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Normfarbwerte

In der Farbmetrik gibt es grundsätzlich zwei Beobachter, das Meßgerät und das menschliche Auge. Hier wird kurz beschrieben, wie das Farbsehen und der Unterschied zur Farbermittlung mit dem Meßgerät zustande kommt.

Auf der Netzhaut (Retina) im Auge wird das Objekt, das wir sehen, abgebildet. Die Netzhaut ist belegt mit zwei Arten lichtempfindlicher Rezeptoren, den Stäbchen und den Zäpfchen. Die Stäbchen sind verantwortlich für die Hell-Dunkel-Differenzierung und die Zäpfchen für das Farbsehen. Die Zäpfchen werden hinsichtlich ihrer spektralen Eigenschaften in drei Arten unterschieden: Eine Zäpfchenart reagiert besonders auf orange-rot, die andere auf grün und die dritte auf blau. Es ist vorstellbar, daß nicht bei jedem menschlichen Beobachter das Zusammenspiel dieser 3 Arten Farbrezeptoren gleich ist. Dies ist das grundlegende Problem, das zur Differenz zwischen Farbsehen und der Farbermittlung mit dem Meßgerät führt.

Die CIE (Commission Internationale de l’ Eclairage) hat 1931 versucht, das Problem experimentell zu lösen. In diesem Jahr wurden Empfindlichkeitskurven der drei Zäpfchenarten für den 2-Beobachter an Hand von visuellen Abmusterungen erarbeitet. Die daraus resultierende “Normalspektralwertkurven” sind in der nächsten Abbildung dargestellt. Die Definition des 2-Beobachters ist auf das Auge zurückzuführen. Die Sehachse des Auges ist von der optischen Achse leicht unterschiedlich und endet in der Macula lutea (gelber Fleck) mit der Fovea centralis. In der Fovea centralis befinden sich nur Zäpfchen (über der restlichen Retina sind die Zäpfchen unregelmäßig verteilt), sie ist allerdings so klein, daß ein Gegenstand von ca. 1 cm Durchmesser in einem Abstand von ca. 25 cm auf dieser voll abgebildet wird. Dies entspricht dem 2 Grad-Beobachter.

Ein menschlicher Beobachter, dessen Zäpfchen annähernd die in der Grafik gezeigten Empfindlichkeitskurven besitzen, wird “farbtechnischer Normalbeobachter CIE 1931” oder kurz 2 Grad-Normalbeobachter genannt.

Auf diesen Normalspektralwertfunktionen beruht das CIELAB-System. Nun ist klar, daß in der Mathematik, die im Folgenden beschrieben wird, Näherungen (experimentell; visuelle Abmusterungen) verborgen sind, die durch den Koloristen beim Vergleich der Meßwerte mit seiner eigenen Beurteilung Berücksichtigung finden muß.

Auf Farbfehlsichtigkeiten wird hier nicht eingegangen, aber an die Abnahme des Farbsehvermögens mit zunehmendem Alter ist zu denken.

Im obigen Text  wurde noch nicht auf die Wirkung der Beleuchtung, die für das Zustandekommen des Farbeindruckes wichtig ist, eingegangen. Einfach ausgedrückt: Eine Probe sieht im Tageslicht anders aus als unter z. B. Rotlicht. Dieser Sachverhalt findet in den Normfarbwerten Berücksichtigung.

Die Normalspektralwertfunktionen wurden, wie schon beschrieben, experimentell ermittelt.

Diese Funktionen reichen als Maßzahlen für die Beschreibung der Farbempfindung nicht aus, weil die wellenlängenabhängige Strahlungsintensität der Lampe S und der wellenlängenabhängige Reflexionsfaktor R der Probe eine Rolle spielt.

Um die Wellenlängenabhängigkeit zu berücksichtigen, wurden die “Normfarbwerte” definiert:

Die Normfarbwerte werden nach obiger Gleichung für alle Wellenlängen im Wellenlängenbereich (z. B. 400 - 700 nm) berechnet. F ist ein Normierungsfaktor im Vergleich zu “Idealweiß”, das alles auffallende Licht unabhängig von der Wellenlänge reflektiert (dem Idealweiß wird der Wert 100 zugeschrieben). Der Faktor F wird wie folgt berechnet:
Mit diesem Faktor werden auch die Summen für X und Z normiert, die dann je nach Farbe der Lichtquelle (z. B. D65 oder A) für das Idealweiß Werte ergeben, die von 100 abweichen.
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