Grundlagen der Farbmesstechnik

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Sinneseindruck Farbe
 
Maße wie Kelvin oder Meter sind unabhängig von der menschlichen Wahrnehmung. Farbe jedoch ist ein Ereignis, das im Kopf eines Menschen stattfindet. Wenn wir Farben messen wollen und die Meßergebnisse die menschliche Wahrnehmung widerspiegeln sollen, muß unser Farbmaß also der menschlichen Wahrnehmung angepaßt sein.
Bestimmte elektromagnetische Strahlungen können durch Reizung der Netzhaut Farbempfindungen hervorrufen. Solche Strahlungen bezeichnen wir als Farbreize. Die Farbempfindungen ergeben sich aus den Farbreizen und den Beobachtungsbedingungen. Meist sehen wir aber mehr als nur die Farbe. Wir nehmen auch Oberflächeneigenschaften wie Glanz, Struktur und Muster wahr. Weshalb im amerikanischen Sprachgebrauch der Ausdruck „Color & Appearance“ verwendet wird. Bei der Bewertung der Farbe eines Gegenstandes sind Phänomene wie Glanz etc. ausdrücklich auszuschließen!
Die genaue Definition der Gesichtsemp-findung Farbe ist:
Farbe ist diejenige Gesichtsempfindung, durch die sich zwei aneinandergrenzende, strukturlose Teile des Gesichtsfeldes bei einäugiger Beobachtung mit unbewegtem Auge allein unterscheiden können.
Wir unterscheiden ferner zwischen Selbstleuchtern (Lampen etc.) und Körperfarben. Farbige Körper können lichtundurchlässig sein, das heißt sie reflektieren das einfallende Licht, oder sie sind lichtdurchlässig, also transparent.
Bei den nachfolgenden Betrachtungen vereinfachen wir ein wenig und beschränken uns auf die Körperfarben.

Die Komponenten der Farbwahrnehmung
 
Zur Farbwahrnehmung gehören generell drei Komponenten:
• eine Lichtquelle (nachts sind alle Katzen grau)
• ein Körper, der das einfallende Licht vollständig reflektiert oder ganz oder teilweise durchläßt
• ein Beobachter, der die Farbe wahrnimmt  (sonst ist alles hübsch bunt, aber keiner sieht’s).
Die Lichtquelle kann beschrieben werden durch eine Strahlungsfunktion S, die uns angibt wie groß die Strahlungsleistungen dieser Lichtquelle bei den verschiedenen Wellenlängen sind.

Das Objekt weist ein bestimmtes, charakteristisches Reflexions- oder Transmission-vermögen auf.
Der Beobachter kann durch eine oder mehrere Farbempfindungsfunktionen (je nach Anzahl der Empfänger) beschrieben wer
den. Diese geben an, wie empfindlich die Empfänger auf Licht bestimmter Wellenlängen reagieren.
Jede dieser Komponenten wirkt sich auf die Farbwahrnehmung aus!

Das elektromagnetische Spektrum
 
Die Strahlung, die wir mit dem Auge als Licht / Farbe wahrnehmen, stellt nur einen „winzigen“ Ausschnitt aus dem gesamten Spektrum elektromagnetischer Strahlung dar.
Strahlung kann entweder durch ihre Frequenz oder durch ihre Wellenlänge beschrieben werden. Beim Radio wählt man einen Sender aus, indem man die Frequenz einstellt, auf der er sendet. In der Farbmetrik benutzt man zur Beschreibung jedoch die Wellenlänge (und meist auch noch verkehrt herum). Die Strahlungen, die wir mit dem Auge wahrnehmen, liegen alle im Bereich millionstel Millimeter.
Das Auge kann Strahlung im Bereich von 380nm bis 780nm sehen. Unterhalb 400nm und oberhalb 700nm tendiert die Empfindlichkeit jedoch gegen Null. Weshalb man sich häufig auf diesen Bereich beschränkt.
 
Farbstimmung des Auges
 
Bedingt durch die Bewegung der Sonne (Einstrahlwinkel) ändert sich die Farbe des Tageslichtes ständig, auch wenn der Himmel den ganzen Tag unbewölkt bleibt. Trotzdem bemerken wir keinen Unterschied in unserem Farbempfinden. Das Auge paßt sich den Änderungen an. Diese Farbumstimmung funktioniert auch bei vielen künstlichen Lichtquellen. Die Anpassung an die Helligkeit einer Lichtquelle heißt Adaption, die an den Farbton heißt Farbstimmung.


