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Lexikon der Optik: Farbmessung

Farbmessung, zahlenmäßige Bestimmung einer Farbvalenz. F. ist die messende Erfassung der Wirkung eines physikalischen Reizes auf ein physiologisch-psychologisches Wahrnehmungssystem. Sie besteht in der Kombination von zwei Teilaufgaben. Zum einen handelt es sich um die messende Erforschung der Eigenschaften des Wahrnehmungssystems von Einzelindividuen und deren Normierung für ein Durchschnitts- oder Normalindividuum, zum anderen um die Messung der physikalischen Reize und die Bewertung ihrer Wirkung auf das normierte Wahrnehmungssystem. Die theoretischen Grundlagen für die F. sind in der niederen Farbmetrik gelegt. Mit Hilfe der F. werden drei Farbwerte, die die Farbvalenz kennzeichnen, ermittelt; bei der allgemein üblichen Verwendung des Normalvalenzsystems sind es die Normfarbwerte X, Y, Z. Es gibt drei Verfahren der F.: das Gleichheits-, das Spektral- und das Helligkeits- oder Dreibereichsverfahren.

Beim Gleichheitsverfahren stellt man aus bekannten Komponenten (Primärvalenzen) durch additive Farbmischung zur zu messenden Farbe eine gleichaussehende Farbe her; die drei Mischungsbeträge sind die Farbwerte im gewählten Primärvalenzsystem. Wegen der Unsicherheit visueller Messungen und des Einflusses der subjektiven Farbseheigenschaften des Beobachters wird das Verfahren für technische Messungen nicht mehr benutzt, für Grundlagenuntersuchungen ist es aber nicht zu entbehren.

Das Spektralverfahren hat zwei Teile: die spektralphotometrische Messung der Strahlungsverteilung im Farbreiz und die valenzmetrische Auswertung, d.i. die Ermittlung der Normfarbwerte durch Bewertung der Farbreizfunktion mit den Normspektralwertkurven. Zur Ermittlung der Farbreizfunktion ist bei Lichtquellen eine spektrale Strahlungsmessung notwendig, bei Körperfarben kann man sich auf die Messung des spektralen Reflexionsgrades ρ(λ) bzw. Leuchtdichtefaktors β(λ) oder des Transmissionsgrades τ(λ) beschränken; die Reflexionsmessungen werden in bezug auf ein Weißnormal durchgeführt. Die Farbreizfunktion ergibt sich durch Multiplikation des spektralen Reflexions- bzw. Transmissionsgrades mit der Strahlungsfunktion der beleuchtenden Lichtart. Für die F. hat man bestimmte Normlichtarten vereinbart, die wichtigsten sind die Normlichtarten A für Glühlampenlicht und D65 für Tageslicht. Die Messung des spektralen Reflexions- bzw. Transmissionsgrades erfolgt mit Spektralphotometern.

Beim Dreibereichsverfahren trifft der Farbreiz auf einen Empfänger, dessen spektrale Empfindlichkeit durch geeignete Filter an die Normspektralwertkurven angepaßt ist. Bei Körperfarben muß die Lichtart in die Anpassung einbezogen werden. Durch Partialfilterung kann eine dem Spektralverfahren entsprechende Genauigkeit der Messung erreicht werden. Die Messung liefert unmittelbar die drei Normfarbwerte, bei Körperfarben jedoch nur für die bei der Anpassung realisierte Normlichtart.

Bei Körperfarben hängt das Meßergebnis bei beiden Verfahren wesentlich von der Meßgeometrie ab. Diese kennzeichnet die Art der Strahlenführung von der Lichtquelle über die Probe bis zum Empfänger, vor allem die Richtungen, in denen die Probenfläche einerseits beleuchtet und andererseits beobachtet wird, aber auch die entsprechenden Öffnungswinkel. Es werden zwei Gruppen von Meßgeometrien unterschieden: die gerichteten und die diffusen oder Kugelgeometrien. Bei der ersteren sind Beleuchtung und Beobachtung gerichtet, bei der letzteren sind Beleuchtung oder/und Beobachtung halbräumlich, d.h., es muß eine integrierende Kugel verwendet werden. Als Voraussetzung für vergleichbare Meßergebnisse hat die CIE ausgewählte Meßgeometrien zur Anwendung empfohlen (Abb.).

Bei allen modernen Farbmeßeinrichtungen werden die Meßwerte des Empfängers nach Verstärkung und A/D-Wandlung einem Rechner zugeführt, der mit oft umfangreichen Software-Paketen die anwendungsspezifische Weiterverarbeitung der Meßergebnisse vornimmt. Bei Spektralphotometern wird durch den Einsatz von integrierten Empfängern, oft in Verbindung mit Xenon-Blitzlampen als Strahlungsquellen, eine wesentliche Verkürzung der Meßzeiten erreicht.

Besondere Aufmerksamkeit erfordert die F. an fluoreszierenden Proben (Leuchtfarben), die eine Mittelstellung zwischen Körperfarben und Selbstleuchtern einnehmen. Da von ihnen nicht nur Licht der auffallenden Wellenlänge, sondern auch größerer Wellenlängen abgestrahlt wird, muß beim Spektralverfahren mit zwei Monochromatoren gearbeitet werden. Die Abstrahlungseigenschaften einer Probenfläche werden somit nicht durch eine Reflexionskurve, sondern durch eine Matrix gekennzeichnet. Behandelt man Leuchtfarben wie von der CIE empfohlen als Körperfarben, so hängt die Gesamtreflexion von der beleuchtenden Lichtart ab. Benötigt wird für die Messung der Matrix ein nichtfluoreszierendes Weißnormal sowie im allgemeinen ein Empfänger mit bekannter spektraler Empfindlichkeitsverteilung. Aus der Reflexionsmatrix lassen sich die Reflexionskurven und die Farbwerte für beliebige Lichtarten berechnen. Soll mit nur einem Monochromator gearbeitet werden, muß sich die Probe vor diesem befinden, und die Beleuchtung muß mit der Lichtart erfolgen, auf die sich das Meßergebnis beziehen soll.



Farbmessung: Meßgeometrien für die Farbmessung (d diffus).

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