Farbmanagement

Zwischen der Ein- und Ausgabe eines Bildes besteht immer ein Unterschied.

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

Grundlagen

Eine hohe Ähnlichkeit der Farben zwischen der Ein- und Ausgabe eines Bildes wird Farbtreue genannt. Um diese Farbtreue zu erreichen, werden Farbmanagementsysteme (engl. CMS, color management system) verwendet, die allerdings niemals eine 100% Übereinstimmung liefern können.

Farbmanagementsysteme benutzen

• geräteabhängige Farbbeschreibungen (Geräteprofile)
• geräteunabhängige Austausch-Farbräume (eng. Profile Connection Space, PCS).

Siehe hierzu auch die Differenzierung von Farbmodell und Farbraum.

Die Aufgabe eines Farbmanagementsystems besteht darin, die geräteabhängigen Farbbeschreibungen (der Ein- und Ausgabegeräte) mit Hilfe des geräteunabhängigen Austausch-Farbraum ineinander 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 Farbmodelle sind häufig das RGB-Farbmodell (für Digitalkameras und Monitore), und das CMYK-Farbmodell (für Drucker).
• Die beteiligten Farbräume (RGB und CMYK) sind Bestandteile der genannten Farbmodelle.
• Der geräteunabhängige CIELab-Farbraum dient in diesem Fall als Bindeglied zwischen den anderen Farbräumen.

Neben dem L*a*b*-Farbraum, auf dem die gängigen CM-Systeme basieren, gibt es auch andere medienneutrale Farbräume wie etwa L*u*v*, welcher im Gegensatz zu L*a*b eher zur Messung von Lichtfarben benutzt wird. Auch XYZ und xyY sind solche physikalischen Räume, denen gemeinsam ist, alle vom menschlichen Auge wahrnehmbaren Farben, also das sichtbare Licht, darstellen zu können.

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.

Farbprofile

Wie jeder Mensch individuell Farben wahrnimmt, haben auch Geräte, zumindest Geräteklassen, unterschiedliche Farbräume, in denen sie Farben registrieren oder darstellen. Eine solche Individualität ist durch Konstruktionsunterschiede und Produktionsschwankungen bedingt.
Farbprofile können die Farbdaten einer Geräteklasse oder die Individualität eines speziellen Gerätes widerspiegeln.
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 oder Berechnungsparameter, anhand derer die Konvertierung der Farbdaten vom bzw. in den PCS (profile connection space, Verbindungsfarbraum) erfolgt. Als PCS werden überwiegend XYZ und LAB verwendet.

Hinsichtlich ihres Verwendungszweckes unterscheidet man Eingabeprofile (RGB → PCS), Ausgabeprofile (PCS → RGB oder CMYK) und Devicelink-Profile, die ein direktes Gamut-Mapping ohne den Umweg über einen PCS zwischen zwei CMYK-Farbräumen gestatten.

Hinsichtlich ihres inneren Aufbaues unterscheidet man Matrix-Profile und LUT-Profile (look up table). Matrix-Profile verwendet man vorzugsweise für Geräte, deren Farbverhalten von relativ wenigen Einflüssen abhängig ist und sich deshalb hinreichend gut z. B. in Form einer 3x3-Umrechungsmatrix beschreiben lässt. Die Dateigröße von Matrixprofilen ist relativ klein (wenige Kilobyte). LUT-Profile finden für Geräte Anwendung, deren Farbverhalten von vielen Faktoren abhängt und zu komplex ist, als dass es sich über eine einfache Matrix-Transformation hinreichend genau beschreiben ließe. LUT-Profile können bis zu mehrere Megabyte groß sein.
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.

Profilerstellung

IT8.7/1 Target

Die Profilerstellung basiert auf einer Farbmessung. Dabei werden Farben, deren genaue Farbwerte bekannt sind, vom Gerät wiedergegeben (Monitor, Drucker) oder gemessen (Scanner) und dann mit den bekannten Werten 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.

