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Kapitel A: Farbbildtechnologie und Farbmanagement (2019), Hauptteil AGFI

1. Einleitung und Ziele.

ISO/IEC 15775 und ISO 9241-306 definieren die Geräte- und Elementarbunttöne. Die Elementarbunttöne spielen eine große Rolle in Anwendungen, zum Beispiel in der Achitektur, dem Design und dem Farbensehen. Bis heute gibt es kein Sehmodell, das die Elementarfarben auf der Basis der Rezeptorempfindlichkeiten LMS entsprechend dem Technischen Bericht CIE 170 beschreiben kann.

Die Definition der Geräte- (d=device) und Elementarbunttonkreise (e) wird angegeben. Es gibt Buntttonkreise mit 24, 16 sowie 32 Stufen und für die Geräte- und Elementarbunttöne. Für Displays und in Druck wird die Ausgabe diskutiert.

Die Bunttonausgabe soll sich für die 15 Normkontraststufen CYP1 bis CYP15 nach ISO 9241-306 nicht ändern. Dies ist nicht vollständig mit nur einer Gammaänderung möglich, zum Beispiel für den Elementarbuntton Blau. Für eine verbesserte Bunttonausgabe wird eine 3D-Ausgabe-Linearisierung empfohlen.

2. Definition von Geräte- und Elementarfarben und -Bunttönen

Tabelle 1 - Geräte- und Elementarbunttöne von Normoffset ORS18 nach ISO/IEC 15775
Zum Herunterladen dieser Tabelle im VG-PDF-Format, siehe AGY20-3N.PDF

Tabelle 1 zeigt die Gerätefarben (Index d) und die Elementarfarben (Index e) und das visuelle Kriterium für die Elementarfarben. ISO/IEC 15775 benutzt zum Beispiel die Buchstaben O, L und V anstelle von Rd, Gd und Bd, die den Unteschied zu den Buchstaben R, G und B anzeigen. In dieser Arbeit bevorzugen wir jedoch den Index d oder e um zwischen den Gerätefarben und Elementarfarben oder -Buntttönen zu unterscheiden. Die Elementarbunttöne sind eine Basis für die geräteunabhängige Farbmetrik und die Definition von rgb*-Farbderäten. Diese Geräte erzeugen eine geräteunabhängige Bunttonausgabe auf jedem Gerät. Weitere Stufen werden im folgenden diskutiert.

3. Geräte- und Elementarfarben für ORS18 und TLS00
Die folgenden Bilder 1 und 2 zeigen eine lineare Relation zwischen den CIELAB-(L*, a*, b*)- und den adaptierten (a) CIELAB-(C*ab,a, L*)-Daten. Falls die CIELAB-(a*, b*)-Koordinaten von Schwarz N und Weiß W bekannt sind, so kann man auch von den adaptierten Koordinaten zurück transformieren. Falls die CIELAB-(a*, b*)-Koordinaten von Schwarz N und Weiß W beide gleich Null sind, so die die CIELAB- und adaptierten CIELAB-Koordinaten gleich.


Bild 1 - Geräte- und Elementarfarben von Normoffset ORS18 nach ISO/IEC 15775
Zum Herunterladen dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe AGY30-3N.PDF.

Bild 1 zeigt die Gerätefarben (RYGCBM)d von Normoffset nach ISO/IEC 15775. Die Elementarfarben (RYGB)e werden im Normoffset erzeugt für die vier Elementarbunttonwinkel hab,e = 25, 92, 162, und 271 von CIELAB. Zusätzlich sind für die Zwischenfarben Ce und Me die mittleren Bunttonwinkel hab,Ce = 217 = 162+(271-162)/2 und hab,Me = 329 = 271+(385-271)/2 angegeben.

Viele der sogenannten RGB-Drucker sowie professionelle CMYK-Drucker benutzen ähnliche Gerätefarben wie Normoffset.


Bild 2 Geräte- und Elementarfarben des Norm-sRGB-Display nach IEC 61966-2-1
Zum Herunterladen dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe AGY30-7N.PDF.

Bild 2 zeigt die Gerätefarben (RYGCBM)d des Norm-sRGB-Displays nach IEC 61966-2-1. Die Elementarfarben (RYGB)e haben die vier Elementarbunttonwinkel hab,e = 25, 92, 162, und 271. Zusätzlich sind für die Zwischenfarben Ce und Me die Buttonwinkel hab,Ce = 217 = 162+(271-162)/2 und hab,Me = 329 = 271+(385-271)/2 angegeben.

Bild 1 und 2 zeigen einige Gleichungen um die CIELAB-Koordinaten mit dem Index a (= adaptiert) zu berechnen. Falls die CIELAB-(a*, b*)-Koordinaten von Schwarz N und Weiß W bekannt sind, kann man zwischen den CIELAB- und den adaptierten CIELAB-Daten in beiden Richtungen transformieren.

