Prak­ti­sche Ver­an­stal­tungs­kun­de: Farb­wie­der­ga­be­qua­li­tät

Farb­qua­li­tät wird oft mit un­ter­schied­li­chen Be­zeich­nun­gen an­ge­ge­ben. Hier er­klä­ren wir, was sich hin­ter den Be­zeich­nun­gen ver­birgt und wie man die An­ga­ben in­ter­pre­tie­ren kann.

Production Partner - - Inhalt - Text: Her­bert Bern­städt | Fo­tos: Her­bert Bern­städt, Pixabay (Auf­ma­cher)

Um die Qua­li­tät ei­nes Schein­wer­fers zu be­ur­tei­len, wer­den vie­le Kri­te­ri­en her­an­ge­zo­gen – z. B. die ho­mo­ge­ne Aus­leuch­tung der Licht­flä­che, die Rand­zeich­nung, der Far­brand, das Ab­schat­tungs­ver­hal­ten, das Streu­licht, die Farb­ho­mo­ge­ni­tät oder auch die Licht­far­be selbst. Wäh­rend wir bei ei­nem Shoo­tout mit un­se­ren Au­gen die Licht­qua­li­tä­ten der Schein­wer­fer ver­glei­chen kön­nen, ist man beim Ver­gleich von Da­ten­blät­tern auf die an­ge­ge­be­nen Wer­te an­ge­wie­sen. In den letz­ten Jah­ren sind tech­ni­sche Da­ten, wie Licht­ver­tei­lungs­kur­ven in un­se­rer Bran­che in den Hin­ter­grund ge­rückt. Doch in der Be­wer­tung von LEDS und de­ren un­ter­schied­li­che Va­ri­an­ten der Farb- und Weiß­mi­schung, sind Kri­te­ri­en zur Fest­stel­lung der Farb­qua­li­tät ge­frag­ter denn je. Die Farb­wie­der­ga­be ist in an­de­ren Ge­wer­ken schon lan­ge ei­ne ele­men­tare­re Ei­gen­schaft und so wur­de schon sehr früh hier­zu ei­ne Nor­mung durch­ge­führt.

Far­bort

Die in­ter­na­tio­na­len Be­leuch­tungs­kom­mis­si­on CIE (Com­mis­si­on in­ter­na­tio­na­le de l’éclai­ra­ge) hat­te schon 1931 Far­ben in ein zwei­di­men­sio­na­les Dia­gramm ge­zwun­gen. Über das Norm­farbsys­tem XYZ kann je­de Far­be be­schrie­ben wer­den. Mit z= 1 – x – y kann man nun mit ei­ner x-ko­or­di­na­te und yko­or­di­na­te den Far­bort ge­nau in ei­nem zwei­di­men­sio­na­len Dia­gramm an­ge­ge­ben. Der Weiß­punkt ist je­weils ein Drit­tel je­der Far­be bzw. bei x= y = 0,333 … Als Weiß­punkt kann man auch sa­gen, dass dies ei­ne völ­lig un­ge­sät­tig­te Far­be ist. Im Um­kehr­schluss sind die Far­ben am Rand des Farb­drei­ecks zu 100 % ge­sät­tigt, al­so kraft­voll.

Gibt man die x- und y-ko­or­di­na­ten des ge­mes­se­nen Schein­wer­fer­lichts in das Dia­gramm ein, so kann man schnell se­hen, ob der Far­bort des Schein­wer­fers ober­halb der Planck­schen Kur­ve liegt. Das Licht er­scheint in un­se­rem Au­ge grünsti­chig. Liegt der Far­bort dar­un­ter, er­scheint das Licht ma­gen­tas­ti­chig. Die­se Ab­wei­chung wird dann mit Duv an­ge­ge­ben. Led-schein­wer­fer mit viel­far­bi­gen LEDS kön­nen

