Farbmetrik ist „die Wissenschaft und Technologie, die verwendet wird, um die menschliche Farbwahrnehmung physikalisch zu quantifizieren und zu beschreiben.“ Es ist der Spektrophotometrie ähnlich, zeichnet sich jedoch durch sein Interesse aus, Spektren auf die physikalischen Korrelate der Farbwahrnehmung zu reduzieren, meistens die CIE 1931 XYZ-Farbraum-Farbwerte und zugehörige Größen.

Farbmetrik ist die psychophysische Disziplin, die darauf abzielt, Farbe zu messen. Es verbindet physikalische Messungen von Licht mit farbigen Wahrnehmungen.

Licht ist eine elektromagnetische Strahlung, die nur durch ihr Spektrum vollständig beschrieben werden kann; es sind jedoch nur drei numerische Größen erforderlich, die aus Messungen des Lichtspektrums abgeleitet werden, um die Farbe zu identifizieren, so daß gültige Farbvergleiche über die fraglichen Lichter durchgeführt werden können, ohne sie zu sehen.

Die Farbmetrik unterstützt die visuelle Untersuchung in allen Fällen, in denen ein objektiver Befund wünschenswert ist, z. B. bei der Qualitätskontrolle von Farben, Lacken und Beizen; bei der Beilegung von Streitigkeiten zwischen Lieferanten und Kunden oder zwischen Herstellern für Modellfragen; und auch in dem Fall, wo eine größere Präzision als die der visuellen Bewertung erforderlich ist, wie in der Chemie oder in jüngerer Zeit in der Nachverfolgung der Reifung der Früchte auf dem Baum.

Die grundlegende Kolorimetrie, die menschliche Reaktion auf isolierte Lichtreize untersucht, wurde ab der Mitte des 19. Jahrhunderts entwickelt. Farbmetrische Studien wurden mit der komplexeren Untersuchung von Farbunterschieden, visueller Anpassung und Farbinteraktion und komplexeren visuellen Merkmalen wie Transparenz, Glanz und Perlglanz fortgesetzt, deren Wahrnehmung untrennbar mit der Farbe verbunden ist.

Instrumente
Die kolorimetrische Ausrüstung ist der in der Spektrophotometrie verwendeten ähnlich. Einige verwandte Geräte werden ebenfalls der Vollständigkeit halber erwähnt.

Ein Tristimulus-Colorimeter misst die Farbwerte einer Farbe.
Ein Spektralradiometer misst die absolute spektrale Strahldichte (Intensität) oder Bestrahlungsstärke einer Lichtquelle.
Ein Spektrophotometer misst das spektrale Reflexionsvermögen, den Transmissionsgrad oder die relative Bestrahlungsstärke einer Farbprobe.
Ein Spektrokolorimeter ist ein Spektralphotometer, das Tristimulus-Werte berechnen kann.
Ein Densitometer misst den Grad des Lichts, das von einem Objekt durchgelassen oder reflektiert wird.
Ein Farbtemperaturmesser misst die Farbtemperatur eines einfallenden Leuchtmittels.

Farbmessung

Spektrum von LEDs in rot, grün, blau und weiß. Die Farbvalenz entspricht der Bezeichnung, das Licht im Spektrum ist der Farbreiz
Farbe ist hier immer die Farbvalenz, die Wahrnehmung, die das Auge durch einen Farbreiz wahrnimmt. Das Messziel ist nicht der (physikalische, spektrale) Farbreiz, sondern die (effektive) Farbwertigkeit. Weniger gebräuchlich, aber genauer ist der Begriff Farbvalenzmessung. Die Messung erfolgt grundsätzlich nach dem Lambert-Beer-Gesetz, das nur in monochromatischer Messung erfüllt ist. Daher werden Wellenlängenbereiche (so eng wie möglich) gebildet und gemessen.

Bisher ist nur eine instrumentelle Detektion des Farbreizes möglich; die gewünschte numerische Darstellung der Farbwertigkeit als Farbsystem erfordert daher eine mathematische Apparatur oder geeignete Materialfilterung. Mit anderen Worten, die Messung wird instrumentell entsprechend der spektralen Zusammensetzung des aufgezeichneten Lichts durchgeführt, die Transformation (Fig.) Der Drei-Pin-Absorption erfolgt durch Berechnung. Das Auffinden der genauen Abbildungsfunktion, der Gestaltung des Farbraums, ist das zur Zeit noch bestehende Problem der Farbvalenzmessung.