In Bild 2 erzeugt das Norm-sRGB-Gerät die Farben Bd und Md mit hoher Buntheit. Dies ist in einem Dunkelraum erfüllt, falls keim Raumlicht auf dem Display reflektiert wird. Im Büro mit einer Normleuchtdichtereflexion von Lr=2,5% (CIE-Normfarbwert Y=2,5 verglichen mit der weißen Referenz Y=90) erniedrigt sich die Buntheit C*ab,a um etwa 10%. Diese Buntheit ist jedoch viel größer als die Buntheit C*ab,a von Normoffset ORS18a, vergleiche Bild 1.

Die unterschiedlichen Buntheiten zwischen Normoffset ORS18a und dem Normdisplay sRGB zeigen an, daß eine farbmetrische Reproduktion mit gleichen L*-, C*ab- und hab-Werten auf dem Display und im Druck nicht möglich ist.

Ein Vergleich von Bild 1 und Bild 2 zeigt ähnliche Buntheiten Cab,a für Elementarblau Be. Jedoch ist die Helligkeit L* auf dem Bildschirm größer. Beide Werte (L* und C*ab,a)e sind für den Vergleich der Reproduktion erforderlich. Die mittlere Farbdifferenz zwischen ORS18 in Bild 1 und TLS00 in Bild 2 ist angenähert delta_E*ab = 20. Diese Farbdifferenz ist viel größer als delta_E*ab = 1, die nahe der visuellen Erkennbarkeit ist.

4. Gerätebunttonkreise mit 24 Stufen und Elementarbunttonkreise mit 16 Stufen


Bild 3 - Gerätefarbenbunttonkreis von Normoffset ORS18 nach ISO/IEC 15775
Zum Herunterladen dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe AGY20-6N.PDF.


Bild 4 - Gerätefarbenbunttonkreis von Normoffset ORS18 nach ISO/IEC 15775
Zum Herunterladen dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe AGY20-5N.PDF.

Bild 3 und 4 zeigen zwei Gerätebunttonkreiss mit 24 Stufen. Der Bunttontext H*d ist in Bild 3, und die rgbd-Daten sind in Bild 4 angegeben.


Bild 5 - Elementarfarbenbunttonkreis von Normoffset ORS18 nach ISO/IEC 15775
Zum Herunterladen dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe AGY20-8N.PDF.


Bild 6 - Elementarfarbenbunttonkreis von Normoffset ORS18 nach ISO/IEC 15775
Zum Herunterladen dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe AGY2/AGY20-7N.PDF.

Bild 5 und 6 zeigen zwei Elementarbunttonkreise mit 16 Stufen. Der Bunttontext H*e ist in Bild 5, und die rgbe-Daten sind in Bild 6 angegeben. Für die Elementarbunttonausgabe entsprechend den visuellen Kriterien in Bild 1 gibt es einen Transfer von den Gerätedaten rgbd nach rgbde (neue Gerätedaten für die Elementarbunttonausgabe). Die rgbde-Daten sind geräteabhängig.

Ein Vergleich der Gerätebunttonkreise (Bild 3 und 4) und Elementarbunttonkreise (Bild 5 und 6) zeigt ein Ansteigen des Bunttonwinkelbereichs von 60 auf 90 Grad für die Sektoren Re nach Ye und Ye nach Ge. Dies ist der hellere Bereich jedes Farbkreises. Zur gleichen Zeit gibt es eine Verkleinerung des Bunttonwinkelbereichs von 120 auf 90 Grad für den Bereich zwischen Gd über Cd nach Bd, und Bd über Md nach Rd. Dies ist der dunklere Bereich jedes Bunttonkreises.

Diese Änderung wird auch im natürlichen Farbsystem NCS (Natural Colour System NCS) benutzt, und ist für Anwendungen zumindest aus zwei Gründen geeignet:

- Der CIELAB-Buntheitsbereich von Körperfarben ist für den dunkleren Bereich Ge über Be nach Re angenähert halb so groß wie für den helleren Bereich. Deshalb ist das Verhältnis Farbdifferenz/Bunttonwinkeldifferenz delta_E*ab/delta_hab angenähert halb so groß wie für den helleren Bereich. Deshalb ist es angemessen den Bunttonwinkelbereich von 120 auf 90 Grad für den dunkleren Bereich zu reduzieren und von 60 auf 90 Grad für den helleren Bereich zu erhöhen.

- in vielen Anwendungen, zum Beispiel für Haus- und Wandanstriche, Kleidung und Werbung, ist der hellere Bereich viel wichtiger als der dunklere Bereich. Deshalb ist die Elementarbunttonskalierung (e) mit rgbe viel geeigneter verglichen mit der Gerätebunttonskalierung (d) mit rgbd.

5. Bunttonkreise mit 32 Bunttönen aus 48 Bunttönen von AG49 nach ISO 9241-306
Nur 32 von 48 Stufen, die in der Prüfvorlage AG49 von ISO 9241-306 enthalten sind, werden in Bild 7 und 8 benutzt.