mit Mint ih­ren Far­bort ins Grü­ne oder Ma­gen­ta ver­schie­ben. Led-schein­wer­fer mit Weiß­lichtar­rays da­ge­gen nicht. Gleich­zei­tig zeigt der Far­bort auch an, bei wel­cher Farb­tem­pe­ra­tur des Planck­schen Kur­ven­zugs das ge­mes­se­ne Licht am nächs­ten ist. Die wird dann mit CCT (Cor­re­la­ted Co­lor Tem­pe­ra­tu­re) an­ge­ge­ben, z. B. 6.561K – wo­bei K für Kel­vin steht und oh­ne Le­er­zei­chen di­rekt an die Zahl an­ge­hängt wird. Cor­re­la­ted des­halb, weil der Kan­di­dat nur in die Nä­he (ähn­lichs­te Farb­tem­pe­ra­tur) des Kur­ven­zugs kommt, al­so grünoder ma­gen­tas­ti­chig ist und nicht ge­nau dar­auf liegt. Klei­ne Wer­te­dif­fe­ren­zen wir­ken sich im Be­reich der nied­ri­gen Farb­tem­pe­ra­tur stär­ker aus, sind al­so deut­lich sicht­ba­rer als im kalt­wei­ßen Be­reich. Das soll­te man bei der Be­trach­tung der Mess­wer­te be­rück­sich­ti­gen.

Ga­mut: Ta­ges­licht-re­fe­renz

Des Far­b­raum wird mit Ga­mut (GAI Ga­mut Area In­dex) be­zeich­net und als Wert an­ge­ge­ben. Die acht Re­fe­renz­far­ben,

die auch im CRI An­wen­dung fin­den (s. u.), schla­gen ein Ok­ta­eder auf. Dann be­trach­tet man in­wie­weit das Licht die­sen Far­b­raum aus­füllt – als Re­fe­renz­licht wird das Ta­ges­licht de­fi­niert. Ist der Far­b­raum gleich dem Far­b­raum durch die Re­fe­renz­far­ben, dann wird der Wert 100 er­reicht. Mit den

far­bi­gen LEDS ist es mög­lich, auch ei­ne hö­he­re Sät­ti­gung der Far­be als die Re­fe­renz­quel­le zu er­rei­chen. So sind auch Wer­te ober­halb von 100 mög­lich, weil dann der Ga­mut bzw. der Far­b­raum grö­ßer ist als die der Re­fe­renz. Man spricht dann auch von Le­ben­dig­keits­in­dex, z. B. wenn der ro­te Samt im Led­licht noch le­ben­di­ger er­scheint als un­ter Ha­lo­gen­licht. Bei Be­trach­tung aus dem künst­le­ri­schen Aspekt kann ei­ne Farb-led-licht­quel­le viel kräf­ti­ge­re Far­ben wie­der­ge­ben, als bei ei­ner kon­ven­tio­nel­len Licht­quel­le. So­mit ist die LED auch als Be­rei­che­rung zu se­hen. Den­noch wer­den die Wer­te nicht gut bzw. hoch aus­fal­len, denn es geht bei den Mess­wer­ten um na­tür­li­che Wie­der­ga­be und nicht die best­mög­li­che „Le­ben­dig­keit“.

Man muss am bes­ten den GAI im Zu­sam­men­hang mit dem CRI be­trach­ten. Ist der CRI klein und der GAI klein, so hat man we­der Farb­treue noch Sät­ti­gung, al­so ei­ne schlech­te Licht­qua­li­tät. Ist der CRI klein, aber der GAI hoch, er­hält man ein bunt­leuch­ten­des Bild, je­doch mit den „fal­schen“Far­ben, was vom Be­trach­ter oft eher ak­zep­tiert wird, als bei ei­nem ho­hen CRI bei klei­nem GAI, wo der Be­trach­ter ein fa­des Bild be­schei­nigt, ob­wohl die Farb­treue sehr hoch ist. Erst wenn CRI und GAI hoch sind,

kann man von ei­ner na­tur­ge­treu­en Ab­bil­dung mit op­ti­ma­lem Farb­ton und Sät­ti­gung spre­chen. Der Far­b­raum wird auch von dem spä­ter be­han­del­ten TM-30-15 de­fi­niert, je­doch sind dort die Be­rech­nun­gen und Vor­ga­ben an­ders ge­setzt. So kann z. B. ein Ga­mut GAI von 93 ein Ga­mut Rg von 97,5 auf­wei­sen. Bei der Ga­mutan­ga­be kommt es al­so dar­auf an, auf wel­che Wei­se der Ga­mut be­stimmt wur­de und hier hel­fen die In­di­zes bei der Un­ter­schei­dung.

