Farbmanagement

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Mit Farbmanagement (engl. color management) soll erreicht werden, dass eine Vorlage, die mit einem beliebigen Eingabegerät erfasst wurde, an einem beliebigen Ausgabegerät möglichst ähnlich wiedergegeben wird.

Beispielsweise soll ein Monitor (Ausgabe) die Farben der Fotos einer Digitalkamera (Eingabe) möglichst so anzeigen wie die Kamera die Farben aufgenommen hat. Die Aufgabe eines Farbmanagementsystems (engl. CMS, color management system) besteht darin, geräteabhängige Farbbeschreibungen anhand eines Geräteprofils in einen geräteunabhängigen Austausch-Farbraum (eng. Profile Connection Space, PCS) und auch wieder aus diesem heraus zu konvertieren. Dadurch wird erreicht, dass jedes Gerät in einem Farbmanagementsystem die Farben annähernd gleich darstellt. Ein einfaches Beispiel ist der Ausdruck von farbigen Dokumenten, die mit einem Farbmanagementsystem auf dem Monitor und auf dem Ausdruck annähernd identisch aussehen. Als Geräteprofil kommen in der Regel ICC-Profile zum Einsatz. Die beteiligten Farbräume sind häufig RGB (Digitalkameras und Monitore), CIELab (geräteunabhängiger Farbraum) und CMYK (Drucker). Der CIELab-Farbraum dient in diesem Fall als Bindeglied zwischen den anderen Farbräumen (PCS).

Neben dem L*a*b*-Farbraum, auf dem die gängigen CMS-Systeme basieren, gibt es auch andere medienneutrale Farbräume wie etwa L*u*v*, das zwar ursprünglich für den Einsatz in Printmedien konzipiert war, sich jedoch gegen Lab nicht hat durchsetzen können. Auch XYZ und xyY sind solche physikalischen Räume, denen gemeinsam ist, alle vom menschlichen Auge wahrnehmbaren Farben, also das sichtbare Licht, darstellen zu können. Jedoch decken sie nicht das gesamte Maxwellsche (elektromagnetische) Spektrum ab.

Color Management wird beispielsweise häufig in der Druck-, Foto- und Werbeindustrie eingesetzt. Die Nachfrage nach Color-Management-Lösungen steigt nicht nur bei den Profis, sondern auch bei Hobbyfotografen und ambitionierten Amateuren stetig an.

[Bearbeiten] Farbprofile

Die „Übersetzung“ der Farbdaten eines Gerätes in den Profile Connection Space und von dort aus in einen anderen gerätespezifischen Farbraum wird vom CMS mit Hilfe von Farbprofilen durchgeführt. Das Standard-Format für Farbprofile wurde vom ICC (engl. International Color Consortium) entwickelt und in der ISO-Norm 15076 international standardisiert. Jedes an der Konvertierung beteiligte Gerät (Monitor, Digitalkamera, Scanner, etc.) braucht sein eigenes Profil. Es enthält Übersetzungstabellen, anhand derer die Konvertierung der Farbdaten vom bzw. in den PCS erfolgt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass ein Profil immer nur für einen bestimmten Zustand des betreffenden Geräts gilt, wird also zum Beispiel die Papiersorte von einem weißen auf ein gelbliches Papier gewechselt, so führen dieselben CMYK-Werte zu abweichenden Farben. Ähnliches gilt für Monitore, wenn zum Beispiel am Helligkeitsregler gedreht wird.

[Bearbeiten] ICC Profile

Ein ICC-Profil entsteht, indem man die Ergebnisse eines realen Gerätes mit den idealen Werten des Lab-Farbraumes (Modell der sichtbaren Farben) vergleicht. Zur Erstellung am Beispiel eines Scannerprofils nimmt man eine Vorlage mit vielen kleinen unterschiedlichen Farbfeldern (IT8-Vorlage) und vermisst diese mit einem Spektralphotometer, um die Lab-Werte zu bekommen. Nun lässt man den Scanner die selbe Vorlage einlesen und vergleicht Soll- und Ist-Werte. Wie in einem Wörterbuch werden die vom zu profilierenden Gerät erstellten Farbwerte den mit dem Spektalphotometer gemessenen Werten gegenübergestellt. Somit kann der gerätespezifische Farbraum mit einem geräteunabhängigen Farbraum (z. B. Lab) verknüpft werden. Dadurch können die Farbwerte des Gerätes - in diesem Beispiel des Scanners - in Lab umgerechnet werden. Nur so ist klar, was genau z. B. mit der gerätespezifischen Farbangabe R=0, B=0, G=255 gemeint ist, wie grün es hier also grünt...

