Farbkalibrierung

Das Ziel der Farbkalibrierung besteht darin, die Farbreaktion eines Geräts (Eingang oder Ausgang) auf einen bekannten Zustand zu messen und / oder anzupassen. In International Color Consortium (ICC) Begriffen ist dies die Grundlage für eine zusätzliche Farbcharakterisierung des Geräts und späteres Profiling. In Nicht-ICC-Workflows bezieht sich die Kalibrierung manchmal darauf, eine bekannte Beziehung zu einem Standardfarbraum auf einmal herzustellen. Das Gerät, das kalibriert werden soll, wird manchmal als Kalibrierungsquelle bezeichnet. Der Farbraum, der als Standard dient, wird manchmal als Kalibrierungsziel bezeichnet. Die Farbkalibrierung ist eine Voraussetzung für alle Geräte, die einen aktiven Teil eines farbgesteuerten Arbeitsablaufs bilden, und wird von vielen Branchen verwendet, z. B. Fernsehproduktion, Spiele, Fotografie, Maschinenbau, Chemie, Medizin und mehr.

Informationsfluss und Ausgabeverzerrung
Eingabedaten können aus Gerätequellen wie Digitalkameras, Bildscannern oder anderen Messgeräten stammen. Diese Eingaben können entweder monochrom sein (in diesem Fall muss nur die Antwortkurve kalibriert werden, obwohl in einigen ausgewählten Fällen auch die Farbe oder spektrale Energieverteilung spezifiziert werden muss, der dieser einzelne Kanal entspricht) oder am häufigsten in mehrdimensionaler Farbe spezifiziert wird im 3-Kanal-RGB-Modell. Eingabedaten werden in den meisten Fällen gegen einen Profilverbindungsraum (PCS) kalibriert.

Einer der wichtigsten Faktoren, die bei der Farbkalibrierung berücksichtigt werden müssen, ist eine gültige Quelle. Wenn die Farbmessquelle nicht mit den Anzeigenfunktionen übereinstimmt, ist die Kalibrierung unwirksam und führt zu falschen Werten.

Die Hauptverzerrungsfaktoren an der Eingangsstufe stammen von der Amplituden-Nichtlinearität der Kanalantwort (en), und im Fall eines mehrdimensionalen Datenstroms sind die nicht-idealen Wellenlängenantworten der einzelnen Farbtrennfilter (am häufigsten ein Farbfilterarray (CFA )) in Kombination mit der spektralen Leistungsverteilung der Szenenbeleuchtung.

Danach werden die Daten häufig in das System übertragen und in einen Arbeitsraum RGB zum Betrachten und Editieren übersetzt.

In der Endstufe sendet der Computer beim Export zu einem Betrachtungsgerät wie einem CRT- oder LCD-Bildschirm oder einem digitalen Projektor ein Signal an die Grafikkarte des Computers in der Form RGB [Rot, Grün, Blau]. Der Datensatz [255,0,0] signalisiert nur eine Geräteanweisung, keine bestimmte Farbe. Diese Anweisung [R, G, B] = [255,0,0] bewirkt dann, dass das angeschlossene Display Rot bei der maximal erreichbaren Helligkeit [255] anzeigt, während die grünen und blauen Komponenten des Displays dunkel bleiben. Die angezeigte Farbe hängt jedoch von zwei Hauptfaktoren ab:

die Leuchtstoffe oder ein anderes System, das tatsächlich ein Licht erzeugt, das in das rote Spektrum fällt;
die Gesamthelligkeit der Farbe führt zur gewünschten Farbwahrnehmung: Eine extrem helle Lichtquelle wird unabhängig von der spektralen Zusammensetzung immer als weiß wahrgenommen.
Daher wird jedes Ausgabegerät seine einzigartige Farbsignatur aufweisen, die eine bestimmte Farbe entsprechend den Herstellungstoleranzen und der Materialverschlechterung durch Verwendung und Alter anzeigt. Wenn das Ausgabegerät ein Drucker ist, sind zusätzliche Verzerrungsfaktoren die Qualitäten einer bestimmten Charge von Papier und Tinte.

Die Leitfähigkeit und die Normenkonformität von Verbindungskabeln, Schaltungen und Geräten können das elektrische Signal in jeder Phase des Signalflusses verändern. (Ein teilweise eingesetzter VGA-Anschluss kann z. B. zu einer monochromen Anzeige führen, da einige Pins nicht angeschlossen sind.)