CRI 1931: nichts für LEDS

Mit dem Far­bort kön­nen wir zwar sa­gen, wie „Weiß“– al­so Warm­weiß, Kalt­weiß, 3200K oder 5600K, grün- oder ma­gen­tas­ti­chig – die Licht­quel­le selbst er­scheint, aber nicht wie ein be­strahl­ter Kör­per in sei­nen Far­ben dar­ge­stellt wird. Denn der Kör­per kann nur die Licht­fre­quen­zen re­flek­tie­ren, mit der er auch be­strahlt wird. Und der glei­che Far­bort der Licht­quel­le kann je nach Leucht­mit­tel aus un­ter­schied­li­chen Farb­fre­quen­zen zu­sam­men­ge­mischt sein. Um nun die Farb­wie­der­ga­be zu be­ur­tei­len, hat man den CRI (Co­lor Ren­de­ring In­dex) Ra ein­ge­führt, bei dem man mit acht Test­far­ben (R1-8) ver­gleicht, wie gut die­se Test­far­ben wie­der­ge­ge­ben wer­den kön­nen. Da­bei wird noch un­ter­schie­den, ob die Re­fe­renz­licht­quel­le als planck­scher Strah­ler an­ge­nom­men wird – bei Farb­tem­pe­ra­tu­ren un­ter­halb 5000K oder als Ta­ges­licht ober­halb 5000K. Dann wer­den die Farb­ab­wei­chun­gen ge­wich­tet und die ein­zel­nen Er­geb­nis­se zu ei­nem Ge­samt­wert ge­mit­telt und als Ra von 0 bis 100 an­ge­ge­ben, wo­bei dies nicht mit Pro­zent­wer­ten ver­wech­selt wer­den darf. Je hö­her der Wert ist um­so bes­ser wird die Far­be ge­trof­fen. Da­bei wird auf­grund des Zah­len­wer­tes kein Rück­schluss mög­lich, ob dies nun zu ge­sät­tigt oder zu blass bzw. wie sehr die Far­ben ver­fälscht wer­den. Ein wei­te­res Pro­blem beim CRI Ra ist, dass beim über 50 Jah­re al­ten Stan­dard, bei dem noch nie­mand an LEDS ge­dacht hat­te, son­dern für Glüh­licht mit ho­hen Ro­t­an­teil ent­wi­ckelt wur­de, als Re­fe­renz­far­ben nur Pa­s­tell­tö­ne ver­wen­det wer­den. Die Wie­der­ga­be ge­sät­tig­ter Far­ben fin­det hier­bei kei­nen Ein­fluss. So ist der CRI nur ei­ne ers­te Richt­mar­ke, die die Ten­denz der Farb­wie­der­ga­be wie­der­spie­gelt. Leuch­ten mit glei­chem CRI kön­nen dem­nach un­ter­schied­lich gut oder schlecht an­de­re Far­ben wie Rot, Gelb oder Grün wie­der­ge­ben, da die­se Licht­fre­quen­zen ge­sät­tig­ter Far­ben we­ni­ger Ein­fluss bei den Pa­s­tell­far­ben ha­ben und die Fre­quenz­zu­sam­men­set­zung der Leuch­te un­ter­schied­lich sein kann, trotz des glei­chen CRI. In der Ar­chi­tek­tur hat man be­reits früh an­ge­fan­gen in be­stimm­ten Ar­beits­be­rei­chen de­fi­nier­te Licht­qua­li­tä­ten zu for­dern. So wur­de von der DIN auch ei­ne Stu­fen­ein­tei­lung de­fi­niert, die den Ra-wer­ten ent­spricht:

Stu­fe 1A 1B 2A 2B 3 4

Ra-be­reich Ra >= 90 80 <= Ra < 90 70 <= Ra < 80 60 <= Ra < 70 40 <= Ra < 60 20 <= Ra < 40 Farb­wie­der­ga­be­in­dex Ra nach DIN EN 124641 zur Stu­fen­klas­si­fi­zie­rung nach DIN 5035-1