Bild 7 - Angestrebte Ausgabe des 32-stufigen Elementarbunttonkreises mit rgbe-Daten
Zum Herunterladen dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe AGF60-1N.PDF.

Bild 7 zeigt die Werte rgbe für die Elementarbunttöne (links) und die Position in der Prüfvorlage AG49 von ISO 9241-306 (rechts). Die AG49-Position ist in der Form Zeile & Spalte für jedes Bunttonmuster angegeben.

Nach ISO 9241-306 sollen für die gegebenen (rgb)e-Werte die ElementarBunttöne auf jedem Gerät erscheinen. Dann ist die Bunttonausgabe vollständig geräteunabhängig. Jedoch ist dies bis heute gewöhnlich nicht erfüllt, besonders nicht für die Elementarfarbe Blau Be. In Anwendungen ist die geeignete Bunttonausgabe wichtiger als die Helligkeits- oder Buntheitsausgabe.

Für den Bunttonbereich Grün über Blau nach Rot wird nur jede zweite Stufe des 48-stufigen Bunttonkreises von AG49 benutzt. Dies reduziert die 48 Stufen auf 32 Stufen. Für die meisten Körperfarbenanwendungen ist diese Wahl sinnvoll. Die helleren gelben Stufen sind wichtiger als die dunkleren blauen Stufen, die gewöhnlich weniger bunt sind.

Jedoch sind die sRGB-Gerätelichtfarben im Bereich Blau bis Rot sind viel bunter als die Offsetkörperfarben. Dieser spezielle Anwendungsfall im Displaylichtbereich wird hier nicht weiter diskutiert. Man kann zum Beispiel jede anstelle von jeder zweiten der 48 Stufen von AG49 im Bereich Be nach Re benutzen. Das gilt nur für die sRGB-Ausgabe und nicht für Körperfarben.


Bild 8 - Angestrebte Ausgabe eines 32-stufigen Elementarbunttonkreis mit rgbd-Daten
Zum Herunterladen dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe AGF80-1N.PDF.

Bild 8 zeigt die Werte rgbde um die angestrebten Elementarbunttöne auf einen Norm-sRGB-Gerät (links) zu erzeugen. Die Positionen auf der rechten Seite sind gleich wie in Bild 7. Jedoch, ändert der Transfer rgbde (Änderung von Gerätebuntton um den angestrebten Elementarbuntton auszugeben) die Farbausgabe an allen Positionen. Das Ergebnis ist eine verbesserte Elementarbunttonausgabe in Bild 8 im Vergleich zu Bild 7. Die Ausgabe von Bild 8 stimmt viel besser mit den visuellen Kriterien für die Elementarbunttonausgabe überein, die in Bild 1 angegeben sind.

6. 32-stufiger Bunttonkreis mit 15 ISO-Kontraststufen CYP1 bis CYP15 nach ISO 9241-306

Nur 32 der 48 Stufen aus der Prüfvorlage AG49 von ISO 9241-306 werden in Bild 9 und 10 benutzt.


Bild 9 - Angestrebte Ausgabe eines 32-stufigen Elementarbunttonkreises für verschiedenes Gamma gP
Zum Herunterladen dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe AGF8L0N1.PDF.

Bild 9 zeigt Änderngen der Normkontraststufe CYP8 (SDR) mit gP=1,000. Andere Kontraststufen sind CYP1 (LDR), CYP5 (BDR), CYP8 (SDR), und CYP15 (HDR). Etwas Text erklärt die Bilder und führt zu weiterer Information mit verschiedenen Links. Die Abkürzungen bedeuten: L=Low, B=Büro (Office), S=Standard, H=High, DR=Dynamic Range.


Bild 10 - Angestrebte Ausgabe eines 32-stufigen Elementarbunttonkreises für 15 Kontraststufen CYP1 bis CYP15.
Zum Herunterladen dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe AGF9L0N1.PDF.

Bild 10 zeigt die Normkontraststufe CYP8 (oben links). 15 verschiedene Kontraststufen zwischen CYP1 und CYP15 sind ausgegeben. Das graue Umfeld und einige Bunttöne ändern sich als Funktion der Kontraststufe.

Eine einfache Gamma-Änderung scheint eine erste Lösung für das Ziel die Elementarbunttöne für jede Kontraststufe auszugeben. Die mehr komplexe Methode mit 3D-Ausgabe-Linearisierung erscheint besser für die Elementarbunttonausgabe.

Die Einteilung des sichtbaren Spektrums in RG- und YB-Buntwerte kann als Funktion der Wellenläge beschrieben werden.


Bild 11 zeigt die Einteilung des sichtbaren Spektrums in RG-Buntwerte als Funktion der Wellenläge.
Zum Herunterladen dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe AGY21-1N.PDF.


Bild 12 zeigt die Einteilung des sichtbaren Spektrums in YB-Buntwerte als Funktion der Wellenläge.
Zum Herunterladen dieses Bildes im VG-PDF-Format, siehe AGY21-2N.PDF.

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