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Farbenlehre

Die Farbenlehre beschäftigt sich mit der subjektiven Farbwahrnehmung.

Farbmetrik

Farbmetrik ist die Lehre von Maßbeziehungen der Farben untereinander und dient der geräteunabhängigen Beschreibung von Farbe. Die Farbmetrik hat die Aufgabe Farben zu messen und objektiv zu beschreiben und Farbunterschiede möglichst empfindungsgemäß richtig zu bewerten. Mit Hilfe der Farbmetrik lassen sich Farbdifferenzen bestimmen und analysieren um deren Ursache zu beseitigen. Die Farbmetrik verläßt sich darauf, dass gleiche Ursachen - in diesem Fall gleiche Farbreize - auch gleiche Wirkungen, d.h. gleiche Farbempfindungen auslösen. Gemessen wird nicht die Farbe, sondern deren Ursache, der Farbreiz. Wie dieser Farbreiz im Auge in bioelektrische Signale umgewandelt wird und im Gehirn ein Farbempfinden auslöst kann unter Anwendung bestimmter Modellvorstellungen über den Mechanismus des Farbensehens errechnet werden.

Der Farb-Sehvorgang

Die Retina (Netzhaut) enthält die Photorezeptoren, welche die Photonen (winzige Energieportionen des Lichtes) absorbieren und ihre zeitliche Dichte in bioelektrische Signale umwandeln, die an das Sehzentrum im Gehirn gesandt werden. Auf der Retina befinden sich zwei Typen von Rezeptoren. Die intensitätsempfindlichen aber "farbblinden" Stäbchen und die farbsentitiven Zapfen.

Stäbchen befinden sich vornehmlich in den peripheren Bereichen der Retina, die Zapfen hauptsächlich im zentralen Bereich.

Spektrale Empfindlichkeit der Zapfen:

Spektrum des sichtbaren Lichtes liegt bei ca. 380nm (Blau) - 780nm (Rot). mit einer max. Empfindlichkeit von 430nm sind zu 5% vertreten und peripher angeordnet. Im Zentrum nicht vertreten. mit einer max. Empfindlichkeit von 530nm sind zu 30% vertreten und im zentralen Bereich konzentriert. mit einer max. Empfindlichkeit bei 560nm (eigentlich mehr der gelbe Bereich) sind mit 65% vertreten.

Wahrnehmbare Farben

• 128 verschiedene Farbtöne
• 130 verschiedene Farbsättigungen
• zwischen 16 (blauer Bereich) und 26 (gelber Bereich) verschiedene Helligkeiten

Die Anzahl der tatsächlich wahrnehmbaren Farben ist somit auf ca. 380.000 beschränkt. Bei einer 95% sicheren Unterscheidung gleichzeitig dargestellter Farben ist die Anzahl auf ca. 15 beschränkt.

Farbe und Licht

Licht ist ein elektromagnetischer Zustand mit Teilchen- und Welleneigenschaften. Materie besitzt durch die molekulare Beschaffenheit seiner Oberfläche die Möglichkeit bestimmte Anteile des Lichtspektrums zu absorbieren. Was übrig bleibt nehmen wir als Farbe wahr.

Selbstleuchter wie die Sonne, Sterne oder Glühlampen strahlen in einem bestimmten Spektrum Licht ab.

Erst wenn Licht von einem Körper absorbiert/reflektiert wird und auf ein funktionierendes Sehorgan trifft, nimmt der jeweilige Betrachter Farbe (Körperfarbe) wahr. Diese Farbwahrnehmung ist subjektiv, also von Betrachter zu Betrachter unterschiedlich. Die Farbwahrnehmung entsteht durch die Umwandlung von verschiedenen Energiespektren des Lichtes im Sehzentrum des Gehirns.

Der in den Sehzellen gebildete Reiz, der schließlich zur Farbempfindung führt, entspricht nicht linear den spektralen Intensitäten des Lichtes. Das Sehorgan verfügt über verschiedene Korrekturmechanismen, um sich optimal den Beleuchtungs- und Betrachtungsbedingungen anzupassen. Bei sehr großer Helligkeit schließt sich die Iris um die Gesamtintensität zu mindern. Dieses Verhalten nennt man Adaption.

Die Anpassung an die spektrale Zusammensetzung des Lichtes heißt Umstimmung. Sie erfolgt dadurch, dass sich durch Adaption die verschiedenen Sehzellentypen in der Netzhaut individuell an die Strahlungsintensität jenes Spektralbereichs anpassen, für den sie empfindlich sind.