CIE 1976: Leucht­stoff­lam­pen im Kom­men

Mit dem Auf­kom­men der Leucht­stoff­lam­pen und de­ren Farb­mi­schung mit ver­schie­de­nen Ban­den bzw. Phos­phor­mi­schun­gen und dem­ent­spre­chen­den ent­ste­hen­den Farb­peaks, war der Hand­lungs­be­darf ge­ge­ben und hat­te 1965 die CIE 013.3 zur Fol­ge, die noch 1974 und 1995 nach­ge­ar­bei­tet wur­de. Für die wei­te­re Ver­bes­se­rung zur Beur­tei­lung wur­den ge­sät­tig­te Far­ben hin­zu­ge­fügt, um ei­ne bes­se­re Aus­sa­ge des CRI zu er­rei­chen. Da­bei spielt für uns ins­be­son­de­re die Be­trach­tung des R9-werts für ein ge­sät­tig­tes Rot ei­ne gro­ße Rol­le. Auf der ei­nen Sei­te, da Weiß­licht-leds aus ei­ner blau­en LED und Phos­phor­schicht meist nur ei­nen ge­rin­gen Ro­t­an­teil ha­ben und zum an­de­ren, da un­se­re Ka­me­ra­sen­so­ren Rot meist schwä­cher de­tek­tie­ren. Des­halb wer­den bei der Cri-be­trach­tung ger­ne die ein­zel­nen Far­ben in ih­rem Ein­zel­wert be­trach­tet, wie in un­se­ren Bei­spiel­bild zu se­hen ist. Die Cri-far­ben R1-8 wer­den je­doch un­ter­schied­lich zu den Far­ben R9-14 be­rech­net. Meist wer­den auch die Far­ben R9-14 gar nicht in der Be­rech­nung be­rück­sich­tigt, son­dern nur als Dia­gramm dar­ge­stellt. Durch den ver­wen­de­ten Al­go­rith­mus bzw. durch das in Ver­hält­nis­set­zen der Far­ben zu­ein­an­der ist es auch mög­lich, dass ein Ein­zel­wert ne­ga­tiv wer­den kann.

TLCI: an­de­re An­for­de­rung beim Film

In der Film- und Fo­to­bran­che sind die Schwä­chen der Cri-wer­te­er­mitt­lung ins­be­son­de­re bei Be­trach­tung im Zu­sam­men­hang mit auf­zeich­nungs- und bildge-

ben­den Ge­rä­ten so­wie den Haut­tö­nen von Men­schen eben­falls ein Dorn im Au­ge. So hat 2012 die Eu­ro­pean Broad­cas­ting Uni­on (EBU) eben­falls die Farb­pa­let­te nach den ei­ge­nen Be­dürf­nis­sen im Hin­blick auf die Wie­der­ga­be mit ei­ner Ka­me­ra zu­sam­men­ge­stellt. Da­bei ver­wen­det man die Far­ben der X-ri­te Farb­ta­fel, wel­che auch für das Ein­stel­len der Ka­me­ra be­nutzt wird. Je ei­ne Zei­le aus sechs Fel­dern als Grau­keil, zwei Zei­len mit ge­sät­tig­ten Far­ben und ei­ne Zei­le aus na­tür­li­chen Far­ben. Ins­be­son­de­re da­mit der Bil­din­ge­nieur weiß, mit wel­chen Kor­rek­tur­maß­nah­men er rech­nen muss, hat man die Be­rech­nung auch dar­auf aus­ge­legt, wie es von ei­ner Ka­me­ra de­tek­tiert wird – und nicht, wie das mensch­li­che Au­ge es wahr­nimmt. Wäh­rend sich näm­lich die Emp­find­lich­keits­spek­tren von den Zap­fen­zel­len bei Rot und Grün sehr stark über­lap­pen, un­ter­schei­det ein Ccd-sen­sor die Spek­tral­be­rei­che sehr gut. Wie beim CRI ist hier die Ska­la von 1 bis 100 – wo­bei 100 das Op­ti­mum dar­stellt. Ziel ist es, die Kos­ten in der Post­pro­duc­tion, die durch auf­wän­di­ge Kor­rek­tu­ren ent­ste­hen, den Kos­ten durch güns­ti­ge­re Licht­quel­len mit ge­rin­ge­ren Farb­wie­der­ga­be­qua­li­tät ge­gen­rech­nen zu kön­nen. Dar­über hin­aus ist über den In­dex zu se­hen, wie auf­wän­dig ei­ne Kor­rek­tur der Far­ben sein wird. Es wer­den so­gar bei be­kann­ten Qu­el­len auch Ta­bel­len mit Kor­rek­tur­wer­ten für die ein­zel­nen Pa­ra­me­ter mit zur Hand ge­ge­ben.

