Farbmanagement

Exkurs zum Farbmanagement

Um Farbmanagement zu verstehen, macht es Sinn, die Eigenschaften des Lichtes näher anzuschauen.

Weißes Sonnenlicht kann an einem Glasprisma in seine Spektralfarben zerlegt werden, weißes Licht ist also eine Mischung aus einer Vielzahl von Einzelfarben an einem Prisma wird blaues Licht sehr stark gebrochen; rotes Licht erfährt nur eine leichte Brechung. Dazwischen gibt es unendlich viele Abstufungen, so entsteht das Lichtspektrum von Violett über Blau, Grün, Gelb und Orange bis zu Rot.

Licht ist eine elektromagnetische Welle

Als sichtbares Licht bezeichnet man denjenigen Teil der elektromagnetischen Strahlung, der eine Wellenlänge zwischen 380 und 780 Nanometern hat. Licht mit einer Wellenlänge von 380 Nanometern hat eine violette Farbe, Licht mit 780 Nanometern Wellenlänge hat eine rote Farbe. Dazwischen befindet sich das sichtbare Lichtspektrum.

Ohne Licht keine Farbe, bei Nacht sind alle Katzen grau … Physikalisch gesehen hat z.B. ein roter Blumentopf keine Farbe, er hat nur ein gewisses Absorptions- und Reflektionsvermögen. Ohne Licht ist er schwarz, wird er von weißem Sonnenlicht angestrahlt, reflektiert seine Oberfläche die roten Anteile des Lichtgemisches und absorbiert die übrigen Lichtanteile. Dadurch entsteht das rote Farbempfinden.

Unser Auge und Sehvermögen

Das menschliche Auge ist ein Sinnesorgan, das auf elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich 380-780nm reagiert; also der Bereich, der als sichtbares Licht bezeichnet ist. Auf der Netzhaut des Auges befinden sich ca 130 Millionen lichtempfindlicher Sinneszellen. Diese sog. Rezeptoren sind Unterschieden in 95% Stäbchen und nur 5% Zapfen.

Das menschliche basiert auf drei Zapfen-Varianten. Es gibt drei Sorten von Zapfen, rotempfindliche L-Zapfen (L für Long, lange Wellenlänge) grünempfindliche M-Zapfen (M für Medium, mittlere Wellenlänge) blauempfindliche S-Zapfen (S für Short, kurze Wellenlänge)

Aus den Messwerten der L-, M- und S-Zapfen erstellt das Gehirn ein Farbbild, wie wir es vom Alltag her kennen.

Vereinfacht ausgedrückt arbeiten am Tag die Zapfen und bei Nacht die helligkeitsempfindlichen Stäbchen. Da die Stäbchen nur helligkeitssensibel sind, nimmt das Farbensehen bei Dunkelheit ab … alle Katzen sind grau …

eine rot/grün-Schwäche entsteht z.B. durch Fehlfunktion der entsprechenden Zapfen

Durch komplizierte Verschaltungen der einzelnen Signale der Sehzellen und der Weiterleitung an das Gehirn kann man sich sehr vereinfacht das Farbsehen so vorstellen: Die Stäbchen messen bei Nacht die Helligkeit, die Zapfen bei Tag den Rot-, Grün- und Blauanteil des einfallenden Lichts; sie wandeln die Lichtsignale in einen elektrischen Strom um, der über den Sehnerv ans Gehirn weitergeleitet wird, und dort erfolgt die Signalverarbeitung zu einem Farboder Schwarzweißbild.

Also:

rot-, grün- und blauempfindliche Zapfen auf der Netzhaut (kennen wir RGB nicht irgendwie?)

Fällt nun rotes Licht (Wellenlänge 700nm) auf die Netzhaut, reagieren praktisch nur alle rotempfindlichen L-Zapfen und das Gehirn bekommt ein eindeutiges Signal … ROT

Was aber, wenn gelbes Licht der Wellenlänge 600 nm auf die Netzhaut trifft? Dann werden sowohl die rotempfindlichen L-Zapfen als auch die grünempfindlichen M-Zapfen angeregt und die oben beschriebene Signalverarbeitung liefert dann die Farbe Gelb ans Gehirn weiter.

Ein gelber Farbeindruck entsteht aber auch dadurch, wenn rotes Licht (700nm) und grünes Licht (500nm) auf die Netzhaut trifft. Auch hier erhält das Gehirn den gelben Farbeindruck, da die rot- und grünempfindlichen Zapfen angeregt werden. Es kann also beim Menschen ein gelber Farbeindruck auf unterschiedliche Weise hervorgerufen werden. Wobei der Mensch aber nicht in der Lage ist, Licht in seine Spektralfarben zu zerlegen. Licht unterschiedlicher Zusammensetzung kann den selben Farbeindruck erwecken, egal aus welcher Lichtquelle er stammt.

