Lichttechnisches Institut Licht- und Displaytechnik Farbe von Karsten Klinger Wintersemester 2007/2008
Praktikantenstelle Nachtdesign Dauer: 01.03.08-31.08.08 Ort: Porsche Entwicklungszentrum Weissach Aufgaben: - Vermessungen an Prototypen und Serienteilen - Arbeiten mit einem Spektrometer und anderen aktuellen Messmitteln - Erweiterung der Messtechnik - Validierung von Messmethoden Profil: - Ein bereits erfolgreich absolviertes Praktikum in der Industrie - Interesse für Messtechnik - Systematisches Arbeiten - Begeisterungsfähigkeit - Systemorientiertes Denken - Grundkenntnisse in Colorimetrie und Fotometrie Geboten wird eine fundierte Einführung in die Praxis des Messens und interessante Einblicke in unsere Arbeitswelt. Bis jetzt war noch jeder Praktikant von diesem Praktikum begeistert. Interessiert? Bitte wenden Sie sich an: Dr. Thomas Fink 0711/911/88145 thomas.fink@porsche.de für ein telefonisches Gespräch aus dem sich alles weitere ergibt.
Exkursion 23.1. Abfahrt früh morgens Zumtobel Leuchtenhersteller Übernachtung wahrscheinlich in Innsbruck 24.1. Bartenbach Solartechnik, Tageslichttechnik, Kunstlichttechnik Heimfahrt Zweitages-Exkursion zusammen mit Architekten Termin bestätigt Organisation: Arne Abromeit, fbta, Architektur Ansprechpartner am LTI: Norbert Hahn, Tel: 0721-608-7708 email: Norbert.Hahn@lti.uni-karlsruhe.de
Licht und Farbe Inhalt Auge Farbdreieck Farbwiedergabe Farbsysteme Farbabstand
Farbsehschwächen erkennen
Das Auge Nachtsehen Stäbchen Anzahl: 100.000.000 Zapfenarten L-Typ rot 570 nm M-Typ grün 540 nm S-Typ blau 430 nm Tagsehen Zapfen Anzahl: 5.000.000 Rot : Grün : Blau 4 : 16 : 1 Skotopisch Mesopisch Photopisch Dunkel 10-3 cd/m² 10 cd/m² Hell
Innerer Aufbau des Auges
Absorptionskurven von Zapfen und Stäbchen Absorptionskurven der drei Spektraltypen von Zapfen in der Netzhaut (durchgezogene Linien) und der Stäbchen (gestrichelt). [Nach Dartnall, 1983]
Normspektralfunktionen
Normspektralwertfunktionen
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
Farbwertanteile Koordinaten im CIE-Farbdreieck x = X + X Y + Z y = Y z = 1- x - X + Y + Z y y x
Unbuntpunkt Farbe: Weiss Farbwertanteile: x W = 0,333 y W = 0,333 Lage: Etwas unterhalb der Plankschen Strahlung Ähnlichste Farbtemperatur: 5500 K
Ähnlichste Farbtemperatur Farbtemperatur: Farbort des schwarzen Strahlers bei einer bestimmten Temperatur Planksche Kurve
Normlichtarten Normlichtart A Glühlampe Farbtemperatur 2856 K Normlichtart D 65 Mittlere Tageslichtphase Ähnlichste Farbtemperatur 6500 K
Spektren der Normlichtarten Strahlungsfunktionen der Normlichtarten A und D65 sowie der Lichtarten C, B und D55
Spektren von Lichtquellen Spectral Distribution of Different Light Sources 1 0,9 0,8 0,7 0,6 rel. Intensity 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 D2 D4 A D65 LED-21 LED-25 0 380 430 480 530 580 630 680 730 780 Wavelength [nm]
Farbwiedergabe Stufe subjektive Bewertung Ra-Bereich 1A sehr gut > 90 1B 80-90 2A gut 70-80 2B 60-70 3 mäßig 40-60 4 schlecht 20-40 Farbwiedergabeindex R a
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
Dominante Wellenlänge Vorteil: Beschreibt die Farbe einer LED mit einem Wert Nachteil: Keine exakte Beschreibung des tatsächlichen Farbortes x Relative Strahldichte λ
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]
Farbstimmung - Farbkontraste
Farbstimmung - Beispiel
Farbstimmung - Beispiel
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.
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
Innere und äußere Farbmischung R: Rot G: Grün B: Blau A: zu bestimmende Farbe
Farbmischungen in der Farbtafel Lichtquellen: U, V, W
Gemessene Spektralwertfunktionen
CIE-RGB Spektralwertfunktionen
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(!)
