Kann man über verschiedene Farbräume hinweg konsistente Ergebnisse erzielen?

Von Michael Brill

 

Die kurze Antwort lautet „nein“. Aber ganz so einfach ist es nicht.

 

Für das Farbmanagement werden zahlreiche verschiedene Systeme verwendet, um Farben mathematisch zu beschreiben, aber es gibt nicht den einen umfassenden akzeptierten Standard. Es gibt auch keine Möglichkeit, ein Farbsystem in ein anderes zu konvertieren. Deshalb kann der mit einem System gemessene Grad der Farbvariation nicht präzise mit den Messungen eines anderen Systems verglichen werden.

 

Im Laufe der Jahre wurden spezifische Systeme definiert, um bestimmte Zwecke zu erfüllen. Hersteller konzentrieren sich häufig auf einen einzigen Systemtyp, abhängig vom Hauptzweck ihrer Instrumente und den Anforderungen der Branchen, in denen sie eingesetzt werden. In der kommerziellen Produktion können nur Messungen unter Verwendung desselben Farbraums konsistente Ergebnisse liefern.

  

In diesem Artikel bieten wir einen allgemeinen Überblick über Farbsysteme und verdeutlichen dabei deren Unterschiede. Wenn Sie eine ausführlichere Erklärung zu Farbgrundlagen suchen, empfehlen wir Ihnen, unsere E-Book-Reihe Prinzipien des Farbmanagements herunterzuladen. Detaillierte Informationen zu Farbräumen, Systemen und Formeln finden Sie in E-Book 4.

 

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Was ist ein Farbraum? – und ein kurzer geschichtlicher Überblick

 

Ein Farbraum ist ein dreidimensionales Modell, das eine Reihe von Farben in Beziehung zueinander mathematisch beschreibt. Farben werden entlang von Achsen abgebildet, die verschiedene Aspekte der Farbe darstellen, z. B. Farbton oder Sättigung. Die zugeordneten Aspekte variieren je nach Art des Farbraums.
 

CIE RGB, XYZ

 

Eine Farbmanagement-Software verwendet normalerweise Varianten des 1931 von der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE) definierten Farbraums XYZ. Der XYZ-Raum basiert auf Experimenten zur Farbabstimmung, bei denen menschliche Beobachter für ein beliebiges Lichtspektrum eine passende Mischung aus drei ausgewählten Primärlichtfarben finden, die typischerweise bei Wellenlängen monochromatisch sind und die als Rot (R), Grün (G) und Blau (B) bezeichnet werden.  R, G und B sind wie eine Palette von Lichtern, und das Rezept der Mischung hat Koordinaten, die Tristimuluswerte genannt werden.  Für jede RGB-Palette haben einige Lichter negative Mengen in ihren Tristimulus-Rezepten.
 

Daher leitete die CIE einen Raum XYZ ab, dessen Primärfarben keine realen Lichtfarben repräsentieren, aber es erlauben, dass jedes Rezept einer Übereinstimmung mit einer realen Lichtfarbe aus nicht negativen Tristimuluswerten (genannt X, Y, Z) besteht.
 

Was ist der CIELAB-Raum?

 

Der CIELAB-Raum (mit den Koordinaten L*, a*, b*) ist eine Koordinatentransformation des entsprechenden XYZ-Raums. Zweck des 1976 definierten CIELAB-Raums ist es, wahrnehmungsmäßig einheitlich zu sein, d. h., dass der Abstand zwischen den abgebildeten Farben ihren visuellen Unterschieden entspricht.
 

In rechtwinkligen Koordinaten beschreibt CIELAB Farben als drei Werte:
 

  • L*: Helligkeit, von Schwarz (0) bis Weiß (100)
  • a*: Anteil von Grün (-) bis Rot (+)
  • b*: Anteil von Blau (-) bis Gelb (+)

Die CIELAB-Differenz zwischen zwei Farben in diesen Koordinaten, genannt CIELAB DE, ist einfach die euklidische Quadratwurzel der Summe der Quadrate der Koordinatendifferenzen.
 

Bei der Darstellung in zylindrischen Koordinaten der Helligkeit (L*), des Farbtons (h*) und der Buntheit (C*) sind die chromatischen Beziehungen relativ leicht zu erkennen, sodass Menschen diese Koordinaten oft den rechteckigen vorziehen – auch wenn die Farbdifferenzgleichung etwas komplizierter aussieht.
 

Was ist CIEDE2000?

 

CIEDE2000 ist eine Farbdifferenzgleichung, kein Farbraum. Es handelt sich um eine Berechnung, die CIELAB-Koordinaten verwendet, jedoch Farbdifferenzen näher an einen Wert heranführt, den das menschliche Auge tatsächlich wahrnehmen kann.
 

