

Gelb<br />

h<br />

-b<br />

Blau<br />

a<br />

C<br />

b<br />

+a<br />

Rot<br />

Der CIELAB-Kreis zeigt einen Querschnitt des Farbenraums.<br />

Der Farbort einer Farbe wird im L*a*b*-Farbenraum durch<br />

die senkrechte Helligkeitskoordinate L und die Farbkoordinaten<br />

±a und ±b festgelegt. Die Sättigung C ist im Zentrum der<br />

L-Achse null und nimmt nach außen hin zu.<br />

Im L*a*b*-Farbenraum sind die Farbwerte durch<br />

definiert.<br />

-a*<br />

-b*<br />

L = 100<br />

L = 0<br />

L* für die Helligkeit<br />

a* für den Rot-Grün-Wert<br />

b* für den Gelb-Blau-Wert<br />

L<br />

+b*<br />

+a*<br />

C* bezeichnet die Sättigung<br />

h* bezeichnet den Farbton im<br />

CIELAB-Kreis


L* beträgt zwischen 0 für Schwarz und 100 für Weiß.<br />

Die Helligkeitswerte liegen auf einer vertikalen Achse<br />

im Zentrum des Farbenraums.<br />

Die Achse a beschreibt den Verlauf von Grün nach Rot,<br />

die Achse b den Verlauf von Blau nach Gelb. Die Werte<br />

von a* sind negativ im Grünbereich und positiv im<br />

Rotbereich. Analog ist b* negativ im Blaubereich und<br />

positiv im Gelbbereich. Im farblosen Zentrum des CIE-<br />

Kreises sind a und b null. Der Sättigungswert C ist<br />

ebenfalls null im Zentrum und nimmt nach außen hin<br />

in allen Richtungen zu.<br />

Im CIELUV Farbenraum sind die Farbkoordinaten a* und<br />

b* durch u* und v* ersetzt. L* ist für beide Farbenräume<br />

gleich.<br />

Für das gewählte Beispiel Orange betragen die beschriebenen<br />

Kennwerte:<br />

L* = 65,37 L* = 65,37<br />

a* = 50,86 u* = 122,37<br />

b* = 21,92 v* = 60,22<br />

C* ab = 96,42 C* uv = 136,38<br />

h* ab = 58,17° h* uv = 26,20°<br />

Sie zeigen den Grundgedanken der neuen Farbenräume,<br />

nämlich die Beschreibung der Farben durch Maßzahlen<br />

für<br />

• Helligkeit<br />

• Farbton und<br />

• Sättigung.<br />

Die Anschaulichkeit der neuen Farbenräume wird mit<br />

Farbmaßzahlen erreicht, die mit weniger anschaulichen<br />

Formeln berechnet werden - was am Beispiel der CIELAB<br />

Formeln deutlich wird.<br />

3<br />

L*=116 √(Y/Yn)-16<br />

3 3<br />

a*=500[ √(X/Xn)-√(Y/Yn)]<br />

3 3<br />

b*=200[ √(Y/Yn)-√(Z/Zn)]<br />

C*ab= √(a* 2 +b* 2 )<br />

hab= arctan(b*/a*)<br />

In diesen Formeln sind X n , Y n und Z n die Normfarbwerte<br />

