Licht- und Displaytechnik. Farbe

Transkript

1 Lichttechnisches Institut Licht- und Displaytechnik Farbe von Karsten Klinger Wintersemester 2008/2009

2 Licht und Farbe Inhalt Auge Farbdreieck Farbwiedergabe Farbsysteme Farbabstand

3 Farbsehschwächen erkennen

4 Das Auge Nachtsehen Stäbchen Anzahl: Zapfenarten L-Typ rot 570 nm M-Typ grün 540 nm S-Typ blau 430 nm Tagsehen Zapfen Anzahl: Rot : Grün : Blau 4 : 16 : 1 Skotopisch Mesopisch Photopisch Dunkel 10-3 cd/m! 10 cd/m! Hell

5 Innerer Aufbau des Auges

6 Absorptionskurven von Zapfen und Stäbchen [nm] Absorptionskurven der drei Spektraltypen von Zapfen in der Netzhaut (durchgezogene Linien) und der Stäbchen (gestrichelt). [Nach Dartnall, 1983]

7 Normspektralwertfunktionen

8 Normspektralwertfunktionen 2 und 10

9 Normfarbtafel - Farbdreieck X = k# " (!) $ x (!) d! Y = k! $ (#)" y (#) d# Z = k! $ (#)" z (#) d# x y = = z = 1- X X + Y + Y X + Y + x - y Z Z

10 Farbwertanteile Koordinaten im CIE-Farbdreieck x = X + X Y + Z y = Y z = 1- x - X + Y + Z y y x

11 Unbuntpunkt Farbe: Weiss Farbwertanteile: x W = 0,333 y W = 0,333 Lage: Etwas unterhalb der Plankschen Strahlung Ähnlichste Farbtemperatur: 5500 K

12 Ähnlichste Farbtemperatur Farbtemperatur: Farbort des schwarzen Strahlers bei einer bestimmten Temperatur Planksche Kurve

13 Normlichtarten Normlichtart A Glühlampe Farbtemperatur 2856 K Normlichtart D 65 Mittlere Tageslichtphase Ähnlichste Farbtemperatur 6500 K

14 Spektren der Normlichtarten Strahlungsfunktionen der Normlichtarten A und D65 sowie der Lichtarten C, B und D55

15 Spektren von Lichtquellen Spectral Distribution of Different Light Sources 1 0,9 0,8 0,7 rel. Intensity 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 D2 D4 A D65 LED-21 LED Wavelength [nm]

16 Farbwiedergabe Stufe subjektive Bewertung Ra-Bereich 1A sehr gut > 90 1B A gut B mäßig schlecht Farbwiedergabeindex R a

17 Farbtongleiche Wellenlänge Farbe F im CIE - Farbdreieck Farbwertanteile: x F, y F Farbtongleiche Wellenlänge Gerade von Unbuntpunkt E durch Farbe F Schnittpunkt mit Spektralfarbenzug ist die Spektralfarbe der farbtongleichen Wellenlänge Farbwertanteile: D F x d, y d Berechnung spektraler Farbanteil p e = y y F d!! y y W W oder p e = x x F d!! x x W W E

18 Dominante Wellenlänge Vorteil: Beschreibt die Farbe einer LED mit einem Wert Nachteil: Keine exakte Beschreibung des tatsächlichen Farbortes x Relative Strahldichte!

19 Farbstimmung Adaption des Auges an mittlere Leuchtdichte vorherrschende Farbe (bei geringer Sättigung) Farbstimmung Weißabgleich Farbumstimmung Farbstich DIN 5033 Teil 1 Absatz 12: Die Farbstimmung wird durch diejenige Farbart beschrieben, die jeweils als unbunt empfunden wird. [Weitere Informationen: Hentschel, Kapitel 4.5]

20 Farbstimmung - Farbkontraste

21 Farbstimmung - Beispiel

22 Farbstimmung - Beispiel

23 Farbabgleich - Helmholtz scher Farbmischapparat 440 nm 545 nm 700 nm Schematischer Versuchsaufbau zur Messung von spektralen Farbwerten Die realen Messungen erfolgten mittels spezieller optischer Geräte, z.b. dem Helmholtz'schen Farbmischapparat. Im linken Photometerfeld werden die 3 Grundfarben so gemischt, dass eine Farbgleichheit zwischen diesem Feld und der vorgegebenen Spektralfarbe besteht.

24 Eigenschaften des Farbabgleichs Farbabgleich ist extensiv Gleichheit ist vollständig Heterochromer Helligkeitsabgleich ist intensiv Gleichheit gilt nur für Helligkeit Farbattribute Buntton und Buntheit können unterschiedlich sein

25 Innere und äußere Farbmischung R: Rot G: Grün B: Blau A: zu bestimmende Farbe

26 Farbmischungen in der Farbtafel Lichtquellen: U, V, W

27 Gemessene Spektralwertfunktionen

28 CIE-RGB Spektralwertfunktionen

29 Umrechnung CIE-RGB zu CIE-xyz x(!) = 2,7689 r(!) +1,7518 g(!) +1,1302 b(!) y(!) = 1,0000 r(!) +4,5907 g(!) +0,0601 b(!) z(!) = 0,0000 r(!) +0,0565 g(!) +5,5943 b(!)