Eine hilfreiche Analogie: Angenommen, Sie müssen zum Supermarkt fahren. Ein CIELAB DE könnte zeigen, dass der Laden knapp fünf Kilometer Luftlinie entfernt ist. Aber Sie sind eher an der Fahrtzeit interessiert, nicht an der Entfernung. In diesem Zusammenhang ist CIEDE2000 vergleichbar mit der Einschätzung der Fahrtzeit, wenn man nicht nur weiß, wo sich das Geschäft befindet, sondern auch, dass Berufsverkehr herrscht und man möglicherweise länger braucht als erwartet.
 

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Warum CIELAB-DE- und CIE2000-DE-Werte nicht kompatibel sind

 

Das Ausmaß der Farbvariation, die bei Produktionsarbeiten als akzeptabel angesehen wird, hängt von wirtschaftlichen Faktoren ab. Um diese Variation zu quantifizieren, müssen Proben gemessen und ihnen numerische Werte zugewiesen werden. Die Differenz-/Abstandsmetrik zwischen Farben bei Verwendung von CIELAB wird als ΔE (Delta E) bezeichnet. Obwohl CIEDE2000 CIELAB-Koordinaten verwendet, beschreibt es den Abstand zwischen zwei Farben mit einer anderen mathematischen Formel als der einfachen euklidischen Formel zur Berechnung der Summer der Quadrate, die von CIELAB verwendet wird.  Daher sind die Werte von CIELAB DE und CIE2000 DE nicht vergleichbar. Im Allgemeinen sind die CIE2000-DE-Werte kleiner als die von CIELAB.
 

Worauf Sie beim Kauf eines Spektralphotometers achten sollten

 

Da die CIELAB-DE-Werte und die CIEDE2000-Werte nicht kompatibel sind, sollten Produktspezifikationen für Instrumente, die mithilfe der beiden unterschiedlichen Systeme erstellt werden, nicht direkt miteinander verglichen werden. Die Unterscheidung kann knifflig sein, da beide auch nur DE genannt werden können. Bei den meisten Instrumentenspezifikationen wird CIELAB verwendet, damit Kunden verschiedene Produkte problemlos vergleichen können. Einige Unternehmen verwenden jedoch CIE2000-DE-Werte. Wenn die Werte in Vergleichstabellen zusammen aufgeführt sind, werden Instrumente, die CIE2000 DE verwenden, fälschlicherweise bevorzugt oder erscheinen fälschlicherweise gleichwertig.
 

Übrigens ist DE ist nicht nur von der Mathematik des Farbdifferenzmodells abhängig, sondern auch von der Wahl des Standardbeobachters (der die XYZ-Funktionen beeinflusst) und der Lichtquelle (die die Instrumentenmessungen mit einem Standardspektrum gewichtet). Wenn Sie DE-Werte vergleichen, sollten Sie sicherstellen, dass die Lichtart (meist D65) und der Beobachter (meist 1964) der beiden DE-Werte gleich sind. Diese Aussage gilt sowohl für CIELAB DE als auch für CIE2000 DE.
 

Nachfolgend werden die Spezifikationen für Datacolor-Instrumente unter Verwendung von CIELAB DE mit der Lichtart D65 und dem Normalbeobachter 1964 aufgeführt, einschließlich der Werte für die Wiederholbarkeit und die Instrumentenübereinstimmung:
 

 

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Wenn Sie das beste Spektralphotometer für Ihre Anforderungen bestimmen möchten, stellen Sie sicher, dass alle von Ihnen verglichenen Spezifikationen dieselbe Farbabstandsgleichung verwenden. Wenn Sie einen Produktvergleich mit DE-Werten als Messgröße sehen, seien Sie vorsichtig und stellen Sie sicher, dass die DE-Werte auf der gleichen Skala liegen. Andernfalls investieren Sie möglicherweise in Instrumente, die im praktischen Einsatz nicht die erwartete Leistung erbringen.

 

Unser Datacolor-Team kann Ihnen helfen, verschiedene Farbräume besser zu verstehen. Und wir können Ihnen eine Lösung mit der Wiederholbarkeit und Instrumentenübereinstimmung aufzeigen, die Ihren Anforderungen entsprechen. Setzen Sie sich hier mit uns in Verbindung.
 

(Dieser Blog dient zwar als Einführung, aber es gibt noch viel mehr zu beachten. Wer sich eingehender mit dem Thema befassen möchte, dem empfehle ich, einen Artikel, den ich kürzlich für die Fachzeitschrift „Coloration Technology“ geschrieben habe, zu lesen.)