 
Versuch zur Farbstimmung des Auges
Ein Auge soll bei diesem Versuch durch längeres Betrachten einer roten Fläche (z.B. ein rotes Blatt Papier) auf rotes Licht eingestimmt werden. Das andere Auge wird währenddessen durch eine Hand abgedeckt. Danach wird das Schwarz-Weiß-Bild abwechselnd mit dem linken bzw. dem rechten Auge betrachtet. Das auf Rot eingestimmte Auge nimmt das Bild anders wahr als das ungestimmte Auge.
 
Farbwandlung und Metamerie
 
Die Farbwandlung betrifft die von der Lichtquelle abhängige Farbempfindung und ist völlig unabhängig vom Vergleich zweier verschiedener Proben. Farbwandlung kann auch bei Selbstleuchtern auftreten (keine Änderung des Farbreizes), wenn die Augen unterschiedlich eingestimmt werden.
Den Effekt, daß das Auge verschiedenen Farbreizen gleiche Farbvalenzen zuordnet, nennen wir Metamerie. Da bei Nichtselbstleuchtern sich der Farbreiz aus der Strahlung der Lichtquelle und der Reflexion/Transmission des Objektes ergibt, führt ein Wechsel der Lichtquelle dazu, daß die Farbreize unterschiedlich geändert werden.
Bei dem Versuch mit der Farbstimmung hat das linke Auge das unbunte Bild anders gesehen als das Rechte, da die beiden Augen unterschiedlich gestimmt waren. Betrachtet man ein Bild unter verschiedenen (andersfarbigen) Lampen, wird man das Bild auch jeweils anders wahrnehmen. Das eine ist Farbstimmung (Auge/Beobachter), das andere Farbwandlung (Lichtquelle). Das Objekt bleibt unverändert, aber die Wahrnehmung variiert. Die Farbwahrnehmung besteht wie schon gesagt aus drei Komponenten.
 

Das menschliche visuelle System
 
Bei Mondlicht können wir zwar keine Farben, wohl aber Umrisse und Helligkeitsunterschiede wahrnehmen. Die Licht-menge ist so gering, daß nur die Stäbchen angesprochen werden. In Ihnen befindet sich ein Farbstoff, der aufgrund seines Aussehens seit altersher Sehpurpur genannt wird. Unter Licht bleicht dieser Sehpurpur aus, gewinnt aber nach einer gewissen Ruhezeit im Dunklen seine Farbe zurück (regeneriert). Bei hellem Licht, wenn alle Stäbchen für längere Zeit “gebleicht” werden, fallen die Stäbchen gewissermaßen aus. Dann übernehmen die Zapfen das Sehen. Deren Lichtempfindlichkeit ist deutlich geringer. In den Zapfen gibt es drei verschiedene Farbstoffe. Ein Zapfen enthält entweder einen rot-, einen grün- oder einen blauempfindlichen Farbstoff.
Die spektrale Empfindlichkeit der Farbstoffe, die das Auge zum Sehen verwendet, kann man messen, indem man den jeweiligen Farbstoff isoliert und in einer Flüssigkeit auflöst. Wie bei jeder anderen farbigen Flüssigkeit wird ein Teil des eingestrahlten Lichtes (unterschiedlich für verschiedene Wellenlängen) absorbiert.
Dies erlaubt aber noch keine Aussage über die spektrale Empfindlichkeit der Zapfen bzw. Stäbchen, da dort ja der Farbstoff in den Zellorganismus eingebettet ist. Um die spektrale Empfindlichkeit eines Zapfens oder eines Stäbchens experimentell direkt zu bestimmen, benötigt man Mikrosonden, mit denen man das Erregungspotential einer Zelle für unterschiedliche spektrale Lichter messen kann. Die Entwicklung solcher Sonden begann erst Mitte der sechziger Jahre.
 