Dieser als Metamerie bezeichnete Effekt macht die Reproduktion eines riesigen Farbspektrums auf Basis von drei Grundfarben möglich. Dabei ist auch unterschiedliches kurzwelliges und langwelliges Licht und deren Mischung relevant.Es kommt auf den Farbeindruck und nicht auf die Wellenlänge an.

Negativ:

zwei rote Stoffe passen im Kaufhaus exakt zueinander aber bei Tageslicht sind die Töne völlig unterschiedlich! Warum? Beide Stoffe erwecken einen roten Farbeindruck obwohl sie ein unterschiedliches Lichtspektrum emitieren. Bei Kunstlicht treten die Unterschiede kaum auf, während sie bei natürlichem Tageslicht extrem auffällig werden. Das Farbspektrum beider Stoffe zeigt zwar eine große Metamerie, d.h. viele Spektrallinien sind nahezu deckungsgleich, aber die Unterschiede treten erst bei einer bestimmten Beleuchtung auf.

Leuchtstofflampen emittieren eine Spektrallinie im grünen Bereich. Das menschliche Auge ignoriert diese Spektralfarbe bzw. gleicht sie automatisch aus.

Für die Beurteilung von Farben spielt das Umgebungslicht eine entscheidende Rolle. Eine objektive Beurteilung ist nur unter Normlicht-Bedingungen möglich.

Zusätzlich gilt:

Ändert sich die Zusammensetzung der Farben, ändert sich die Lichttemperatur. In der Abendsonne sind z.B. viel mehr Rotanteile als in der Mittagssonne, bei der die Farben in einem ausgewogeneren Verhältnis zueinander stehen. Das bedeutet, ein weißes Blatt Papier müsste eigentlich einmal rötlich, einmal neutral sein.

Ist es aber nicht …

Unser Gehirn analysiert diese Daten und nimmt einen Weißabgleich basierend auf seinen Erfahrungswerten vor. Erfahrungswert heißt Papier ist weiß, also erscheint uns das Blatt weiß. Man nennt dieses Phänomen Farbkonstanz. In unserem Gehirn nehmen wir somit ein Bild wahr, das nicht dem Bild entspricht, das rein physikalisch betrachtet vorliegt: Wir „empfinden“ ein anderes Bild. vielleicht sind nun ja schon einige „Parallelen“ entstanden.

Denn der Sensor einer Kamera ist durchaus mit der Netzhaut des Auges zu vergleichen.

Quelle: Wikipedia

Ein Sensor mit einer Bayer-Matrix ist mit einem Farbfilter überzogen, welcher aus roten, grünen und blauen Feldern vor den Fotozellen (Lichtzellen) besteht. Diese einzelnen Farbpunkte (Pixel) liefern nur die Information für eine einzige Farbkomponente, die Informationen werden dann vom Prozessor der Kamera zu einem Bild verrechnet.

Aber:

Technische Geräte verfügen nicht in dem Maße über ein gegensteuerndes Gehirn mit einem reichhaltigen Erfahrungsschatz.

So auch unseres Kameras. Diese sind lediglich mit einem „Erfahrungsschatz“ programmiert, der zu bestimmten Lichtverhältnissen und zu bestimmten Einstellungen ein vermeintlich korrektes Bild erzeugt.

Hier beginnen schon die Probleme, denn eine Digitalkamera die auf Sonnenlicht eingestellt aber bei Leuchtstofflampenlicht eingesetzt ist, wird von der für Leuchtstoffröhren charakteristischen Grünlinie so sehr irritiert, dass die Bilder einen starken Gelbstich bekommen. Abhilfe schafft da ein automatischer oder manueller Weißabgleich, der die Kamera auf eine niedrigere Farbtemperatur bzw. auf Leuchtstofflampen einstellt.

Wir wissen auch, dass es unterschiedliche Bilddaten gibt, RAW und JPEG bei letzterem ist uns bekannt, dass die Kamera Bildinformationen fest (und nach dem programmierten Erfahrungsschatz) in die Bilddatei schreibt, bei RAW hingegen das Bild als Rohdatei ohne zusätzlichen Informationen abgespeichert wird.

Bis zu einem gewissen Grad versucht das Farbmanagement das Gehirn zu simulieren und Rohdaten, die vom Sensor kommen, zu korrigieren und dem menschlichen Empfinden anzunähern. Während der Mensch quasi ein geschlossenes System darstellt, bei dem alles fein abgestimmt ist, ist dies in der Technik nicht der Fall. Eingabe- und Ausgabegeräte wie Scanner, Kameras, Monitore und Farbdrucker nutzen verschiedene Methoden zur Farberzeugung und unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Farbwiedergabebereiche. So kann es vorkommen, dass die dargestellten Farben trotz gleicher Daten von Gerät zu Gerät variieren. Theoretisch ist es fast unmöglich, Farben unterschiedlicher Geräte „perfekt“ aufeinander abzustimmen. Monitore zum Beispiel weisen individuelle Farbwiedergabeeigenschaften und andere Eigenheiten, beispielsweise durch Alterung, auf. Aufgrund dieser Einflussgrößen werden Farben auf verschiedenen Monitoren häufig unterschiedlich wiedergegeben.

