Farbmetamerie

In der Farbmetrik ist Metamerie eine wahrgenommene Übereinstimmung der Farben mit verschiedenen (nicht übereinstimmenden) spektralen Leistungsverteilungen. Farben, die auf diese Weise übereinstimmen, werden Metamere genannt.

Eine spektrale Leistungsverteilung beschreibt den Anteil des gesamten abgegebenen Lichts (emittiert, transmittiert oder reflektiert) an einer Farbprobe bei jeder sichtbaren Wellenlänge; es definiert die vollständige Information über das Licht, das von der Probe kommt. Das menschliche Auge enthält jedoch nur drei Farbrezeptoren (drei Arten von Kegelzellen), was bedeutet, dass alle Farben auf drei sensorische Größen reduziert sind, die als Farbwerte bezeichnet werden. Metamerie tritt auf, weil jede Art von Kegel auf die kumulative Energie von einem breiten Bereich von Wellenlängen anspricht, so dass verschiedene Kombinationen von Licht über alle Wellenlängen eine äquivalente Rezeptorantwort und die gleichen Farbwerte oder Farbempfindungen erzeugen können. In der Farbwissenschaft wird der Satz sensorischer spektraler Empfindlichkeitskurven numerisch durch Farbanpassungsfunktionen dargestellt.

Quellen der Metamerie
Metamerische Streichhölzer sind recht häufig, vor allem in nahezu neutralen (grau oder weißlich) oder dunklen Farben. Wenn Farben heller oder gesättigter werden, wird der Bereich möglicher metamerer Übereinstimmungen (verschiedene Kombinationen von Lichtwellenlängen) kleiner, insbesondere in Farben von Oberflächenreflexionsspektren.

Metamerische Übereinstimmungen zwischen zwei Lichtquellen liefern die trichromatische Basis der Kolorimetrie. Für jeden gegebenen Lichtreiz, ungeachtet der Form seiner spektralen Emittanzkurve, existiert immer eine einzigartige Mischung von drei „primären“ Lichtern, die, wenn sie addiert oder dem Stimulus hinzugefügt werden, eine exakte metamerische Übereinstimmung sein werden.

Die Grundlage für nahezu alle im Handel erhältlichen Farbbildreproduktionsprozesse, wie Fotografie, Fernsehen, Drucken und digitale Bilderzeugung, ist die Fähigkeit, metamerische Farbübereinstimmungen herzustellen.

Metameric Matches mit reflektierenden Materialien zu machen, ist komplexer. Das Aussehen der Oberflächenfarben wird durch das Produkt der spektralen Reflexionskurve des Materials und der spektralen Emittanzkurve der darauf leuchtenden Lichtquelle definiert. Daher hängt die Farbe von Oberflächen von der Lichtquelle ab, mit der sie beleuchtet werden.

Metamerisches Versagen
Der Begriff metamere Leuchtmittelausfall oder Leuchtmittelmetamerie wird manchmal verwendet, um Situationen zu beschreiben, in denen zwei Materialproben übereinstimmen, wenn sie unter einer Lichtquelle, aber nicht einer anderen betrachtet werden. Die meisten Arten von fluoreszierenden Lichtern erzeugen eine unregelmäßige oder spitz zulaufende spektrale Emittanzkurve, so dass zwei Materialien unter Fluoreszenzlicht möglicherweise nicht übereinstimmen, obwohl sie eine metamerische Übereinstimmung mit einer weißglühenden Lichtquelle mit einer nahezu flachen oder glatten Emissionskurve darstellen. Materialfarben, die unter einer Quelle zusammenpassen, erscheinen unter der anderen oft unterschiedlich.

Normalerweise werden Materialattribute wie Transluzenz, Glanz oder Oberflächentextur bei der Farbabstimmung nicht berücksichtigt. Ein geometrisches metamerisches Versagen oder eine geometrische Metamerie können jedoch auftreten, wenn zwei Stichproben übereinstimmen, wenn sie aus einem Blickwinkel betrachtet werden, aber dann nicht übereinstimmen, wenn sie aus einem anderen Blickwinkel betrachtet werden. Ein übliches Beispiel ist die Farbvariation, die in perlmuttartigen Autolacken oder „metallischem“ Papier erscheint; zB Kodak Endura Metallic, Fujicolor Crystal Archive Digital Pearl.

Beobachtermetamerisches Versagen oder Beobachtermetamerie können aufgrund von Unterschieden in der Farbwahrnehmung zwischen Beobachtern auftreten. Die allgemeine Quelle des metamerischen Versagens des Beobachters ist die Farbenblindheit, aber es ist auch unter „normalen“ Beobachtern nicht ungewöhnlich. In allen Fällen ist der Anteil langwellig empfindlicher Zapfen zu mittelwellenlängenempfindlichen Zapfen in der Netzhaut, das Profil der Lichtempfindlichkeit bei jeder Art von Konus und der Grad der Gelbfärbung in der Linse und das Makulapigment des Auges, unterscheidet sich von einer Person zur nächsten. Dies ändert die relative Wichtigkeit verschiedener Wellenlängen in einer spektralen Leistungsverteilung für die Farbwahrnehmung jedes Beobachters. Als ein Ergebnis können zwei spektral unterschiedliche Lichter oder Oberflächen eine Farbübereinstimmung für einen Beobachter erzeugen, stimmen jedoch nicht überein, wenn sie von einem zweiten Beobachter betrachtet werden.