[Bearbeiten] Profilerstellung

Die Profilerstellung basiert auf einer Farbmessung. Dabei werden Farben, deren genauer Farbwert bekannt ist, vom Gerät wiedergegeben und dann die Darstellung mit dem bekannten Wert verglichen. Daraus ergibt sich unter anderem der Gamut, der die Fähigkeit der Farbwiedergabe eines Gerätes beschreibt. Je nach Gerätetyp erfolgt die Erstellung von Profilen auf unterschiedliche Art und Weise. Profile müssen regelmäßig neu generiert werden, da sich insbesondere Monitore im Laufe der Zeit verändern. Herstellerprofile etwa sind nur für die Serie, nicht jedoch für das spezifische Gerät passend.

[Bearbeiten] Monitore

Zur Monitorprofilerstellung kommt ein Farbmessgerät (Colorimeter) und eine dazu passende Software zum Einsatz. Das Farbmessgerät ist mit dem Messcomputer und der Software verbunden und wird normalerweise in der Mitte des Monitors positioniert. Nach dem Start des Messlaufes stellt die Software auf dem Monitor, unterhalb des Farbmessgerätes, nacheinander Farben dar, deren genauer RGB-Wert der Software bekannt ist. Das Farbmessgerät liefert den CIELab-Wert der tatsächlich sichtbaren Farbe an die Software zurück. Nachdem diese Prozedur für alle RGB-Werte durchlaufen wurde kann jeder möglichen RGB-Farbe ein CIELab-Wert zugeordnet werden. Beispiel: Die Software stellt ein perfektes Rot = RGB (255,0,0) dar. Das Messgerät liefert zurück, dass der Monitor den Wert CIELab (0.70, 0.20) anzeigt. Damit kann jeder Wert aus RGB nach CIELab übersetzt werden. In der Regel sind Monitore nicht in der Lage alle RGB-Werte wiederzugeben. Das führt dazu, dass verschiedenen RGB-Werten gleiche CIELab-Werte zugewiesen werden.

RGB (255,0,0) = CIELab (0.70, 0.20)
RGB (254,0,0) = CIELab (0.70, 0.20)
RGB (253,0,0) = CIELab (0.70, 0.20)
RGB (252,0,0) = CIELab (0.70, 0.20)
...

An einem anderen Monitor könnte das Ergebnis wie folgt aussehen

RGB (255,0,0) = CIELab (0.73, 0.26)
RGB (254,0,0) = CIELab (0.72, 0.25)
RGB (253,0,0) = CIELab (0.71, 0.24)
RGB (252,0,0) = CIELab (0.71, 0.23)
...

Diese charakteristischen, gerätespezifischen Eigenheiten der Farbwiedergabe sind der Grund, warum Farbmanagement überhaupt zum Einsatz kommt.

[Bearbeiten] Drucker

Die Erzeugung dieser Profile erfolgt für Drucker, indem man ein Testchart mit vielen Farbfeldern ausdruckt, deren CMYK-Werte bekannt sind. Anschließend werden die L*a*b*-Werte dieser Farbfelder mit einem Spektralfotometer gemessen. Dadurch wird eine Beziehung zwischen den ausgedruckten CMYK-Daten und den sichtbaren CIE-L*a*b*-Farbwerten hergestellt. Es ist also bekannt, welcher Farbeindruck (L*a*b*-Wert) entsteht, wenn ein bestimmte Tinten- oder Toner-Kombination (CMYK-Wert) auf diesem Drucker ausgegeben wird. In einem Profilerstellungsprogramm werden die gemessenen Daten in eine Form gebracht, die der Spezifikation des ICC (International Color Consortium) entsprechen. Es entstehen standardisierte Tabellen, die eine Umrechnung von CMYK in CIELAB und umgekehrt erlauben. Das CMS kann durch Interpolation der Tabellendaten für jede beliebigen CMYK-Kombination einen L*a*b*-Wert berechnen und umgekehrt jedem beliebigen L*a*b*-Wert einen möglichst ähnlichen CMYK-Wert zuordnen.