In­dex 85–100 75–85 50–75 25–50 0–25

Kor­rek­tur Far­ben kor­ri­gier­bar bzw. nicht not­wen­dig nach Kor­rek­tur noch ak­zep­ta­bel Auf­be­rei­tung sehr zeit­auf­wän­dig nicht mehr zu ret­ten – ver­bes­ser­bar ist und bleibt nicht ak­zep­tier­bar TLCI Ab­schät­zung des Auf­wands für Farb­kor­rek­tur in der Post­pro­duc­tion

TM-30-15: die LED ist da

Spä­tes­tens mit den heu­ti­gen Led-licht­quel­len und de­ren Spek­tren ist ein bes­se­res Ver­fah­ren zur Beur­tei­lung der Farb­wie­der­ga­be not­wen­dig. Die Il­lu­mi­na­ti­on En­gi­nee­ring So­cie­ty of Ame­ri­ca (IES) hat da­zu 2015 die TM-30-15 ent­wi­ckelt. Die greift nun auf 99 Re­fe­renz­far­ben (CES Co­lor Eva­lua­ti­on Sam­ples) zu­rück, die auf rea­len Ob­jek­ten wie ro­ten Zwie­beln, Oran­gen usw. ba­sie­ren. Lei­der wur­den wie­der rein ge­sät­tig­te Far­ben nicht ein­be­zo­gen. Die Be­wer­tung folgt nach ei­nem ähn­li­chen Prin­zip wie beim Ra –al­ler­dings mit ei­ner an­de­ren Be­wer­tung und eben mit mehr und bes­se­ren Far­ben. Im di­rek­ten Ver­gleich fal­len Ra und Fi­de­li­ty-in­dex Rf vom Wert her un­ter­schied­lich aus, wo­bei meist nun der Rf klei­ner ist. Der Far­b­raum ist nach CIE-CAM02-UCS zu­grun­de ge­legt, der den drei­di­men­sio­na­len Far­b­raum be­rück­sich­tigt. Auch hier wird wie bei CRI von 0–100 je­de Ein­zel­far­be be­wer­tet.

Man nennt den Re­fe­renz-spek­trum­s­ähn­lich­keits-in­dex nun Fi­de­li­ty-in­dex – ab­ge­kürzt Rf. Da­bei wird auch die Art der Re­fe­renz­licht­quel­le un­ter­schie­den zwi­schen Ta­ges­licht und Glüh­licht, wo­bei die Tren­nung bei 5.000K er­folgt. Dies je­doch mit dem Un­ter­schied zum Ra, dass hier zwi­schen 4.500K und 5.500K ein wei­cher Über­gang er­folgt. Dann wird der ver­füg­ba­re Far­bum­fang (Ga­mut­in­dex Rg) be­rück­sich­tigt, der ei­nen Wert von ca. 60 bis 140 an­neh­men kann. Beim TM-30-15 be­steht der Re­fe­renz­ga­mut aus 16 Far­ben, der aber an­sons­ten ana­log zum GAI ist. Zur Ver­an­schau­li­chung der Farb­qua­li­tät wird dar­aus ein Vek­tor­dia­gramm er­stellt, aus dem her­vor­ra­gend die Farb­ver­schie­bung dar­ge­stellt wird. Man sieht schnell den Ein­fluss der Licht­quel­le auf die Far­ben, denn von den 16 Re­fe­renz­far­ben wer­den

mit Vek­to­ren die Farb­ver­schie­bun­gen zur ge­mes­se­nen Licht­quel­le an­ge­zeigt. Da­mit kann man sehr schnell er­se­hen, wel­che Farb­ver­än­de­rung zu er­war­ten sind. Mit dem Dia­gramm wer­den Un­ter­schie­de er­sicht­lich, wel­che glei­che In­dex­wer­te trotz un­ter­schied­li­chen Licht­quel­len­ar­ten nicht ver­mu­ten las­sen. Für die Ge­gen­über­stel­lung von Fi­de­li­ty- und Ga­mut­in­dex hat man sich für das im Bild ge­zeig­te Ko­or­di­na­ten­sys­tem ent­schie­den. Ei­ne Glüh­lam­pe mit Rf=100, Rg=100 wird rechts an der Spit­ze als Op­ti­mum dar­ge­stellt. Den hell­grau­en Be­reich a) in dem Dia­gramm kann kei­ne Licht­quel­le die auf dem Plank­schen Kur­ven­zug liegt, er­rei­chen, wäh­rend der dun­kel­graue Be­reich b) durch kein rea­les Leucht­mit­tel er­reicht wird.