Um die optische Achse herum liegt der Bereich der Netzhautgrube, in der sich nur Zapfen befinden. Außerdem finden wir hier die dichteste Anhäufung der Sehzellen. In diesem Bereich sehen wir mit höchster Auflösung. Das Sichtfeld, das durch einen bestimmten Teil der Netzhaut gesehen wird, bezeichnen wir als Gesichtsfeld. Ein kleiner Gegenstand kann uns genauso groß erscheinen wie ein großer, wenn der kleine sehr nah und der große entsprechend weit entfernt ist. Der Abbildungswinkel ist dann für beide gleich. Um nicht immer die Größe und die Entfernung eines Gegenstandes angeben zu müssen, benutzt man den Abbildungswinkel zur Beschreibung des Gesichtsfeldes. Für einen gegebenen Abstand ist dann sowohl die Größe des gesehenen Objektes als auch die Größe der Abbildung auf die Netzhaut berechenbar.

Farbvalenzen
 
Da das Auge drei verschiedene Empfänger enthält, wie eine Farbkamera, besteht die Farbinformation, die an das Gehirn weitergeleitet wird aus drei Signalen. Diese drei Signale ergeben jeweils eine Farbvalenz. Wobei unterschiedliche Farbreize durchaus identische Farbvalenzen bedingen können.
Wenn wir eine Farbe meßtechnisch exakt beschreiben wollen, müssen wir jedes dieser drei Signale, durch eine entsprechende Zahl quantifizieren.
Farbe ist grundsätzlich dreidimensional!
Heute könnten wir, wenn sich denn jemand für solche Versuche bereit erklärte und aus ethischer Sicht nichts dagegen spräche, Mikrosonden an verschiedene Zapfen anbringen und deren spektrale Empfindlichkeit messen. In der ersten Hälfte dieses Jahrhunderts gab es diese Möglichkeit nicht. Man konnte nur versuchen, durch Farbmischungen die Zapfenempfindlichkeiten indirekt zu bestimmen. 
  

Additive und subtraktive Farbmischung
 
Wir unterscheiden prinzipiell zwei Methoden Farben zu mischen: die additive und die subtraktive Farbmischung.
Bei der additiven Farbmischung werden die spektralen Anteile der Strahlung addiert. Eine solche additive Farbmischung liegt beispielsweise vor, wenn eine Fläche von unterschiedlichen, bunten Lampen beleuchtet wird. Aber auch wenn die Einzelfarben räumlich oder zeitlich nicht vom Auge getrennt werden können. Wechselt eine Fläche, die wir betrachten, sehr schnell nacheinander den Farbton, so kann das Auge die Einzelfarben nicht unterscheiden und sieht die Mischfarbe – Max-well´scher Kreisel. Besteht eine Fläche aus vielen, verschiedenfarbigen Teilflächen, die das Auge einzeln nicht wahrnehmen kann, so wird ebenfalls die Mischfarbe gesehen - Farbmonitor.
Die Gesetzmäßigkeiten der additiven Farbmischung sind mathematisch einfach zu beschreiben und entsprechende Versuche können mit genügender Genauigkeit realisiert werden.
Bei der subtraktiven Farbmischung addieren sich die Eigenschaften der Einzelfarben, einen Teil der Strahlung zu absorbieren. Die Strahlung wird insgesamt vermindert. Diese Form der Farbmischung gilt für alle Farbstoffe und Pigmente (Lumineszenzfarbstoffe ausgenommen).  Die subtraktive Farbmischung ist mathematisch deutlich schwieriger darzustellen als die additive. Die Farbmittel können sich gegenseitig beeinflussen und sie sind immer in ein Medium eingebettet, das mit ins Ergebnis eingeht. Der Farbraum der subtraktiv ermischbaren Farben ist wesentlich kleiner als bei der additiven Farbmischung.
Zur Untersuchung der menschlichen Farbwahrnehmung ist die subtraktive Farbmischung völlig ungeeignet.
 
