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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Farbabstandes auf der Grundlage des Farbstandes im LSh-Farbraum.
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Der Farbabstand ist der Unterschied zwischen einer Probefarbe und einer Vergleichsfarbe. Damit können Projekte, die sich mit Farben befassen, quantifiziert werden, was sonst nur ansatzweise mit Adjektiven verbal beschrieben werden könnte.
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Ein wichtiges und praktisches Problem der Beurteilung von Farben ist die Gleichabständigkeit. Das Ziel ist die „numerische Angabe” eines Farbabstandsmaßes solcher Art, dass gleiche Zahlen in allen Farbnuancen einem von vielen Menschen empfundenen gleichen Farbabstand entsprechen. In der betrieblichen Praxis und der Standardisierung ist die Angabe von Toleranzen üblich und notwendig. Auf Farben angewendet bedeutet dies, dass ein festgehaltener Farbabstand ΔE für jeden Farbton, jeden Träger und jeden Zustand gleich sein sollte, sodass in Lieferbedingungen Toleranzen zu Farbangaben möglich sind.
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Der Farbabstand zwischen einer Probefarbe und einer Vergleichsfarbe wird dazu in verschiedenen Farbräumen bestimmt. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Farbraumsysteme vorbekannt, beispielsweise der CIEXYZ-Farbraum, der CIEYUV-Farbraum oder der CIELUV-Farbraum. Für spezielle Anwendungen, vor allem in der Datenverarbeitungstechnik, finden außerdem der RGB-Farbraum, der CMYK-Farbraum, der HSV-Farbraum, der |1|2|3-Farbraum, das YCbCr-Farbmodell oder das YPbPr-Farbmodell Anwendung.
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Der am häufigsten angewendete Farbraum ist jedoch der CIELAB-Farbraum, welcher von der Internationalen Beleuchtungskommission (Commission Internationale de l'Eclairage; CIE) im Jahre 1976 definiert wurde. Der CIELAB-Farbraum wird durch die kartesischen Koordinaten L* (Helligkeit), a* und b* beschrieben. Ist der CIELAB-Farbraum in Zylinderkoordinaten L* (Helligkeit), C* (Buntheit) und h° (Bunttonwinkel) dargestellt, wird dieses Farbraumsystem als CIELCh-Farbraum bezeichnet.
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In der industriellen Praxis ist das gebräuchliche Maß für Farbabweichungen die CIELAB-Farbabstandsformel aus dem Jahre 1976. Der nach dieser Formel berechnete Farbabstand ΔE 1976 bezieht sich auf den CIELAB-Farbraum und ist wie folgt definiert:
mit ΔL* als Helligkeitsunterschied, ΔC*
ab als Buntheitsunterschied und ΔH*
ab als Buntheitsbeitragsunterschied.
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Grundsätzlich gilt die Regel, dass die Übereinstimmung zweier Farben umso besser ist, je geringer der Farbabstand ΔE*ab ausfällt. Da aber der CIELAB-Farbraum in Bezug auf die menschliche Farbempfindung nicht ausreichend gleichabständig ist und in den gesättigten Farben Unterschiede geringer empfunden werden als ΔE*ab erwarten lässt, werden die Farbdifferenzen falsch bewertet. Deshalb ist es in einigen Industriebereichen üblich, wie z. B. in der Druckindustrie, mit unterschiedlich grollen Toleranzen für die einzelnen Druckfarben zu operieren.
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In der Vergangenheit ist eine Vielzahl an Korrekturen der CIELAB-Farbabstandsformel (1976) erarbeitet worden, wie die Farbabstandsformeln CIE94 (ΔE 1994), CIEDE2000 (ΔE 2000) oder CMC(l:c). Die Berechnung des Farbabstandes mit der CIELAB-Farbabstandsformel (1976) als einfacher euklidischer Abstand ist ein Vorteil gegenüber CMC(l:c), CIE94 und CIEDE2000, deren Berechnung viel komplizierter ist. Bei der CIEDE2000-Formel werden nicht nur die Farbabstandsformeln geändert, sondern vor der eigentlichen Farbabstandsberechnung findet eine Transformation des CIELAB-Farbraumes statt. Da diese zum Teil sehr komplizierten Modelle für die Anwender kaum verständlich sind, haben sie bis jetzt keine breitere Anwendung finden können.