Abgrenzung
Die drei menschlichen Kegel liefern unweigerlich drei Farbvalenzen, die ausgewertet werden sollen. Farbmessung muss eine „sinnorientierte“ Messung von drei Farbvalenzen sein. Die Bestimmung anderer Messzahlen, wie Weißgrad des Papiers, Jodfarbzahl, Bleichgradzahl oder Farbmetrik, sind hier im engeren Sinne nicht als Farbmessung zu verstehen. Ebenso ist eine Farberkennung nicht der Farbmessung zuzuordnen, da das Ergebnis einer Farberkennung ein Farbname oder eine Farbnummer ergibt – jedoch keine Farbmaßzahl.

Messmethoden
Es gibt verschiedene Methoden zur Messung der Farbe (Farbvalenzen).

Gleichheits-Methode
Bei dieser Methode wird die Untersuchungsprobe mit einer Reihe von bekannten Standardmustern durch eine technische Vorrichtung oder visuell mit dem Auge verglichen, bis die Gleichheit zuverlässig festgestellt ist. Es ist auch möglich, die ausgewählten (drei) Grundfarben proportional anzubieten. Technische Implementierungen sind der Farbkreisel oder die Maxwell’sche Ansicht. Im ersten Fall wird die zeitliche Auflösung des Messgeräts (beispielsweise das Auge) durch eine schnelle Änderung unterschritten, im zweiten Fall wird durch eine Defokussierung eine räumliche Verteilung der Primärfarben auf eine (scheinbar) gemeinsame Oberfläche gebracht und vom Auge als einheitlicher Farbeindruck wahrgenommen. Normalerweise verwendet diese Methode das Gleichheitsurteil des normalsichtigen Auges, also ist es tatsächlich subjektiv. Die Entwicklung teurer technischer Geräte wurde durch eine verbesserte Computertechnologie zugunsten der folgenden zwei Methoden angepasst, die jedoch Berechnungen erfordern.

Helligkeitsmethode (Tristimulus-Methode)
Der Farbreiz trifft auf einen solchen Empfänger, dessen spektrale Empfindlichkeit den primären Farbspektralwerten durch Verbinden entsprechender Farbfilter entspricht. Das Messelement (Fotozelle, heute Photodioden) misst dann eine „Helligkeit“, die im Idealfall dem Reiz am Pin entspricht. Der gemessene Wert entspricht somit der Farbwertigkeit. Am besten geeignet sind Filter gemäß den Standardspektralwertkurven. Wenn die so definierten drei Farbfilter (oder Farbfilterkombinationen) nacheinander verbunden werden, ergeben sich direkt die drei Standardfarbwerte. Voraussetzung ist, dass die Luther-Bedingung eingehalten wird. Die Messgenauigkeit hängt davon ab, wie gut die spektrale Zusammensetzung der Farbfilter eingestellt ist. Farbsensoren arbeiten nach diesem Prinzip und haben drei Photodioden mit drei vorgeschalteten Filtern in einem Gehäuse.

Spektral
Jede Farbvalenz ist das Integral über alle spektralen (monochromatischen) Farbvalenzen. Das Spektrum (dh die zugehörigen Intensitäten) der zu untersuchenden Lichtfarbe oder Körperfarbe wird über den Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts gemessen. Für Körperfarben muss das Beleuchtungslicht ebenfalls enthalten sein. Durch über 100 Jahre Geräteentwicklung (Spektralphotometer, Spektrometer) mit vernetzter Computertechnologie machen leistungsfähige Geräte diesen Prozess heute am weitesten verbreitet.

Weitere Bewertungsmethoden

Auswahlkoordinatenmethode
Bei dieser Methode wird die Multiplikation durch Neubewertung der Integrale weggelassen. Unter Verwendung eines Satzes tabellierter Standardwerte wird der spektrale Messwert an geeigneten Referenzpunkten bestimmt. Hier werden die ausgewählten βλ oder τλ bestimmt und somit ist nur eine Addition dieser numerischen Werte notwendig.

Strahlungsverteilung
Andererseits kann in diesem spektralen Intervall auch die Strahlungsverteilung der Lichtquelle zusammengefasst und gemessen werden. Dementsprechend werden die Farbwerte durch Messen der Farbreize in diesen Intervallen erhalten.