Innere und Äußere Farbmischung
 
Grundsätzlich können alle Farben als Mischung dreier Grundfarben, von denen keine aus den beiden anderen ermischbar sein darf, beschrieben werden.
Grundsätzlich können mit drei Grundfarben nur die Farben direkt nachgestellt werden, die in dem Dreieck liegen, das durch die drei Grundfarben aufgespannt wird.
Für Färber und Coloristen ist die Farbwelt gewissermaßen auf das Dreieck beschränkt. Ihre Aufgabe ist es, eine Farbe möglichst exakt nachzustellen, wobei die Vorlage nicht verändert werden darf.
Dem Wissenschaftler geht es nicht darum, eine bestimmte Farbe zu verkaufen, sondern eine Farbgleichung zu lösen. Wobei der Anteil einer Grundfarbe auch negativ werden darf.
Liegt ein Farbton außerhalb des Dreiecks, so wird ihm die ihm gegenüberliegende Farbe so zugemischt, das diese Mischung gleich der Mischung der beiden anderen Grundfarben ist.
Dann gilt:   F + b*B = g*G + r*R
Oder:       F = g*G + r*R - b*B
(Kleinbuchstaben = Farbanteile; Frakturbuchstaben = Farbvektor)
Durch Anwendung der inneren und äußeren Farbmischung sind alle Farben mit drei Grundfarben nachstellbar. 
 

Das CIE 1931 Normvalenzsystem
 
Die verwendeten Grundfarben R, G, B spannen ein Dreieck auf, das kleiner ist als der vom Menschen wahrnehmbare Farb-raum. Einige Farben lassen sich deshalb nur durch Verwendung der äußeren Farbmischung nachstellen. Diese Farben enthalten also negative Mischungsanteile. Um alle Farben mit nur positiven Mischungsanteilen beschreiben zu können, hat man die virtuellen - real nicht existierenden - Primärvalenzen X, Y, Z  definiert. Y wurde hierbei so gewählt, daß die Normspektralwertfunktion y() der Hellempfindungsfunktion V() entspricht.
Ursprünglich hatte man das Gesichtsfeld auf 2° begrenzt, um sicher zu stellen, daß die Farbflächen nur auf einen Bereich der Netzhaut abgebildet werden, der keine Stäbchen enthält. Dies ist die Netzhautgrube (ca. 3°-4°), die vollständig hinter dem gelben Fleck (ca. 5°) liegt. In der Praxis sehen wir aber Proben, die so groß und so nah sind, daß die gesehenen Farbflächen auf einen größeren Bereich der Netzhaut abgebildet werden. Deshalb hat man später die Farbempfindungsfunktionen für ein 10°-Gesichtsfeld bestimmt. Hierbei wirkt sich der gelbe Fleck kaum noch aus, und wir erhalten etwas andere Farbempfindungsfunktionen.
Die genormten Mittelwerte der ermittelten Farbempfindungsfunktionen nennt man Normspektralwertfunktionen. Die so definierten Beobachter heißen Norm-Kleinfeld-Beobachter und Norm-Großfeld-Beobachter. Bei ca. 50cm Beobachtungs-abstand werden etwa folgende Flächen „gesehen“:   2° ~ 1,75cm, 10° ~ 8,75cm.
 

Die CIE Normlichtarten
 
Um zu einer allgemeingültigen Farbmetrik zu kommen, hat die CIE auch die Lichtquellen genormt. Die Strahlungsfunktionen dieser Lichtquellen sind in Tabellen genau festgelegt. Diese international genormten Lichtquellen werden Lichtarten genannt. In der Farbmetrik wird üblicherweise mit Lichtarten und nicht mit realen Lichtquellen gerechnet.
• Die Lichtart A entspricht dem Glühlampenlicht (2856K),
• Die Lichtart B entspricht dem indirekten Sonnenlicht und C dem mittleren Tageslicht. Die Lichtart B wird nicht mehr verwendet.
• Die Tageslichtart D50 wird vorwiegend im Druck- und Reprobereich benutzt.
• Für die Farbdifferenzbestimmung wird in Europa allgemein die Tageslichtart D65 verwendet.
• Mit dem Aufkommen der Leuchstoffröhren sind noch die Lichtarten F1 bis F12 hinzugekommen.
Benutzt man die genormten Werte dieser Lichtarten, um damit zu rechnen, so hat man konstante, reproduzierbare und somit ideale „Lichtquellen“.

Gebräuchliche Lichtarten
 
 Die Normlichtart A ist ein sehr rötliches Licht. Wird ein weißes Blatt Papier unter verschiedenen, weißen Lichtquellen betrachtet, so erscheint es uns immer weiß. Auch dann, wenn die Lichtquelle einen gewissen Farbstich aufweist. Dies besagt der Persistenzsatz. Beim Glühlampenlicht gibt es aber die Vermutung, daß das Licht schon zu gelb ist und das Auge diesen Farbstich nicht mehr vollständig ausgleichen kann.
 