Schließlich tritt eine metamerische Feldgröße oder Feldmetamerie in Feldgröße auf, weil die relativen Proportionen der drei Konustypen in der Retina vom Zentrum des visuellen Feldes zur Peripherie variieren, so dass Farben, die als sehr klein betrachtet werden, zentral fixiert werden Bereiche können anders erscheinen, wenn sie als große Farbflächen dargestellt werden. In vielen industriellen Anwendungen werden Großfeldfarbübereinstimmungen verwendet, um Farbtoleranzen zu definieren.

Der Unterschied in den spektralen Zusammensetzungen von zwei metameren Stimuli wird oft als Grad der Metamerie bezeichnet. Die Empfindlichkeit einer metameren Übereinstimmung mit irgendwelchen Änderungen in den spektralen Elementen, die die Farben bilden, hängt von dem Grad der Metamerie ab. Zwei Reize mit einem hohen Grad an Metamerie sind wahrscheinlich sehr empfindlich gegenüber Veränderungen der Lichtquelle, der Materialzusammensetzung, des Beobachters, des Sichtfelds und so weiter.

Das Wort Metamerie wird oft verwendet, um eher auf ein metamerisches Versagen als auf eine Übereinstimmung hinzudeuten, oder wird verwendet, um eine Situation zu beschreiben, in der eine metamerische Übereinstimmung leicht durch eine leichte Änderung der Bedingungen, wie beispielsweise eine Änderung des Leuchtmittels, verschlechtert wird.

Metamerie messen
Das bekannteste Maß der Metamerie ist der Farbwiedergabeindex (CRI), der eine lineare Funktion des mittleren euklidischen Abstands zwischen dem Test- und Referenzspektralreflexionsvektor im CIE-Farbraum von 1964 ist. Eine neuere Messung für Tageslicht-Simulatoren ist der MI, CIE Metamerism Index, der durch Berechnung der mittleren Farbdifferenz von acht Metameren (fünf im sichtbaren Spektrum und drei im ultravioletten Bereich) in CIELAB oder CIELUV abgeleitet wird. Der hervorstechende Unterschied zwischen CRI und MI ist der Farbraum, der verwendet wird, um den Farbunterschied zu berechnen, wobei der eine, der in CRI verwendet wird, veraltet und nicht wahrnehmungsmäßig einheitlich ist.

MI kann in MIvis und MIUV zerlegt werden, wenn nur ein Teil des Spektrums betrachtet wird. Das numerische Ergebnis kann durch Runden in eine von fünf Buchstabenkategorien interpretiert werden:

Category MI (CIELAB) MI (CIELUV)
A < 0.25 < 0.32
B 0.25–0.5 0.32–0.65
C 0.5–1.0 0.65–1.3
D 1.0–2.0 1.3–2.6
E > 2.0 > 2.6

Metamerie und Industrie
Die Verwendung von Materialien, die eher metamerische Farbübereinstimmungen als spektrale Farbanpassungen sind, ist ein signifikantes Problem in Branchen, in denen Farbanpassung oder Farbtoleranzen wichtig sind. Ein klassisches Beispiel sind Automobile: Die Innenstoffe, Kunststoffe und Farben können hergestellt werden, um eine gute Farbübereinstimmung unter einer Standardlichtquelle (wie der Sonne) zu erreichen, aber die Streichhölzer können unter verschiedenen Lichtquellen (Fluoreszenz- oder Halogenlampen) verschwinden. . Ähnliche Probleme können bei Kleidung auftreten, die aus verschiedenen Farbstofftypen hergestellt wird oder verschiedene Arten von Stoffen verwendet werden, oder bei Qualitätsfarbdrucken unter Verwendung verschiedener Arten von Tinten. Papiere, die mit optischen Aufhellern hergestellt wurden, sind besonders anfällig für Farbänderungen, wenn sich die Lichter in ihrer kurzwelligen Strahlung unterscheiden, was dazu führen kann, dass einige Papiere fluoreszieren.

Farbübereinstimmungen, die in der Farbenindustrie gemacht werden, zielen oft darauf ab, eine spektrale Farbübereinstimmung zu erzielen, und nicht nur eine Farbanpassung (metamerisch) unter einem gegebenen Lichtspektrum. Eine spektrale Farbübereinstimmung versucht, zwei Farben die gleiche Spektralreflexionseigenschaft zu verleihen, wodurch sie eine gute metamerische Übereinstimmung mit einem niedrigen Grad an Metamerie ergeben und dadurch die Empfindlichkeit der sich ergebenden Farbübereinstimmung mit Änderungen des Leuchtmittels oder Unterschieden zwischen Beobachtern verringert.