eines vollkommen mattweißen Körpers für eine bestimmte<br />

Lichtart. X n , Y n und Z n definieren den Unbuntpunkt<br />

im Farbenraum. Das ist der Bezugspunkt der<br />

Farbkoordinaten.<br />

9


10<br />

∆E<br />

A<br />

A'+b*<br />

B<br />

-a* +a*<br />

-b*<br />

L*<br />

Der gesamte Abstand von zwei Farben A und B<br />

wird mit ∆E bezeichnet. ∆E berücksichtigt die<br />

Abweichungen von Farbton, Helligkeit und<br />

Sättigung.<br />

Farbdifferenzen<br />

Ein besonderer Vorzug der Farbenräume L*a*b* und L*u*v* besteht darin,<br />

dass sie Farbabweichungen empfindungsgemäß gleichabständig<br />

darstellen. Das erleichtert die Beurteilung von Farbdifferenzen zwischen<br />

Soll- und Istproben.<br />

Farbdifferenzbestimmungen sind die Grundlage für die Beurteilung der<br />

Farbqualität. Das gilt für alle Bereiche der Herstellung und Anwendung<br />

von Farben und vor allem natürlich für die graphische Industrie.<br />

Hier werden an die Qualität und Übereinstimmung der farbigen Darstellungen<br />

wachsende Anforderungen gestellt und durch besondere Verfahren<br />

und moderne Messtechnik auch erfüllt.<br />

Farbdifferenzen werden durch ∆-Werte (∆ = Delta) quantifiziert. ∆-Werte<br />

sind die Differenz zwischen Istwert und Sollwert. Alle Farbmaßzahlen<br />

können als ∆-Werte benutzt werden.<br />

Zum Beispiel:<br />

∆L* für Helligkeitsdifferenzen<br />

∆C* für Sättigungsdifferenzen<br />

∆a*, ∆b*, ∆u*, ∆v*, ∆h* für Farbdifferenzen.<br />

Eine besondere Bedeutung haben im praktischen Gebrauch die ∆E-Werte,<br />

die den gesamten Farbabstand nach Helligkeit, Sättigung und Farbton<br />

bewerten. Im L*a*b*-Farbenraum ist ∆E* ab die Resultierende aus ∆L*, ∆a*<br />

und ∆b*. Sie wird nach der Gleichung<br />

∆E*ab= √∆L* 2 +∆a* 2+ +∆b* 2<br />

berechnet. In gleicher Form ( ∆E*uv= √∆L* ) wird ∆E* für den<br />

uv<br />

L*u*v*-Farbenraum berechnet.<br />

2 +∆u* 2+ +∆v* 2<br />

Farbdifferenzen unter ∆E* ab = 1 sind praktisch unsichtbar,<br />

Abweichungen von ∆E* ab = 3 und größer sind deutlich zu erkennen.<br />

Dabei sind Abweichungen bei hellen und gering gesättigten Farben<br />

störender als bei kräftigen Farben.<br />

Weitere bekannte Bewertungen für den gesamten Farbabstand sind ∆E* CMC<br />

und das neu definierte, noch nicht genormte ∆E* 94 .