In der Farbmetrik bezieht man sich gewöhnlich nicht auf die absolute, spektrale Strahlungsabgabe sondern auf die relative. Die Strahlungsleistung bei 555nm bekommt den Wert 1, die anderen Werte werden relativ hierzu angegeben.
Die Angabe der relativen spektralen Strahlungsverteilung erlaubt den direkten Vergleich verschiedener, unterschiedlich heller Lichtquellen. 

Leuchtstoffröhren weisen kein kontinuierliches Spektrum auf, sondern strahlen bei einigen Wellenlängen sehr viel und bei anderen kaum Licht ab. Deshalb gibt man einen allgemeinen Farbwiedergabeindex mit an, der anzeigt wie gut Farben unter diesem Licht beurteilt werden können bzw. wie gut sie wiedergegeben werden. Zur Bestimmung des allgemeinen Farbwiedergabeindex werden vierzehn Testfarben (Farbmuster) benutzt, deren Normfarbwerte für die Bezugslichtart D65 bekannt sind. Für die zu testende Lichtquelle werden die Normfarbwerte dieser 14 Karten ermittelt und die Farbunterschiede zu den Bezugswerten berechnet. Aus diesen Farbunterschieden werden die speziellen Farbwiedergabeindizes Ri berechnet. Der allgemeine Farbwiedergabeindex Ra ist gleich dem Mittelwert der speziellen Farbwiedergabeindizes der ersten acht Testfarben (niedrig gesättigte Farben mit etwa gleicher Helligkeit und Sättigung, verteilt um den Unbuntpunkt).
Die Leuchtstoffröhre „Tageslichtweiß“ ist für Farbabmusterungen geeignet, bei bestimmten Proben kann es aber durchaus zu Unterschieden zwischen gemessenen und unter diesem Licht sichtbaren Farbabweichungen kommen. Es wird zwar immer gefordert, daß Farbmeßergebnisse möglichst gut mit der visuellen Beurteilung übereinstimmen sollen. Vergessen wird dabei aber häufig, daß Tageslichtröhren oft weit von den idealen Normlichtarten für Tageslicht abweichen. Wohingegen die Normlichtarten bestimmten Tageslicht-phasen sehr gut entspre-chen.

Die drei Komponenten der Farbmessung
 
Wie kann man Körperfarben messen? Wir haben durch die Arbeit der CIE ein international gültiges Maß für die Bewertung von Farbreizen, nämlich den 10°-Normalbeobachter (Der 2°-Beobachter wird kaum noch verwendet). Und wir haben genau definierte Lichtquellen: die Normlichtarten. Was noch fehlt ist eine geeignete Meßtechnik, um das Reflexions- (Transmissions-)vermögen von Gegenständen (Körperfarben) zu bestimmen.
 

Reflexion und Transmission
 
Jedes Objekt hat ein bestimmtes, charakteristisches Reflexions- oder Transmission-vermögen, das durch seine Reflexions- R() bzw. Transmissionskurve T()  beschrieben werden kann.
R() bzw. T() geben an, wieviel Prozent des eingestrahlten Lichtes reflektiert bzw. transmittiert und wieviel absorbiert werden.
Die Reflexion bzw. Transmission bei einer bestimmten Beleuchtung ergibt den Farbreiz ().
Die Bewertung des Farbreizes durch die drei Rezeptoren des Auges führt zur Farbvalenz (und somit zu X,Y,Z). Es gibt Meßgeräte, deren Filterfunktionen den Zapfenempfindlichkeiten entsprechen sollen. Das sind die sogenannten Dreifilter- oder Tristimulusgeräte. Diese Geräte zeigen aber meist eine schlechte Absolutgenauigkeit und mit ihnen kann grundsätzlich keine Metamerie festgestellt werden.
Durch die weiteren Entwicklungen bei Spektralphotometern und den zu erwartenden Preissenkungen kann davon ausgegangen werden, daß die Dreifiltergeräte vom Markt verschwinden werden.
Bei X-Rite werden schon seit mehreren Jahren keine Dreifiltergeräte für die Farbmessung an Körperfarben mehr entwickelt.
 