Fa­zit

Auch ei­ne Tm-30-15-an­ga­be kann kei­ne Be­mus­te­rung durch un­ser Au­ge er­set­zen, je­doch ist mit TM-30-15 ei­ne we­sent­lich bes­se­re Beur­tei­lung der Farb­qua­li­tät und des Far­bum­fangs mög­lich als mit CIE 13.3 oder dem für Ka­me­ras spe­zia­li­sier­ten TLCI mög­lich. Es wä­re wün­schens­wert, wenn Lam­pen­her­stel­ler in Zu­kunft Da­ten nach TM-30-15 zu ih­ren Lam­pen ver­öf­fent­li­chen wür­den.

Wie­der­ga­be­qua­li­tät Je nach Licht­quel­le wer­den Far­ben un­ter­schied­lich wie­der­ge­ge­ben. Doch wie kann man an­hand von Mess­wer­ten die Wie­der­ga­be­qua­li­tät der Far­ben aus­drü­cken?

Far­b­raum der von ei­nem Cmyg-schein­wer­fer mit Ent­la­dungs­lam­pe und ei­nem ex­tre­men Grün als zu­sätz­li­chen Fil­ter ab­ge­deckt wird

Farb­drei­eck An­ga­be des Far­bor­tes in der Cie­farb­ta­fel 1931

Bei­spiel ei­ner Cri-be­trach­tung der Ein­zel­wer­te hier ist der Ro­t­an­teil R9 deut­lich ins Ne­ga­ti­ve ab­ge­rutscht

Der Far­b­raum L u’ v’ nach CIE 1976 Ge­gen­über dem Farb­drei­eck von 1931 ist die Be­rech­nung für die­se zwei­di­men­sio­na­le Far­bort­be­stim­mung so ge­stal­tet, dass die Farb­un­ter­schie­de mög­lichst glei­che Ab­stän­de zu­ein­an­der ha­ben, was bei der „Schuh­soh­le“nicht der Fall ist, wenn man z. B. sich al­lei­ne die aus­ge­präg­te Grün­flä­che bei der „Schuh­soh­le“an­sieht

Re er­wei­tert mit den Re­fe­renz­far­ben R9-R14

CRI 1931 Re­fe­renz­far­ben Ra

Re­fe­renz­far­ben des Te­le­vi­si­on Light­ing Con­sis­ten­cy In­dex (TLCI)

99 Test­far­ben für TM-30-15 und ein et­was an­de­rer Al­go­rith­mus für die Farb­ab­wei­chung

TM-30-15 Dia­gramm Der blaue Kreis spannt die Flä­che der Re­fe­renz­far­ben. Die Vek­to­ren zei­gen auf die re­sul­tie­ren­den Far­bor­te durch die ge­mes­se­ne Licht­quel­le. Man er­kennt deut­lich gro­ße Vek­to­ren (grü­ne Pfei­le) von der ro­ten Sei­te hin zum Weiß­punkt. Das zeigt uns, dass die ro­te Far­be blass wie­der­ge­ge­ben wird, es fehlt Rot in der Licht­quel­le. Im gel­ben Farb­be­reich zeigt der Vek­tor nach au­ßen ins Grün­li­che. Da­mit se­hen wir, dass die­se Far­be ver­stärkt aber ins Grün­li­che­re ge­zo­gen wird.

Gra­fi­sche An­ord­nung der Fi­de­li­ty In­dex Rf und Ga­mut In­dex Rg nach TM-30-15 1) Ha­lo­gen­leucht­mit­tel 2) MSD Syl­va­nia BA 250 3) Weiß­licht LED 5.600K 4) Weiß­licht LED 3.200K 5) W, KW, RB, B, R, G, C, A LEDS 6) Leucht­stoff­lam­pe

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