Metamerie<br />

Metamerie ist die Farbabweichung zwischen zwei oder mehreren<br />

Proben, die aus einem Wechsel oder einer Veränderung des<br />

Umgebungslichts resultiert. Zwei Proben können zum Beispiel<br />

bei Tageslicht vollkommen gleich aussehen, bei künstlichem Licht<br />

jedoch deutlich voneinander abweichen.<br />

Metamerie hat nichts mit der bekannten alltäglichen Erscheinung<br />

zu tun, dass ein Gegenstand bei verschiedener Beleuchtung seine<br />

Farbe ändert. Wenn ein weißes Kleid unter einem roten Sonnenschirm<br />

rötlich erscheint und unter einem gelben Sonnenschirm<br />

gelblich, dann ist das keine Metamerie. Das Phänomen Metamerie<br />

entsteht erst, wenn zum weißen Kleid ein weißer Hut gehört und<br />

beide unter dem einen Sonnenschirm gleich aussehen, jedoch<br />

unter dem anderen Sonnenschirm voneinander verschieden sind.<br />

Metamerie entsteht somit nie an einer Probe allein, sondern<br />

ist der mit dem Licht veränderliche Farbunterschied zwischen<br />

zwei oder mehreren Proben.<br />

Metamerie entsteht, wenn die Remissionskurven (siehe Seite 13)<br />

von zwei Proben leichte Unterschiede aufweisen. Der Unterschied<br />

der Remission ist derart, dass er unter einem bestimmten Licht zu<br />

keiner sichtbaren Farbdifferenz führt, unter einem anderen Licht<br />

hingegen eine deutliche Farbabweichung verursacht.<br />

Farben dieser Art nennt man bedingt gleiche Farben im Unterschied<br />

zu gleichen Farben, die aufgrund vollkommen identischer<br />

Remissionskurven unter jedem Licht gleich aussehen.<br />

Am stärksten unterscheiden sich metamere Farben beim Wechsel<br />

von sehr verschiedenem Licht, etwa beim Wechsel von Tageslicht<br />

zum Kunstlicht. Der in der Norm DIN 6172 definierte Metamerie-<br />

Index wird deshalb vorzugsweise für den Wechsel von den Tageslichtarten<br />

C, D 50 und D 65 zur Kunstlichtart A durch Messung<br />

mit einem Spektralphotometer bestimmt.<br />

Metamerie hat große Bedeutung bei der Auswahl von Textilfarben.<br />

Aber auch Druckerzeugnisse, insbesondere deren Sonderfarben,<br />

sollen möglichst frei von Metamerie sein.<br />

Gleicher Farbeindruck bei Tageslicht<br />

Probe 1 Probe 2<br />

Farbabweichung bei Kunstlicht durch Metamerie<br />

Probe 1 Probe 2<br />

Metamere Farben verändern ihren sichtbaren<br />

Farbabstand mit den Lichtverhältnissen.<br />

Probe 1<br />

Probe 2<br />

Ursache der Metamerie sind etwas voneinander<br />

abweichende Remissionskurven. Metamere<br />

Farben sind bedingt gleiche Farben. Sie<br />

erscheinen nur bei bestimmtem Licht gleich.<br />

11


12<br />

Farbmessung<br />

Messprinzip<br />

Farbmessungen haben das Ziel, den visuellen Eindruck einer Farbe mit Farbmaßzahlen<br />

objektiv zu beschreiben und zu quantifizieren. Damit gelingt es,<br />

Farben nach Zahlen festzulegen und die Farbinformation ohne Farbmuster allein<br />

durch Zahlen zu übermitteln. Eine weitere wichtige Anwendung ist das Messen<br />

von Farbdifferenzen zwischen Muster und Druckergebnis zur Qualitätssicherung<br />

beim Drucken. Farbmessungen sind auch die Grundlage der Rezeptierung von<br />

Sonderfarben. Ein neues Anwendungsgebiet ist die Farbcharakterisierung offener<br />

DTP-Systeme im Rahmen des Color Management.<br />

Für diese Aufgaben stehen zwei Messverfahren zur Verfügung:<br />

• das Dreibereichsverfahren<br />

• das Spektralverfahren.<br />

Beide Verfahren sind in der Norm DIN 5033 beschrieben.<br />

Z Y X<br />

Das Dreibereichsverfahren arbeitet nach dem Prinzip<br />

unserer Augen. Die Farbanteile von Rot, Grün und Blau<br />

werden von drei Sensoren erfasst.<br />

Dreibereichsverfahren<br />

Das von einer Lampe ausgestrahlte Messlicht wird an der Probe<br />

reflektiert und von drei Sensoren empfangen. Vor den Sensoren<br />

sitzen Filter, die in den drei Farbkanälen eine spektrale Empfindlichkeit<br />

herstellen, die den Normspektralwertfunktionen entspricht<br />

und damit die spektrale Empfindlichkeit der Netzhaut<br />

simuliert. Die Auswertung der von den Sensoren kommenden<br />

Signale ergibt unmittelbar die Normfarbwerte XYZ für Rot, Grün<br />

und Blau, die dann für alle weiteren farbmetrischen Berechnungen<br />

benutzt werden.<br />

Das einfache Messprinzip ermöglicht preiswerte, zuverlässige<br />

Messgeräte. Sie erreichen trotz ständiger Verbesserungen nicht<br />

die absolute Messgenauigkeit der Spektralphotometer, sind aber<br />

für Vergleichsmessungen gut geeignet.<br />

Systembedingte Einschränkungen sind die unvollkommene<br />

Simulation von mehreren Lichtarten, das Fehlen der spektralen<br />

Remissionswerte und der Metameriemessung.