Bevor ein Drucker mit Hilfe eines Testcharts charakterisiert werden kann, sollte er kalibriert und linearisiert werden. Das geschieht ebenfalls mit einem Testchart, allerdings einem speziellen, auf dem nur Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz gedruckt werden. Die Farben werden in verschiedenen Abstufungen von null bis 100 % in z. B. 10 Schritten gedruckt, diese Felder werden dann mit einem Spektralfotometer vermessen. Dieser Schritt ist notwendig um den Drucker in einen stabilen, reproduzierbaren Betriebszustand zu bringen. Erst danach sollten die zur Profilerstellung verwendeten Testcharts gedruckt und vermessen werden.

Zu beachten ist auch, dass man für jede Tinten/Toner- und Papierkombination ein eigenes Profil erstellen muss um berechenbare und korrekte Druckergebnisse zu erhalten.

Häufig verwenden die Hersteller von Profilierungssoftware eigene Testcharts, die für ihre Software optimiert sind. Es gibt aber auch standardisierte Testcharts, z.B. das IT8.7/3-Target mit 928 Farbfeldern und das neuere ECI2002-Target mit 1485 Farbfeldern. Der Zeitliche Aufwand, mit manuellen Messgeräten einen Chart zu vermessen sollte nicht unterschätzt werden. Schneller geht es mit automatischen Messgeräten.

[Bearbeiten] Scanner

Um Scanner zu kalibrieren, benötigt man ein genormtes Testtarget (IT8.7/2) und eine Profilierungssoftware. Das Target wird gescannt und das Ergebnis im Computer mit den Soll-Werten verglichen, mit der ermittelten Differenz wird dann das Scannerprofil erstellt. Um Diascanner zu kalibrieren, benötigt man ein spezielles Durchlichttarget (IT8.7/1).

Der Aufbau der IT8-Targets ist genau festgelegt: Links befinden sich 144 Farbfelder (12*12) des Lab-Farbraumes, welche in drei Helligkeitsbereiche unterteilt sind. Daneben befinden sich Cyan, Magenta, Gelb Schwarz, rot, grün und blau in jeweils 12 Helligkeitsabstufungen. Die letzten 3 Spalten des Targets sind nicht genau genormt und können je nach Hersteller variieren. Üblicherweise werden diese Felder genutzt um Naturfarben abzubilden. IT8-Targets kosten je nach Größe und Hersteller zwischen 50,- und 200,- Euro (08/2006).

[Bearbeiten] Umsetzung

Liegen die Profile für Eingabe- und Ausgabegerät vor, so kann mit Hilfe des Color Management Moduls (CMM) eine Umsetzung der Farbbeschreibungen erfolgen. Das Color Management Modul ist dabei der Farbrechner, der die Werte aus den Tabellen liest und falls erforderlich Interpolationen vornimmt. Auf diese Weise kann Bildpunkt für Bildpunkt eine Umsetzung von RGB-Daten in CIELab-Farbwerte und schließlich in CMYK-Werte für das betreffende Ein- und Ausgabegerät erreicht werden.

Mit Hilfe des Farbmanagements ist es nun möglich, beliebige Geräte miteinander zu kombinieren und trotzdem das jeweils bestmögliche Ergebnis unter Ausnutzung der Möglichkeiten des jeweiligen Ausgabegeräts zu erhalten. Das hier beschriebene Vorgehen ist heute in der Druckpraxis Standard. Wesentliche Unterschiede bestehen jedoch bei der Umsetzung und Einbindung des Farbmanagements. Die Farbumrechnungen müssen sinnvoll in den Workflow eingegliedert sein, bereits bei der Erstellung der Applikation sind die Anforderungen zu berücksichtigen (z. B. Profilerstellung), um eine spätere problemlose Weiterverarbeitung zu gewährleisten. Von Bedeutung ist im Printprozess auch die Einhaltung enger Toleranzen. Es muss verhindert werden, dass die Druckmaschine „aus der Farbe läuft“. Auch dies wird farbmetrisch gewährleistet, indem spezielle Druckkontrollstreifen mit Flächen voller Dichte (Volltondichte) bei laufender Maschine kontinuierlich ausgemessen werden und die Farbzonenregelung entsprechend nachjustiert wird.