© Regine Richter

auch das kommt uns von vorhin in Bezug auf unser Auge und in Bezug auf digitale Farbausgabe (Drucker) bekannt vor das RGB-Modell in der digitalen Welt

Ein Beispiel:

Nehmen wir ein rotes Motiv oder eine rote Karte als Objekt, das Objekt/die Karte hat die Intensität 100 (was auch immer das heißen mag) und so soll es auch auf dem Fotopapier wieder erscheinen.

1. die Ausgangssituation: rote Karte mit dem rötlichen Farbton 100
2. digitalisieren mit Scanner (könnte auch Kamera sein): der Scanner hat die negative Eigenschaft, dass er Rottöne um 20% dunkler scannt. Aus dem ursprünglichen Motiv wird also eine digitale Bilddatei mit einem Rotton der Intensität 80
3. gescanntes Bild am PC-Bildschirm: Der Bildschirm ist nicht kalibriert und stellt rötliche Farbtöne um 25% dunkler dar. Aus der roten Karte mit Farbintensität 80 wird nun eine dunkelrote Karte mit einem Farbwert von 60. Achtung! Die digitale Bilddatei enthält nach wie vor die Information, dass es sich um ein 80er Rot handelt, nur der Bildschirm stellt das 80er Rot als 60er Rot dar
4. öffnen des Digitalbild im Bildbearbeitungsprogramm:
   auf dem Bildschirm erscheint es ja zu dunkel, wir korrigieren daher die Bildhelligkeit mit dem Helligkeitsregler, dass das Rot ähnlich dem Originalmotiv entspricht. Wir korrigieren also scheinbar von 60 auf zum Beispiel 105; das entspricht einer Aufhellung um 75%. Aber was korrigieren wir wirklich? Unsere Bilddatei hat ja den Farbton 80 gespeichert; erhöhen wir diesen um 75% so gelangen wir zum Wert 140 das Bild erscheint jetzt zwar auf dem fehlerhaften Bildschirm in guten Farben, die Bilddatei enthält jedoch einen viel zu hellen Wert für den Rotton. Wir liegen jetzt also um 40 Punkte über unserem ursprünglichen Motiv
   Was wurde im Bildbearbeitungsprogramm gemacht? Der Fehler des Scanners, welcher zu dunkel scannt, wurde korrigiert. Es wurde die viel zu dunkle Bildschirmanzeige korrigiert. Auf dem falsch eingestellten Bildschirm erscheint diese Bilddatei nun in „vermeintlichen“ Originalfarben,  auch wenn der Rotton nun den Wert 140 hat. Auf einem anderen Bildschirm würde diese Bilddatei jedoch viel zu hell erscheinen.
5. Ausgabe auf dem Drucker: Nehmen wir an, der Drucker gibt noch dazu Farben grundsätzlich viel zu hell (z.B. um 30%) wieder, dann wird aus dem 140er ein 182er Rotton. Dieser Rotton hat nur noch wenig mit dem Original zu tun, das Bild ist total verfremdet und alles andere als originalgetreu.
   gewünschtes Ergebnis, erhalten durch gemeinsame Farbreferenz

Zusammenfassung

In einem Prozess mit verschiedenen Ein- und Ausgabegeräten können an jeder Station Fehler auftreten, die sich fortpflanzen und teilweise sogar verstärken können!
Daher Farbmanagement

Es müssen dabei dann alle in Verwendung kommende Geräte/Programme (gesamter Workflow) eine gemeinsame Farbreferenz haben. Die Profilierung einzelner Geräte ist nur dann zielführend, wenn sich alle Geräte auf einen gemeinsamen Referenz-Farbraum beziehen durch

• Festlegung eines geräteunabhängigen Referenz-Farbraumes
• Definition von allgemein gültigen Profildateien
• Methoden zur Vermessung von Ein- und Ausgabegeräten und zur Erstellung von Profildateien
• Hilfsmittel zur Konvertierung von Farbräumen und Profilen

Kamera

RAW-Modus, Einstellung des Farbraums (sRGB/AdobeRGB), ggf. Erstellung eines Kameraprofils (Kamerakalibrierung) bzw. Verwendung Farbpaletten/Graukarte

Ausgabegeräte

guter Monitor mit großem Farbraum und Einstellmöglichkeiten
regelmäßige Kalibrierung (mit Colorimeter und möglichst mit Lichtmessung)
zusätzliche (ICC)Farbprofile für die Dateiübergabe an Bildbearbeitungsprogramme und für Ausdrucke (am eigenen Drucker oder im Labor) erforderlich

Die Größe des Farbraumes nimmt in der Kette Natur – menschliches Auge – fotografischer Film – Scanner – Photoshop® (Adobe® RGB) – Bildschirm (sRGB), Digitalkamera (sRGB) – Drucker ab.

(Eine Richtige Konvertierung von größeren in einen kleineren Farbraum am Computer ist zu beachten, wird über die ICC-Profile im Hintergrund durchgeführt)