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Die
DE 101 02 612 A2 beschreibt ein Verfahren zur Prüfung der Farb- und/oder der Glanz-Qualität von Stoffen und ähnlichen Materialien, gekennzeichnet durch folgende Schritte: die Reflektionsspektren werden getrennt für jeden Bereich mit der spektralen Strahlungsverteilung einer oder mehrerer Lichtarten sowie mit den Normspektralkurven multipliziert und über den sichtbaren Bereich des Spektrums integriert; die hierdurch erhaltenen Farbwerte XYZ werden in einen geeigneten, an die menschliche Farbwahrnehmung angepassten Farbraum wie z. B. CIELAB transformiert; die CIELAB-Farbwerte werden mit den nach dem gleichen Verfahren ermittelten CIELAB-Farbwerten einer Referenzvorlage verglichen und nach einer an die menschliche Farbwahrnehmung angeglichenen Farbabstandsformel wie z. B. DELTA-E, CIE94, CMC oder CIE2000, gegebenenfalls aufgeschlüsselt nach den zum Farbunterschied beitragenden Komponenten, wie Helligkeit, Buntheit, Buntton, mathematisch bewertet.
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Aus der
DE 199 16 560 A1 ist außerdem ein Verfahren zur Wertung der physikalischen Messung von Farbdifferenzen zwischen Probeflächen als Nachstellung der Farbe von Referenzflächen auf Grund physikalischer Messung der Farborte vorbekannt. Kennzeichnend für diese Erfindung ist, dass der Farbort der Probefläche und der Referenzfläche unter gleichen Beleuchtungs- und Beobachtungsbedienungen gemessen werden, wobei mit dem Farbort der Referenzfläche als Ursprung ein Vektor gebildet wird, dessen Länge in der durch den Vektor gegebenen Richtung einer subjektiven Wertung des Farbabstandes zwischen Probefläche und Referenzfläche zugeordnet wird, die durch visuellen, simultanen Vergleich der betreffenden Probefläche mit der Referenzfläche unter gleichen Beleuchtungs- und Beobachtungsbedingungen sowie vorgegebener spektraler Lichtverteilung der Beleuchtung gewonnen wurden, wobei sich die Beleuchtungsbedingungen und Beobachtungsbedingungen zwischen Messung und visueller Betrachtung dann unterscheiden können, wenn die durch Messung ermittelten Längen der Vektoren in der gleichen Rangfolge liegen wie die subjektiven Wertungen.
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Um die Übereinstimmung der Farbabstandmessung zu verbessern, wird das visuelle Empfinden außerdem in lernfähige Systeme einbezogen. Diesen Systemen ist jedoch immanent, dass sie technisch sehr aufwendig und somit für praktische Applikationen nicht oder nur unzureichend geeignet sind. Ferner weisen diese adaptiven Systeme den signifikanten Nachteil auf, dass die Genauigkeit der Farbabstandsmessung erheblich von einer exakten Bedienung abhängig ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein Verfahren zur Ermittlung des Farbabstandes einer Probefarbe und Vergleichsfarbe vorzuschlagen, bei dem der ermittelte Farbabstand besser mit der menschlichen Empfindung übereinstimmt. Insbesondere bei stark gesättigten Farben soll mittels dieses Verfahrens eine bessere Kontrolle der Einfärbung der Probefarbe ermöglicht werden Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zur Ermittlung des Farbabstandes einer Probefarbe und einer Vergleichsfarbe auf der Grundlage des Farbstandes im LSh-Farbraum unter Verwendung einer Lichtquelle sowie einer Sensoren aufweisenden Mess- und Auswerteinheit folgende Verfahrensschritte:
- • Beleuchtung der Probefarbe und einer Vergleichsfarbe mit einem definierten Licht der Lichtquelle,
- • Detektierung des von der Probefarbe und der Vergleichsfarbe remittierten Lichts unter Verwendung der Sensoren,
- • Bestimmung der Helligkeit L, der Buntheit C, des Bunttonbeitrags H und zusätzlich der Sättigung S jeweils für die Probefarbe und Vergleichsfarbe mittels der Mess- und Auswerteinheit,
- • Ermittlung des Farbabstands zwischen der Probefarbe und Vergleichsfarbe als euklidischer Abstand, wobei anstelle der Buntheit C die Sättigung S in der CIELAB-Farbabstandsformel verwendet wird und
- • Korrektur des ermittelten Farbabstands für ein zylinderförmiges Farbmodell.
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Zur Ermittlung des Farbabstands wird erfindungsgemäß neben dem Helligkeitsunterschied ΔL und des Bunttonbeitragsunterschieds ΔH nicht der Buntheitsunterschied (Chroma) ΔC innerhalb der CIELAB-Farbabstandsformel (1976) verwendet, sondern anstelle des Buntheitsunterschieds ΔC der Sättigungsunterschied ΔS der zu vergleichenden Farben. Der Farbabstand im Sättigungsraum ΔE*
S zwischen der Probefarbe und Vergleichsfarbe lässt sich zur Bildung eines LSh-Farbraums sodann gemäß
ermitteln. Da alle drei Koordinaten kartesisch sind, so ist der LSh-Farbraum ebenso kartesisch.