Scanner

Zur Erstellung eines Scannerprofils benutzt man eine Vorlage mit vielen kleinen unterschiedlichen Farbfeldern (IT8-Target), das vom Hersteller mit einem Spektralphotometer vermessen wurde. Der Scanner liest diese Vorlage ein und vergleicht gelesene Farbwerte mit den Referenzwerten des Targets. Aus den Unterschieden dieser Werte wird nun das ICC-Profil berechnet und dadurch ist nun der gerätespezifische Farbraum (RGB-Farbraum) mit einem geräteunabhängigen Farbraum (L*a*b*-Farbraum) derart verknüpft, dass die Farbwerte, die der Scanner liest, farbverbindlich wiedergegeben werden können.

Monitore

Zur Monitorprofilerstellung kommen ein Farbmessgerät 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 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 worden ist, 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 (0.73, 0.26) anzeigt. Damit kann jeder Wert aus RGB nach CIELab übersetzt werden.

• 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)
• …

Nicht alle Monitore sind in der Lage, die RGB-Werte vollständig wiederzugeben. Das führt dazu, dass bei diesen Monitoren 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)
• …

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

Drucker

Ein Testchart wird mit einem Spektralfotometer ausgemessen

Auch wenn alle Drucker letztendlich nach dem Prinzip der subtraktiven Farbmischung mit den Druckfarben CMYK und ggf. auch weiteren Farben arbeiten, so präsentiert sich die übergroße Mehrheit der für den Privat- und Office-Bereich vorgesehenen Geräte als RGB-Device gegenüber dem Betriebssystem. Die erforderliche Farbseparation (Umrechnung v. RGB nach CMYK) wird vom Treiber oder der Druckerhardware vorgenommen, ohne dass der Anwender darauf Einfluss hat. Lediglich Drucker für professionelle Zwecke, z. B. Proofsysteme oder Großformatdrucker (meist per Postscript angesteuert) erscheinen am System als echte CMYK-Devices.
Die Erzeugung von ICC-Profilen für Drucker erfolgt, indem man ein Testchart mit vielen Farbfeldern ausdruckt, deren Farbwerte bekannt sind. Anschließend werden die L*a*b*-Werte dieser Farbfelder mit einem Spektralfotometer gemessen. Dadurch wird eine Beziehung zwischen den ausgedruckten RGB- bzw. CMYK-Daten und den sichtbaren CIE-L*a*b*-Farbwerten hergestellt. Es ist also bekannt, welcher Farbeindruck (L*a*b*-Wert) entsteht, wenn eine bestimmte Tinten- oder Toner-Kombination auf diesem Drucker ausgegeben wird. In einem Profilerstellungsprogramm werden die gemessenen Daten in eine Form gebracht, die der Spezifikation des ICC (International Color Consortium) entspricht. Es entstehen standardisierte Tabellen, die eine Umrechnung von RGB bzw. CMYK in den PCS (CIELAB oder XYZ) und umgekehrt erlauben.
Zu beachten ist, dass man für jede Tinten/Toner- und Papierkombination ein eigenes Profil erstellen muss, um berechenbare und korrekte Druckergebnisse zu erhalten.

Eine zweite Möglichkeit zur Drucker-Profilierung bietet die Software höherwertiger Scanner von verschiedenen Herstellern mittels einer Standardprofilierung. So ist, ein vorhandener Scanner vorausgesetzt, keine zusätzliche Hardware erforderlich, um eine ICC-Profilierung des Druckers vorzunehmen.

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 (Farbprofil) liest und falls erforderlich Anpassungen 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 möglich, beliebige Geräte miteinander zu kombinieren und trotzdem das jeweils bestmögliche Ergebnis (je nach Möglichkeiten des Ausgabegeräts) zu erhalten. Das hier beschriebene Vorgehen ist heute in der Druckpraxis Standard.

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
• Andreas Kunert: Farbmanagement in der Digitalfotografie. 2. Auflage, MITP-Verlag, ISBN 3-8266-1645-6
• 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

Weblinks

• European Color Initiative (ECI)
• Fachartikel über Farbmanagement und dessen Anwendung
• Farbmanagement für Hobbyfotografen
• Spiegel-Artikel über Farbmanagement in der Fotografie (Original: http://www.colorfoto.de/ratgeber/3/1/5/8/0/5/cofo200902_046_049.pdf)
• Grundlegendes über Farbmanagement (kostenfreies pdf-Book)
• Grundlagen Color Management
• Arbeitsfarbräume