Farbmessgeräte
Seit den 1980er Jahren sind Kolorimeter meist Spektralphotometer, die automatisch die Spektralkurve registrieren und dann die notwendige Integration der auf dem verwendeten Chip erhaltenen Messwerte durchführen. Die Ausgabe der Messwerte kann dann natürlich in unterschiedlichen Koordinaten (entsprechend dem gewünschten Farbraum) oder auch als Spektralkurve erfolgen. Durch Speichern können die Farblücken zwischen dem Farboriginal und einer Reihe von Mustern ausgegeben werden. Durch Umwandlung in verschiedene (vorzugsweise normalisierte) Lichttypen kann der Metamerie-Index auch von Vorlage zu Probe berechnet werden.

Tristimulus-Kolorimeter
In der digitalen Bildverarbeitung sind Kolorimeter Farbmessgeräte, die für die Farbkalibrierung verwendet werden. Präzise Farbprofile gewährleisten die Konsistenz während des gesamten Imaging-Workflows, von der Erfassung bis zur Ausgabe.

Die absolute spektrale Leistungsverteilung einer Lichtquelle kann mit einem Spektralradiometer gemessen werden, das das Licht optisch sammelt und es dann durch einen Monochromator leitet, bevor es in schmalen Wellenlängenbereichen gelesen wird.

Die reflektierte Farbe kann unter Verwendung eines Spektrophotometers (auch Spektroreflektometer oder Reflektometer genannt) gemessen werden, das Messungen im sichtbaren Bereich (und etwas darüber hinaus) einer gegebenen Farbprobe durchführt. Wenn die Gewohnheit der Ablesung in 10-Nanometer-Schritten eingehalten wird, ergibt der sichtbare Lichtbereich von 400-700 nm 31 Ablesungen. Diese Messwerte werden typischerweise verwendet, um die spektrale Reflexionskurve der Probe (wie stark sie als Funktion der Wellenlänge reflektiert) zu zeichnen – die genauesten Daten, die hinsichtlich ihrer Eigenschaften bereitgestellt werden können.

Die Messwerte selbst sind typischerweise nicht so nützlich wie ihre Farbwerte, die in Farbartkoordinaten umgewandelt und durch Farbraumtransformationen manipuliert werden können. Zu diesem Zweck kann ein Spektrokolorimeter verwendet werden. Ein Spektrokolorimeter ist einfach ein Spektralphotometer, das Farbwerte durch numerische Integration (des inneren Produkts der Farbanpassungsfunktionen mit der spektralen Leistungsverteilung des Leuchtmittels) abschätzen kann. Ein Vorteil von Spektrokolorimetern gegenüber Tristimulus-Kolorimetern besteht darin, dass sie keine optischen Filter aufweisen, die einer Herstellungsvarianz unterliegen, und eine feste spektrale Durchlässigkeitskurve aufweisen, bis sie altern. Auf der anderen Seite sind Tristimulus Colorimeter speziell gebaut, billiger und einfacher zu bedienen.

Die CIE (International Commission on Illumination) empfiehlt die Verwendung von Messintervallen unter 5 nm, auch für glatte Spektren. Bei späreren Messungen werden spittige Emissionsspektren, wie die des roten Phosphors einer CRT-Anzeige, die nebenbei dargestellt ist, nicht genau charakterisiert.

Farbtemperaturmesser
Fotografen und Kameraleute verwenden die von diesen Messgeräten gelieferten Informationen, um zu entscheiden, welche Farbabstimmung vorgenommen werden sollte, damit verschiedene Lichtquellen die gleiche Farbtemperatur aufweisen. Wenn der Benutzer die Referenzfarbtemperatur eingibt, kann das Messgerät die verstreute Differenz zwischen der Messung und der Referenz berechnen, so dass der Benutzer ein korrigierendes Farbgel oder einen fotografischen Filter mit dem nächstgelegenen Faktor auswählen kann.

Intern ist das Messgerät typischerweise ein Silizium-Photodioden-Dreibereichs-Farbmessgerät. Die korrelierte Farbtemperatur kann aus den Farbwerten berechnet werden, indem zuerst die Farbartkoordinaten im Farbraum CIE 1960 berechnet werden und dann der nächste Punkt auf dem Planckschen Kurvenzug gefunden wird.