Spektrale Verfahren<br />

Spektralphotometer messen die Remissionswerte des gesamten<br />

sichtbaren Spektrums. Dabei wird das Spektrum in Abschnitte<br />

geteilt, deren Bandbreite 10 bis 20 nm beträgt. Jeder Abschnitt<br />

ergibt einen Remissionswert. Die spektrale Zerlegung des von<br />

der Probe reflektierten Messlichts erfolgt in modernen Messgeräten<br />

durch Gitter-Dioden-Module oder Filter-Dioden-<br />

Module.<br />

Das vom Beugungsgitter des Gitter-Dioden-Moduls zerlegte<br />

Licht, wird auf eine Diodenzeile mit vorzugsweise 256 aneinander<br />

gereihten Dioden projiziert. Die durch die vielen<br />

Dioden hochaufgelösten Signale werden von einer Elektronik<br />

zunächst verstärkt, digitalisiert und weiter ausgewertet. Man<br />

erhält damit als erstes Ergebnis der spektralen Messung die<br />

Reihe der Remissionswerte und ihre graphische Darstellung<br />

als Remissionskurve.<br />

Filter-Dioden-Module bestehen aus mehreren Dioden, denen<br />

schmalbandige Farbfilter vorgeschaltet sind. Jede Diode misst<br />

eine bestimmte Bandbreite des Spektrums.<br />

Eine weitere Möglichkeit Remissionswerte zu erhalten, besteht<br />

darin, die Probe nacheinander mit spektral schmalbandigem<br />

Licht verschiedener Wellenlängen, wie es von farbigen Leuchtdioden<br />

ausgesendet wird, zu bestrahlen. Ein spektral breitbandiger<br />

Sensor erfasst dann die einzelnen Remissionswerte.<br />

Remissionswerte und Remissionkurve sind die vollständige<br />

Information der gemessenen Farbe. Die Normfarbwerte XYZ<br />

werden durch ein besonderes Rechenverfahren, der sogenannten<br />

valenzmetrischen Auswertung, gewonnen. Dabei<br />

werden die Remissionskurve und die Normspektralwertfunktionen<br />

zueinander in Beziehung gesetzt. Die als Beispiel<br />

dargestellte Remissionskurve wurde mit einem TECHKON<br />

Spektralphotometer der SP-Serie aufgenommen.<br />

Die Remissionskurve beginnt links im blauen Bereich bei<br />

380 nm und endet rechts im Rotbereich bei 780 nm.<br />

Beugungsgitter<br />

Diodenzeile<br />

Das Beugungsgitter des Gitter-Dioden-Moduls<br />

projiziert das zerlegte Spektrum auf eine<br />

Diodenzeile.<br />

optischer<br />

Fasereingang<br />

Die Remissionskurve R(λ) der Spektralphotometer<br />

enthält alle Informationen über die gemessene Farbe.<br />

13


14<br />

Spektrale Dichtemessung<br />

Aus Remissionskurven können nicht nur farbmetrische,<br />

sondern auch densitometrische Werte abgeleitet werden.<br />

Das hat zur Entwicklung von Spektralphotometern geführt,<br />

die wahlweise Farbwerte und Dichtewerte messen. Weiterhin<br />

gibt es sogenannte Spektraldensitometer, die im Gegensatz<br />

zu den bekannten, mit Filtern versehenen Densitometern, mit<br />

spektralen Messmodulen bestückt sind.<br />

Das Messprinzip dieser spektralen Densitometer besteht darin,<br />

dass aus der Remissionskurve R(λ) die Dichtekurve D(λ) abgeleitet<br />

wird. Die Dichtekurve ist das proportionale Spiegelbild<br />

der Remissionskurve: hohen Remissionswerten entsprechen<br />

niedrige Dichtewerte und umgekehrt. Aus der Dichtekurve<br />

können für beliebige Wellenlängen die Dichtewerte und die<br />

daraus ableitbaren Kennwerte bestimmt werden.<br />

Die genormten Prozessfarben Cyan, Magenta und Gelb der<br />

Euroskala haben ihr Dichtemaximum bei 620, 530 und 430 nm.<br />

Ihre Dichte wird bei diesen Wellenlängen mit ebenfalls genormten<br />

Filtern gemessen. Sonderfarben haben im Allgemeinen ihr Dichtemaximum<br />

bei anderen Wellenlängen und können deshalb von<br />

konventionell mit Filtern bestückten Densitometern nicht befriedigend<br />

gemessen werden. Spektrale Densitometer können<br />

dagegen mit mathematisch definierten, frei wählbaren Filtern an<br />

jeder Stelle des Spektrums die Dichte bestimmen. Sie sind damit<br />

für alle Farben universell einsetzbar.<br />

Spektrale Densitometer sind nicht auf die Messung densitometrischer<br />