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Dabei entspricht ΔL* dem Helligkeitsunterschied, ΔS*ab dem Sättigungsunterschied und ΔH*S dem Bunttonbeitragsunterschied im Sättigungsraum.
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Das Verfahren nutzt also einen Sättigungsfarbraum, in welchem die Farbabstände von vornherein besser an das menschliche Sehempfinden angepasst ist als der im Stand der Technik genutzte Buntheitsfarbraum.
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Die Sättigung S
i, für die bislang ein geeigneter Rechenansatz fehlte, wird gemäß
jeweils für die Probefarbe und die Vergleichsfarbe bestimmt wird. Die vorgenannte Formel beschreibt die Sättigung einer Farbe wesentlich besser, als der Ansatz gemäß dem Stand der Technik, bei dem sich die Sättigung als Quotient aus der Buntheit und der Helligkeit dieser Farbe ergibt.
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Die Sättigungswerte befinden sich dabei in einem Intervall zwischen 0% und 100%. Der Sättigungsunterschied von zu vergleichenden Farben 1 und 2 wird gemäß ΔS*ab = S1 – S2 berechnet.
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Der Bunttonbeitragunterschied ΔH*
S zweier zu vergleichender Farben wird dabei aus dem Bunttonwinkelunterschied Δh gemäß
ermittelt. Der Bunttonbeitragunterschied ΔH*
S zweier Farben entspricht demnach dem Sättigungsmittelwert dieser Farben multipliziert mit dem Bunttonwinkelunterschied im Bogenmass. Alternativ ist eine Berechnung auch möglich mit
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Es besteht trotzdem noch die Notwendigkeit, den ermittelten Farbabstand ΔE*
S zu korrigieren. Das liegt in den Eigenschaften des zylinderförmigen Farbraumes begründet. Betrachtet man ein Farbpaar in diesem Raum mit einem definierten Bunttonwinkelunterschied, so ergibt sich nachtstehende Problematik: Wenn dieses Paar eine kleine Buntheit hat, so ist der Farbabstand im Farbraum kleiner, als wenn er eine große Buntheit hat. Zwar ist der empfundene Farbabstand bei großer Buntheit größer als bei einer kleineren Buntheit, jedoch nicht in erheblichem Maße. Der Abstand des Farbpaares ist proportional zum Radius des Raumes. Der durch die Anordnung im zylinderförmigen Farbmodell entstehende Farbabstand ΔE*
S muss daher gemäß
mit einer Konstante k korrigiert werden. S
m ist in dieser Formel der arithmetische Mittelwert der beiden Sättigungswerte.
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Neben der Lichtquelle sowie einer Sensoren aufweisenden Mess- und Auswerteinheit wird beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Zwecke der Zerlegung des remittierten Lichts der entsprechenden Farbproben ein Prisma eingesetzt, um die Messwerte für jeden Wellenlängenbereich einzeln ermitteln zu können.
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Die durch das Prisma entstehenden einzelnen Spektralanteile des remittierten Lichts werden dann mittels der Sensoren erfasst und von der Mess- und Auswerteinheit als Signale entsprechend verarbeitet. Hierbei sind diese Sensoren bevorzugt als CCD-Zeile ausgebildet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Farbabstandes einer Probefarbe und Vergleichsfarbe dient vorrangig der Kontrolle der Farbgebung in verschiedenen Produktionszweigen, beispielsweise in der Druckindustrie, Textilindustrie, Autolackierung, Kunststoffproduktion, Fernseher- u. PC-Monitoren-Herstellung usw.
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Die signifikanten Vorteile und Merkmale der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind im Wesentlichen:
- • durch Verwendung eines besser an das menschliche Sehempfinden angepassten LSh-Farbraums ergibt sich eine Abstandsbewertung, die leichter von den Anwendern akzeptiert wird,
- • aufwändige und komplizierte Abstandsformeln werden vermieden,
- • verbesserte Kommunikation zwischen den verschiedenen Anwendern von Farbmessgeräten und Farbkontrolleinrichtungen und
- • mittels des Verfahrens wird zudem ein ökonomischer Vorteil durch Einsparung von Makulatur beim Druck erzielt.