30 CIE-xyz Normspektralwertfunktionen

31 CIE-xyY-System

32 Farbdreieck CIE und Farbkreis nach Newton [Quelle: en.wikipedia.org/wiki/cie_1931_color_space,

33 Magenta im Spektrum durch additive Farbmischung [Quellen: jumk.de/astronomie/about-stars/measured-values.shtml

34 Gleichabständigkeit Liegen bei gleicher Strecke auch gleiche Farbabstände vor?

35 Farbabstand nach DIN DIN 5033 Teil 1 Absatz 18: Die Größe des empfindungsgemäßen Unterschiedes zwischen zwei Farben heißt Farbabstand.

36 UCS-Farbtafel

37 UCS Lu v Berechnung

38 MacAdam Experiment

39 MacAdam Ellipsen in xy-koordinaten Ellipsen in zehnfacher Vergrößerung dargestellt

40 MacAdam Ellipsen

41 MacAdam Ellipsen in u*v*-koordinaten

42 MacAdam Ellipsen als Kreise

43 CIE-UVW und CIE-Lu*v* Koordinaten

44 CIELAB-System Farben sind relativ zu Referenzweiß X 0 /Y 0 /Z 0

45 CIELAB-System Doppelkegel Farbort Helligkeitskoordinate L Farbkoordinaten a und b

46 CIELAB-System Farbebene CIELAB Kreis zeigt Querschnitt des Farbenraums

47 CIELAB Farbabstand (L*a*b*) Bezugsfarbe B Probenfarbe P!E = ( L * * P " L ) 2 B + ( a * * P " a ) 2 B + ( b * * P " b ) 2 B Ungenauigkeit: Helligkeitsdifferenz geht mit gleicher Gewichtung in Farbabstand ein, wie Farbdifferenz

48 CIELAB Farbabstand Beispiel!E = ( L * * P " L ) 2 B + ( a * * P " a ) 2 B + ( b * * P " b ) 2 B

49 CIELAB-System mit Ellipsen Toleranzellipsen im L*a*b*-System in der Ebene L*=50% Color Difference System CMC (l:c) Toleranzellipsen im L*a*b*-System

50 Neue Farbsysteme Zwei alternative Systeme basieren auf CIELAB Vergleichbare Exaktheit DIN99 CIE-DE2000 DIN99 einfacher berechenbar

51 Farbsystem DIN99 Helligkeit L 99 = 105,51! ln( 1 + 0,0158!L * ) Differenz ( ) 2 + 0, 7( b * " cos16 o # a * "sin16 o )! = 0,045 a * " cos16 o + b * " sin16 o Abminderung ln 1+! k =! ( ) ( ) 2

52 Farbsystem DIN99 Helligkeit L 99 = 105,51! ln( 1 + 0,0158!L * ) Rot-Grün Buntheit a 99 = ln( 1 +!)! Gelb-Blau Buntheit b 99 = ln ( 1+! )! "( a * " cos16 o + b * "sin16 o ) "( 0,7( b * " cos16 o # a * "sin16 o ))

53 Farbsystem DIN99 Farbabstand Bezugsfarbe B Probenfarbe P!E 99 = ( L 99P " L ) 2 99B + ( a 99P " a ) 2 99B + ( b 99P " b ) 2 99B

54 CRT-Monitor Farbphosphore Relative spektrale Strahldichteverteilungen der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau eines Farbbildschirms Maximalwert jeweils auf 100 normiert Weiterhin gemeinsames Spektrum Weiß

55 Detail Monitorbildmaske

56 Farbdreieck mit verschiedenen Lichtquellen

57 Farbmischungen Substraktive Farbmischung Additive Farbmischung

58 Trichromatische substraktive Farbmischung Grundfarben: C cyan M magenta Y yellow Mischfarbe: Schwarz

59 Substraktive Farbmischung Gelb Magenta Cyan Relative spektrale Transmissionsgrade der Farbpigmente Gelb, Magenta und Cyan, die bei Farberzeugungsprozessen nach dem Prinzip der substraktiven Farbmischung eingesetzt werden. Werden z.b. die Pigmente Gelb und Magenta hintereinander angeordnet, dann wird nur Strahlung im Langwelligen durchgelassen. Das Ergebnis wäre ein rötlich aussehendes Pigment.

60 Substraktive Farbmischung - Mischfarben Gelb und Magenta ergibt Rot Gelb und Cyan ergibt Grün Cyan und Magenta ergibt Blau Gelb und Cyan und Magenta ergibt Schwarz Bei Farbdrucken werden neben den Grundfarben Gelb, Cyan und Magenta auch sowohl Schwarz als auch, bei nichtweißen Papieren, Weiß und Schmuckfarben (Gold, Silber,...) verwendet.

61 Additive Farbmischung

62 Zwei Farben Weiss Blau und Leuchtstoff RGB - Spektrum

63 Additive Farbmischung - LEDs Erzeugung von Licht der Farbe Weiß durch additive Farbmischung Benutzung drei einzelner roter, grüner und blauer LEDs Bei passender Abstimmung ergibt sich weiß LED-Chip der Farbe Blau zusammen mit einem Phosphor-Überzug (Gelb) ergibt weiß UV-LED und drei Phosphore der Farben Rot, Grün, Blau ergibt weiß RGB- Chips nm Blue Chip + UV- Chip 1 Phosphor nm Phosphore nm [Quelle: Osram, GTB Task Force - LED Forward Lighting - presentation]

64 Additive Farbmischung - Mischfarben Mischungsregeln bei additiver Farbmischung Folgende Mischungsregeln sind charakteristisch für die additive Farbmischung: Additive Farbmischungen Rot und Grün und Blau ergibt Unbunt Rot und Grün ergibt Gelb Rot und Blau ergibt Magenta (Purpur, Pink) Grün und Blau ergibt Cyan (Blaugrün)