Farbmessung nach dem Spektralverfahren
 
Um Farben spektral zu messen, werden mindestens 16 Meßpunkte im Bereich von 400nm bis 700nm als notwendig erachtet - 20nm Auflösung. Dies ist für die meisten Farben ausreichend. Bei sehr gesättigten Farben, deren Reflexionskurve beim Übergang vom Absorptions- zum Reflexionsbereich einen sehr steilen Anstieg aufweisen, braucht man mehr Meßpunkte. Für solche Farben müssen Geräte mit 10nm- oder 5nm-Auflösung verwendet werden (Aus technischen Gründen hat diese hohe Auflösung häufig eine schlechtere Übereinstimmung von Geräten gleicher Baureihe zur Folge - inter instrument agreement).
In Anbetracht des Preisverfalls für Farbmeßgeräte während der letzten zehn Jahre gibt es kaum noch einen vernünftigen Grund Dreifiltergeräte zu kaufen. Wegen der hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Filter sind wirklich gute Dreifiltergeräte kaum noch preiswerter als einfache, aber gute Spektralphotometer.
Billiggeräte taugen nur für Spieler, aber nicht für die Farbmessung.
 

Die Tücken des Objektes
 
Das zu messende Material kann fest, pulverig oder flüssig sein. Wenn es nicht fest ist, wird man es in einem geeigneten Behälter messen müssen. Behälter mit Inhalt kann man dann aber als „feste“ Einheit betrachten. Aus farbmetrischer Sicht ist die wichtigste Anforderung an einen solchen Behälter, daß er möglichst über den gesamten betrachteten Spektralbereich nahezu keine Absorption aufweist. Besonders gut geeignet sind in der Regel Küvetten aus optischem Glas. Das Erscheinungsbild einer Probe wird durch ihre Struktur und ihre optischen Eigenschaften bestimmt. Die Probe reflektiert Licht an der Oberfläche (Oberflächenreflexion) und aus dem Probeninneren. Die Reflexion aus dem Inneren ist auf die Absorption und die Streuung des Materials zurückzuführen. 

Unterschiede in der Oberflächenbeschaffenheit
 
 • eben  • gekrümmt
 • matt  • glänzend
 • uni  • gemustert
 • florlos  • langflorig
 • homogen  • inhomogen
 • glatt  • rauh
 

Oberflächenreflexion
 
Wenn ein Lichtstrahl schräg auf eine Grenzfläche trifft, wird ein Teil des Lichtes an der Grenzfläche reflektiert. Ein Sonderfall ist der Spiegel, da es hier zur Totalreflexion kommt. Bei einer Probenoberfläche haben wir die Grenzfläche Probe-Luft und sprechen von Oberflächenreflexion. Ähnliche Effekte treten aber auch im Material auf und müssen bei der Farbrezeptierung berücksichtigt werden.
Stellt man den an der Oberfläche reflektierten Anteil als Funktion des Beobachtungswinkels dar (Indikatrix), so kann man zwei Extreme unterscheiden:
- es wird nur gerichtet reflektiert (Spiegelglanz)
- es wird nur diffus, also gleichmäßig in alle Richtungen, reflektiert (ideal matt)
Die meisten Proben zeigen eine Indikatrix, die zwischen diesen beiden Extremen liegt.
Eine mehr oder weniger gerichtete Oberflächenreflexion bezeichnet man als Glanz (matt bis hochglänzend).
Glanz ist eine wichtige technische und physiologische Größe, die die optische Erscheinung eines Gegenstandes mitbestimmt.
Glanz ist nicht gleich Farbe!
 