Farbsysteme

RGB-Farbsystem

Für die Additive Farbmischung benötigt man Licht in den drei Spektren Rot, Grün und Blau. Durch Überlagerung dieser Primärfarben lassen sich andere Farben darstellen. Durch Überlagerung aller drei Farben bei voller Intensität entsteht Weiß. Schwarz erhält man, wenn die Intensitäten null sind. Durch Mischung zweier Primärfarben entstehen die Sekundärfarben Cyan, Magenta und Gelb. Werden alle drei Farben bei Intensitäten unter 100% gemischt entstehen die Tertiärfarben.

Abb. RGB Farbmodus

CMYK-Farbsystem

Die Subtraktive Farbmischung bezieht sich auf das Absorbtions-
vermögen von lasierenden Farben. Cyan, Magenta und Gelb (Yellow) sind die Primärfarben. Weiß erhält man bei 0% Deckung der Primärfarben auf weißem Grund. Im 100% Zusammendruck ergeben diese Farben nur ein theoretisches Schwarz. Auf Grund von Unreinheiten der Pigmente aber praktisch nicht erreichbar. Um diesen Mangel auszugleichen
wird als vierte Farbe Schwarz hinzugefügt. Durch Mischung zweier Primärfarben entstehen die Sekundärfarben Rot, Grün und Blau. Werden alle drei Farben bei Dichten unter 100% gemischt entstehen die Tertiärfarben.

Abb. CMYK Farbmodus

RGB (Monitor) und CMYK (Drucker) sind geräteabhängige Farbräume und nicht dazu geeignet Farbe absolut zu beschreiben. Neben der Additiven und der Subtraktiven Farbmischung gibt es noch eine dritte Möglichkeit, die Autotypische Farbmischung. Die Autotypische Farbmischung ist eine Kombination der additiven und subtraktiven Farbmischung. Beim mehrfarbigen Rasterdruck mischen sich übereinanderliegende Punkte subtraktiv, dicht nebeneinanderliegende verursachen eine additive Mischung.

Im RGB Farbenraum ergänzen die Komplementärfarben sich zu Weiß, im CMYK Farbenraum zu Schwarz. (kom|ple|men|tär) (<franz.> ergänzend)

CIE-Farbsystem

Das CIE System wurde von dem Normengremium Commission International de l'Eclairage 1931 festgelegt und dient der neutralen und geräteunabhängigen Messung und Beschreibung von Farbe.

Abb. CIE Normfarbtafel

Aus dem CIE System wurde durch mathematische Transformation das CIELab Farbsystem entwickelt um eine empfindungsmäßige Gleichabständigkeit der Farben im Farbenraum herbeizuführen. Die drei Normfarbwerte L*, a* und b* reichen aus um einen Farbort im Farbenraum zu bestimmen. Auf der a*-Achse verlaufen die Farben von -a* (Grün) nach +a* (Rot) und auf der b*-Achse von -b* (Blau) nach +b* (Gelb). Die Helligkeit (Luminanz) wird auf der L*-Achse repräsentiert und verläuft von 0 (Schwarz) bis 100 (Weiß).

Zwischen dem gebogenem Spektralfarbenzug und der Purpurlinie liegen alle Farbvalenzen, die durch additive Farbmischung möglich sind.

Abb. Farbabstand

Um Unterschiede zwischen den Ist-Werten und den Soll-Werten einer Farbe im Druck zu bestimmen wird der Farbabstand Delta E berechnet.

Der Farbabstand Delta E ist die Hypothenuse des rechtwinkligen Dreiecks

Ist/SP/Soll.

Kleiner Tipp: Satz des Pythagoras.

Abb. Farbabstand

Ist/SP

Die Strecke SP/Soll ist ebenso die Hypothenuse eines rechtwinkligen Dreiecks!

Abb. Scheitelpunkt / Sollwert

Zuerst berechnet man die Strecken Delta a und Delta b.

Daraus ergibt sich für die Strecke Soll/SP:

Der Farbabstand Delta E beträgt:

Sichtbarkeit der Abweichung

• 0 - 1 nicht sichtbarer
• 1 - 2 vom geschulten Auge sichtbar
• 2 - 3,5 vom ungeschultem Auge sichtbar
• 3,5 - 5 deutliche Abweichung
• >5 starke Abweichung

Der Farbunterschied in diesem Beispiel wäre also deutlich sichtbar und damit der Druck qualitativ mangelhaft.

Erstellt am 22. April 2008