CIE-xyz Normspektralwertfunktionen
CIE-xyY-System
Farbdreieck CIE und Farbkreis nach Newton [Quelle: en.wikipedia.org/wiki/cie_1931_color_space, www.handprint.com/hp/wcl/color2.html]
Magenta im Spektrum durch additive Farbmischung [Quellen: jumk.de/astronomie/about-stars/measured-values.shtml www.handprint.com/hp/wcl/color2.html]
Gleichabständigkeit Liegen bei gleicher Strecke auch gleiche Farbabstände vor?
Farbabstand nach DIN DIN 5033 Teil 1 Absatz 18: Die Größe des empfindungsgemäßen Unterschiedes zwischen zwei Farben heißt Farbabstand.
UCS-Farbtafel
UCS Lu v Berechnung
MacAdam Experiment
MacAdam Ellipsen in xy-koordinaten Ellipsen in zehnfacher Vergrößerung dargestellt
MacAdam Ellipsen
MacAdam Ellipsen in u*v*-koordinaten
MacAdam Ellipsen als Kreise
CIE-UVW und CIE-Lu*v* Koordinaten
CIELAB-System Farben sind relativ zu Referenzweiß X 0 /Y 0 /Z 0
CIELAB-System Doppelkegel
CIELAB-System Farbebene
CIELAB Farbabstand (L*a*b*) Bezugsfarbe B Probenfarbe P!E = ( L!! P " L ) " B + ( a!! P " a ) " B + ( b!! P " b ) " B Ungenauigkeit: Helligkeitsdifferenz geht mit gleicher Gewichtung in Farbabstand ein, wie Farbdifferenz
CIELAB Farbabstand Beispiel!E = ( L!! P " L ) " B + ( a!! P " a ) " B + ( b!! P " b ) " B
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
Neue Farbsysteme Zwei alternative Systeme basieren auf CIELAB Vergleichbare Exaktheit DIN99 CIE-DE2000 DIN99 einfacher berechenbar
Farbsystem DIN99 Helligkeit L!! = "#$%$"! &' (" + #%#"$(! L ) ) Differenz ( ) - +!".( b % " &'()* o # a % " (+,)* o )! =!"!#$ a % " &'()* o + b % " (+,)* o Abminderung k =!" # +!! ( ) ( ) -
Farbsystem DIN99 Helligkeit L!! = "#$%$"! &' (" + #%#"$(! L ) ) Rot-Grün Buntheit a!! = "# ( $ +! )! Gelb-Blau Buntheit b!! = "# ( $ +! )! "( a % " &'($) o + b % " (*#$) o ) " (%& '( b ( " )*+$, o # a ( " +-#$, o ))
Farbsystem DIN99 Farbabstand Bezugsfarbe B Probenfarbe P!E!! = ( L!!P " L ) "!!B + ( a!!p " a ) "!!B + ( b!!p " b ) "!!B
CRT-Monitor Farbphosphore Relative spektrale Strahldichteverteilungen der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau eines Farbbildschirms, wobei der Maximalwert auf jeweils 100 normiert wurde. Außerdem ist das aus diesen Grundfarben erzeugte Spektrum für die neutrale Farbe Weiß bzw. Unbunt dargestellt.
Detail Monitorbildmaske
Farbdreieck mit verschiedenen Lichtquellen
Farbmischungen Substraktive Farbmischung Additive Farbmischung
Trichromatische substraktive Farbmischung Grundfarben: C cyan M magenta Y yellow Mischfarbe: Schwarz
Substraktive Farbmischung Gelb Magenta Cyan Relative spektrale Transmissionsgrade der Farbpigmente Gelb, Magenta und Cyan, die bei Farberzeugungsprozessen nach dem Prinzip der subtraktiven 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.
Substraktive Farbmischung - Mischfarben Gelb und Magenta ergibt Rot Gelb und Cyan ergibt Gr"ün 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.
Additive Farbmischung
Zwei Farben Weiss Blau und Leuchtstoff RGB - Spektrum
Additive Farbmischung - LEDs Erzeugung von Licht der Farbe Weiß durch additive Farbmischung: Durch Benutzung von drei einzelnen roten, grünen und blauen LEDs Bei richtiger Abstimmung wird die sich ergebende Farbe weiß sein. RGB- Chips + + 400 500 600 700nm Blue Chip + 1 Phosphor Ein LED-Chip der Farbe Blau zusammen mit einem Phosphor-Überzug (Gelb) zur Farbmischung benutzen. Eine UV-LED und drei Phosphore der Farben Rot-Grün-Blau zur additiven Farbmischung benutzen. UV- Chip 400 500 600 700nm + + 3 Phosphore 400 500 600 700nm [Quelle: Osram, GTB Task Force - LED Forward Lighting - presentation]
Additive Farbmischung - Mischfarben 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)