Reflexionsindikatrices
 
Die skizzierten Indikatrices kommen so in der Praxis kaum vor. Die meisten Proben weisen aufgrund von Strukturen,  Krümmungen und Oberflächenstörungen komplexer aussehende Indikatrices auf.
Bei großen planen Flächen (z.B. Kunststoffplatten) ist der Glanz leicht zu erkennen. Fast nicht erkennbar ist der Glanzanteil beispielsweise bei Teppichboden. Die aufrecht stehenden Kunststoffasern werden nach dem Färben geschoren und so auf einheitliche Länge getrimmt. Die Faserspitzen glänzen, durch Verschleiß des Schermessers kann es zu vermindertem Glanzanteil kommen. Der optische Gesamteindruck ändert sich, die Ursache (Glanz/Messerverschleiß) ist aber für den Laien nicht erkennbar.
Besondere Beachtung verdienen metallische oder metallisierte, strukturierte Oberflächen. Hier treten sehr häufig Spiegelglanzeffekte im „mikroskopischen“ Bereich auf (z.B. eloxiertes Aluminium).
Die Meßgeometrie eines Farbmeßgerätes legt fest, wie beleuchtet und wie das von der Probe reflektierte Licht erfaßt wird. Die Auswahl der Meßgeometrie legt fest, ob die gesamte Oberflächenreflexion inkl. Glanz erfaßt wird oder nicht.
 

Meßgeometrien
 0°/45°-Geometrie
 
Bei der 45°/0° bzw. der 0°/45° Meßgeometrie wird gerichtet beleuchtet und unter 45° zur Beleuchtungsrichtung gemessen. In der Regel sind die beiden Geometrien umkehrbar, liefern also gleiche Ergebnisse (Ausnahme: z.B. eloxiertes Aluminium). Um mögliche Struktur- und Richtungseinflüsse weitestmöglich auszuschließen, sollte zirkular beleuchtet bzw. gemessen werden.  Der Glanzanteil der Oberflächenreflexion wird nicht miterfaßt. Diese Meßgeometrien stimmen sehr gut mit der visuellen Beurteilung überein, wenn beim Abmustern die gleichen Winkelbedingungen realisiert sind.
Vereinfacht ausgedrückt kann man sagen, daß diese Geometrien das Probenäußere sehen und für die Qualitätskontrolle vorzuziehen sind.
 

Auswahl der Meßgeometrie
 
Die Auswahl der geeigneten Meßgeometrie hängt sowohl vom zu messenden Material als auch vom Hauptzweck der Messung ab. Die Meßgeometrie, die am besten für die Farbrezeptierung geeignet ist, muß nicht unbedingt die bestgeeignete für die Qualitätssicherung sein.
Aus Kostengründen wird man sich oft nur für eine Meßgeometrie entscheiden können, die für den Hauptzweck am besten geeignet erscheint, und daraus resultierende Nachteile in Kauf nehmen. Man sollte sich jedoch dieser Nachteile bewußt sein. Wer beispielsweise ein Kugelmeßgerät für die Farbrezeptierung verwendet, sollte wissen, daß mit dieser Meßgeometrie an hochglänzenden und/oder gekrümmten Oberflächen ermittelte Farbdifferenzen, häufig  nicht mit dem visuellen Urteil übereinstimmen.
In der nachfolgenden Tabelle wird angegeben, welche Meßgeometrien für welche Materialien am besten geeignet sind. Unterschieden wird ferner nach dem Zweck der Farbmessung, also Qualitätskontrolle oder Farbrezeptierung. Es handelt sich hierbei um pauschale Empfehlungen, die auf langjährigen Erfahrungen basieren. Bevor man ein Farbmeßgerät kauft, sollte man aber deren Anwenderbarkeit mit den zu messenden Materialien überprüfen.
 
Farbunterscheidungsschwellen


MacAdam ließ 25 Farben durch additive Mischung aus jeweils zwei Farben viele Male nachstellen, wobei die Leuchtdichte konstant gehalten wurde. Für jede Farbe hatte er verschiedene Filter zur Verfügung, die er immer wieder als Zweierkombination für die Farbmischungen benutzte. Auf diese Weise erhielt er sehr viele Mischergebnisse, zu denen er jeweils den mittleren Einstellfehler bzw. die Standardabweichung ermitteln konnte. Hieraus wiederum ermittelte er die Schwellenwerte für die gerade erkennbaren Farbunterschiede. Für jede der 25 vorgegebenen Farben ergaben diese Schwellenwerte Ellipsen um die Farborte. Variiert man auch die Leuchtdichte, so ergeben sich Ellipsoide.
In der Regel werden die MacAdam-Ellipsen zehnfach vergrößert in der Normfarbtafel dargestellt.
Die dreifache Standardabweichung der von MacAdam gefundenen Einstellfehler entsprechen jeweils den gerade erkennbaren Farbunterschieden. Plural!

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