Farbwahrnehmung
Die Farbwahrnehmung unterliegt Umgebungslichtpegeln und dem Umgebungsweißpunkt; Zum Beispiel sieht ein rotes Objekt in blauem Licht schwarz aus. Es ist daher nicht möglich, eine Kalibrierung zu erreichen, die ein Gerät in allen Aufnahme- oder Betrachtungsbedingungen korrekt und konsistent aussehen lässt. Die Computeranzeige und das Kalibrierungsziel müssen unter kontrollierten, vordefinierten Lichtbedingungen betrachtet werden.

Kalibrierungstechniken und -verfahren
Die gebräuchlichste Form der Kalibrierung zielt darauf ab, Kameras, Scanner, Monitore und Drucker für die fotografische Reproduktion anzupassen. Das Ziel ist, dass eine gedruckte Kopie eines Fotos in der Sättigung und im dynamischen Bereich identisch mit dem Original oder einer Quelldatei auf einem Computerbildschirm erscheint. Dies bedeutet, dass drei unabhängige Kalibrierungen durchgeführt werden müssen:

Die Kamera oder der Scanner benötigt eine gerätespezifische Kalibrierung, um die geschätzten Farben des Originals eindeutig darzustellen.
Die Computeranzeige benötigt eine gerätespezifische Kalibrierung, um die Farben des Bildfarbraums zu reproduzieren.
Der Drucker benötigt eine gerätespezifische Kalibrierung, um die Farben des Bildfarbraums zu reproduzieren.
Diese Ziele können entweder durch direkte Wertübersetzung von Quelle zu Ziel oder durch Verwendung eines gemeinsamen bekannten Referenzfarbraums als Mittelgrund realisiert werden. Im am häufigsten verwendeten Farbprofilsystem, ICC, wird dies als PCS oder „Profile Connection Space“ bezeichnet.

Kamera
Die Kamerakalibrierung benötigt ein bekanntes Kalibrierungsziel, das fotografiert werden soll, und die resultierende Ausgabe von der Kamera wird in Farbwerte umgewandelt. Ein Korrekturprofil kann dann unter Verwendung der Differenz zwischen den Kameraergebniswerten und den bekannten Referenzwerten erstellt werden. Wenn zwei oder mehr Kameras relativ zueinander kalibriert werden müssen, um die gleichen Farbwerte zu reproduzieren, kann die Technik der Farbzuordnung verwendet werden.

Scanner
Zum Erstellen eines Scannerprofils wird eine Zielquelle benötigt, beispielsweise ein IT8-Ziel, ein Original mit vielen kleinen Farbfeldern, das vom Entwickler mit einem Photometer gemessen wurde. Der Scanner liest dieses Original und vergleicht die gescannten Farbwerte mit den Referenzwerten des Ziels. Unter Berücksichtigung der Unterschiede dieser Werte wird ein ICC-Profil erstellt, das den gerätespezifischen Farbraum (RGB-Farbraum) mit einem geräteunabhängigen Farbraum (L * a * b * -Farbraum) in Beziehung setzt. Somit kann der Scanner farbgetreu ausgeben, was er liest.

Anzeige
Zum Kalibrieren des Monitors wird ein Kolorimeter flach an der Displayoberfläche befestigt, abgeschirmt vom Umgebungslicht. Die Kalibrierungssoftware sendet eine Reihe von Farbsignalen an das Display und vergleicht die Werte, die tatsächlich mit den Messwerten des Kalibrierungsgeräts gesendet wurden. Dies legt die aktuellen Offsets in der Farbanzeige fest. Abhängig von der verwendeten Kalibrierungssoftware und dem verwendeten Monitortyp erstellt die Software entweder eine Korrekturmatrix (dh ein ICC-Profil) für Farbwerte, bevor sie an das Display gesendet wird, oder gibt Anweisungen zum Ändern der Helligkeit / Kontrast und RGB-Werte des Displays über das OSD . Dadurch wird die Anzeige so eingestellt, dass der Farbanteil eines gewünschten Farbraums ziemlich genau wiedergegeben wird. Das Kalibrierungsziel für diese Art von Kalibrierung ist das Drucken von Papier, das mit D65-Licht bei 120 cd / m² beleuchtet wird.

Drucker
Das ICC-Profil für einen Drucker wird erstellt, indem ein Testdruckergebnis unter Verwendung eines Photometers mit der ursprünglichen Referenzdatei verglichen wird. Das Testchart enthält bekannte CMYK-Farben, deren Versatz zu ihren tatsächlichen L * a * b * -Farben, die vom Photometer abgetastet werden, zu einem ICC-Profil führen. Eine weitere Möglichkeit, einen Drucker ICC zu profilieren, besteht darin, anstelle eines Photometers einen kalibrierten Scanner als Messgerät für das gedruckte CMYK-Testchart zu verwenden. Ein Kalibrierungsprofil ist für jede Kombination aus Drucker / Papier / Tinte erforderlich.