[Bearbeiten] Begrenzung

Durch die Begrenzungen aller Wiedergabegeräte hinsichtlich des erreichbaren Farbraums müssen insbesondere sehr bunte Farben für die Farbwiedergabe auf dem jeweiligen Gerät verändert werden. Angestrebt wird dabei eine Farbanpassung, die eine möglichst originalgetreue Wiedergabe der Vorlage ermöglicht. Es ist jedoch keineswegs eindeutig, wie das erreicht werden kann, eine bestimmte Farbraumkompression kann bei einem bestimmten Bild eine sehr gute Reproduktion erzeugen und bei einem anderen Bild unzureichende Ergebnisse liefern. Aus diesem Grund werden bei der Profilerstellung mehrere Tabellenpaare (üblicherweise drei) angelegt, die verschiedene Farbraumanpassungen (sog. Gamut Mapping Vorschriften = Rendering Intents) enthalten. Es gibt vier Rendering Intents: Bei der farbmetrischen Variante werden alle Farben, die nicht erreichbar sind, so weit in ihrer Buntheit reduziert, bis sie gerade noch darstellbar sind. Beim absolut farbmetrischen Rendering Intent wird der Weißpunkt des Papiers berücksichtigt (wichtig beim Proof). Der Farbort bleibt relativ zum Papierweiß konstant. Nachteil dieses Verfahrens ist, dass Farben, die verschieden weit außerhalb des wiedergebbaren Farbbereichs liegen, unter Umständen auf ein und denselben Punkt im Farbraum zusammentreffen und damit in der Wiedergabe nicht mehr unterscheidbar sind (auch Clipping genannt). Bei Gradationsverläufen im Original zum Beispiel von Grau zu einem sehr leuchtenden (nicht wiedergebbaren) Rot wird dann ab einem bestimmten Punkt die Gradation in der Wiedergabe abgebrochen und eine homogene Farbe erzeugt. Eine weitere Methode besteht deshalb darin, auch innerhalb des wiedergebbaren Farbraums eine gewisse Kompression durchzuführen, um eine gleichmäßigere Abstufung der Farben zu erreichen (fotografischer Rendering Intent). Der harmonische Gesamteindruck steht dabei im Vordergrund. Für Objekte mit wenigen Farbabstufungen empfiehlt sich dagegen eher ein absoluter oder „farbmetrischer“ RI. Diese verschiedenen RIs können auf einer Seite kombiniert zur Anwendung kommen.

Grundsätzlich ist die wirkungsvolle Einführung von Farbmanagement auch ein erheblicher Kostenfaktor, der jedoch durch weniger Makulatur, bessere und konstantere Druckqualität sowie weniger Reklamationen gerechtfertigt ist. In der Praxis ist jedoch prozessbedingt ein Δ E von 2 an der Grenze des technisch Machbaren, wobei eine solche Differenz auch mit geübtem Auge nicht wahrnehmbar ist. Eine Druckerei, die nicht gerade unter „Laborbedingungen“ arbeitet, verzichtet also eventuell besser auf CMS. Dies stellt die Sinnhaftigkeit des Einsatzes in der Druckvorstufe jedoch nicht gleichzeitig ebenfalls völlig in Frage. Grundsätzlich muss in der gesamten Kette durchgehend Farbmanagement zum Einsatz kommen, ansonsten wird die zu Grunde liegende Philosophie ad absurdum geführt.

Ein weiteres Problem ist die immer noch in vielen Workflows vorhandene Beschränkung auf 8 bit Farbtiefe pro Kanal, die für eine präzise Farbraumtransformation strenggenommen nicht ganz ausreicht. Werden 8-Bit-Bilddaten in einen größeren Farbraum konvertiert, so kann dies eine Reduzierung der bei 8 Bit ohnehin knappen Tonwertdifferenzierung zur Folge haben, da viele RGB-Werte nicht genutzt werden können, weil diese Werte stark gesättigten Farben vorbehalten sind, die im Bild gar nicht vorkommen. Wenn Bilddaten in 8 Bit vorliegen, sollten Farbraumtransformationen daher mit Vorsicht erfolgen.

[Bearbeiten] Literatur

Jan-Peter Homann: Digitales Colormanagement. 3. Auflage. Springer, Heidelberg 2005, ISBN 354066274X
Bruce Fraser, Chris Murphy, Fred Bunting: Real World Color Management. 2. Auflage. Peachpit Press, 2004, ISBN 0321267222
Rolf Gierling: Farbmanagement. 3. Auflage. MITP-Verlag, Bonn 2006, ISBN 3-8266-1626-X
Hansl Loos: Farbmessung – Grundlagen der Farbmetrik. Verlag Beruf und Schule, Itzehoe 1989, ISBN 3-88013-380-8
Kurt Schläpfer: Farbmetrik in der grafischen Industrie. 3. Auflage. UGRA Verlag, 2002, ISBN 3-9520403-1-2