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Die Ziele und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, von denen zeigen:
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1: schematische Darstellung eines Farbmessgerätes zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung des Farbabstandes,
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2: schematische Darstellung des Farbabstandes zwischen einer Farbe F1 und einer Farbe F2 im CIELAB-Farbraum gemäß dem Stand der Technik,
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3: schematische Darstellung des Farbabstandes zwischen einer Farbe F1 und einer Farbe F2 im LSh-Farbraum.
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4: eine Grafik mit dem Zusammendruck von Magenta und Schwarz in Abhängigkeit vom Flächendeckungsgrad,
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5: Schnittdarstellung des LCh-Farbraums in der Magenta-Ebene und
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6: Schnittdarstellung des LSh-Farbraums in der Magenta-Ebene.
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Das Verfahren zur Messung des Farbabstandes wird vorzugsweise durch ein als Spektralphotometer ausgebildetes Farbmessgerät gemäß 1 realisiert. Die zu vermessene Farbprobe 2 wird von einer Lichtquelle 1 mit einem definierten Licht beleuchtet. Das von der Farbprobe 2 remittierte Licht wird mittels eines Prismas 3 in einzelne Spektralanteile zerlegt, die durch die als CCD-Zeilen (Charge-coupled Device) 4 ausgebildeten Sensoren gemessen werden. Die Signale der photoelektrischen Sensoren 4 werden anschließend in die Größen Helligkeit L, Buntheit C sowie den Bunttonwinkel h umgerechnet. Dazu wird eine hier nicht dargestellten Mess- und Auswerteinheit, die vorzugsweise als PC ausgebildet ist, verwendet.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung des Farbabstandes ΔE*ab zwischen einer Farbe F1 und einer Farbe F2 im CIELAB-Farbraum gemäß dem Stand der Technik. Die Strecke F1F2 repräsentiert den Farbabstand der Farborte F1 und F2 im L*a*b*-Farbraum. Der Nachteil der hierbei angewendeten Farbabstandsermittlung besteht darin, dass insbesondere Farbabstände bunter Farben als zu groß bewertet werden.
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In der
3 ist eine schematische Darstellung des Farbabstandes zwischen einer Farbe F1 und einer Farbe F2 im neu definierten LSh-Farbraum illustriert. Wie ersichtlich, sind als Parameter in diesem 3D-Diagramm die Helligkeit L, der Bunttonbeitrag H und die Sättigung S aufgetragen. Zur Ermittlung des Farbabstands zweier Farborte wird erfindungsgemäß die Formel
in Ansatz gebracht.
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Die 4 bis 6 verdeutlichen den Unterschied zwischen einem LCh-Farbraum und dem erfindungsgemäßen LSh-Farbraum. Die 4 zeigt hierbei eine Grafik mit dem Zusammendruck von Magenta und Schwarz in Abhängigkeit vom Flächendeckungsgrad. Wie ersichtlich, ergeben sich für die einzelnen Farbpunkte im LCh-Farbraum und LSh-Farbraum unterschiedliche Abstände. Die Abstände der gesättigten Farben, die durch die Ziffern 1, 2 und 3 repräsentiert werden, sind im LSh-Farbraum deutlich geringer als im LCh-Farbraum. Die Farben 1, 2 und 3 sind dabei Farben hoher Buntheit, die visuell nur einen geringen Farbabstand aufweisen.
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Die 5 und 6 zeigen eine Schnittdarstellung durch einen LCh-Farbraum und einen LSh-Farbraum jeweils in der Magenta-Ebene, wobei in 5 die Helligkeit L in Abhängigkeit von der Buntheit und in 6 die Helligkeit L von der Sättigung S dargestellt sind. Die Sättigung einer Farbe ist von der Helligkeit L und der Buntheit C abzuleiten. Daraufhin wird die Bunttonbeitragsdifferenz zweier Farben als Funktion des Sättigungsunterschiedes dieser Farben und des Bunttonwinkelunterschiedes errechnet. Die Farben sind in beiden Darstellungen jeweils durch eine Ellipse gekennzeichnet. Es lässt sich feststellen, dass Farborte, die eine hohe Buntheit repräsentieren, in der 6 dichter beieinander liegen als in 5. Das heißt, dass der Farbabstand von Farben mit hoher Sättigung im erfindungsgemäßen LSh-Farbraum kleiner ist, als in der bisherigen Farbabstandsbeschreibung des LCh-Farbraums gemäß 5 und somit besser der menschlichen Sehempfindung entspricht. Steht der berechnete Farbabstand für eine Probe außerhalb eines festgelegten Toleranzintervalls, so wird die Probe als fehlerhaft ausgewertet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtquelle
- 2
- Farbprobe, Vergleichsfarbe
- 3
- Prisma
- 4
- Sensor