Kennwerte beschränkt, sondern bieten häufig auch<br />

farbmetrische Funktionen an. Die Kennwerte der Densitometrie,<br />

wie Volltondichte, Tonwertzunahme, Druckkontrast und Farbbalance,<br />

dienen hauptsächlich zur Steuerung des Auflagendrucks.<br />

Dagegen werden für das Abstimmen des OK-Exemplars nach<br />

einem farbverbindlichen Prüfdruck häufig farbmetrische Messungen<br />

bevorzugt. Das gilt vor allem für Digitalprüfdrucke. Auch<br />

für die nachträgliche Kontrolle des Auflagendrucks können die<br />

CIELAB-Farbwerte mit dem Abstimmbogen verglichen werden.<br />

Spektral messende Densitometer erfüllen so alle Anforderungen<br />

für das Abstimmen, den Auflagendruck und die Endkontrolle.<br />

Die Remissionskurve R(λ) einer violetten Sonderfarbe<br />

mit der niedrigsten Remission bei 570 nm<br />

Die Dichtekurve D(λ) wird aus der Remissionskurve<br />

R(λ) berechnet. Dichtemaximum und Remissionsminimum<br />

haben die selbe Wellenlänge.


Index<br />

CIE ...................................................................................................... 4, 7, 8, 9<br />

CIELAB ................................................................................................ 7, 8, 9, 14<br />

CIELUV ................................................................................................ 7, 8, 9<br />

CIE Normfarbtafel ............................................................................... 7<br />

Color Management ............................................................................. 12<br />

∆E Farbdifferenzen .............................................................................. 10<br />

Dichte ................................................................................................. 14<br />

Dichtekurve......................................................................................... 14<br />

Dreibereichsverfahren ......................................................................... 12<br />

Farbmischungen ................................................................................. 4, 5, 6<br />

L*a*b* ................................................................................................. 6, 8, 9, 10<br />

Laser ................................................................................................... 3<br />

L*u*v* ................................................................................................. 6, 8, 9, 10<br />

Metamerie .......................................................................................... 11<br />

Normalbeobachter .............................................................................. 4<br />

Normfarbwerte ................................................................................... 6, 7, 8, 9, 12, 13<br />

Normlicht ........................................................................................... 6, 7<br />

Normspektralwertfunktionen .............................................................. 4, 6, 12, 13<br />

Primärfarben ....................................................................................... 5, 7<br />

Remission ............................................................................................ 11<br />

Remissionskurve .................................................................................. 11, 13, 14<br />

Sekundärfarben ................................................................................... 5<br />

Spektraldensitometer .......................................................................... 14<br />

spektrale Dichtemessung .................................................................... 14<br />

spektrale Messung .............................................................................. 13<br />

Spektralphotometer ............................................................................ 11, 12, 13, 14<br />

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