Praktikum Sensitometrie Farbwiedergabe eines Scanners

Praktikum Sensitometrie
Farbwiedergabe eines Scanners
Name:
Matr.: Nr.:
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Datum:
Prof. Dr. C. Blendl
Stand: 02.12.2002
1
Aufgabenstellung
In diesem Versuch sollen die Farbabweichungen eines Scanners ermittelt werden.
Zunächst scannt man mit Photoshop eine Transmissionsvorlage und notiert sich die Farbwerte
einiger vorgegebener Farbflächen.
Anschließend mißt man mit Hilfe eines Photometers das Spektrum derselben Flächen, gewichtet
dieses mit den Normspektralwertkurven des 2°-Normalbeobachters und erhält damit ebenfalls
die Farbwerte.
Nun kann man die Ergebnisse durch Farbabstandsberechnungen und graphischer Darstellung der
Farbörter in der a*-b*-Ebene des La*b*-Farbraumes miteinander vergleichen.
1.1 Arbeitsmittel
-
Scanner Linotype-Hell Saphir
PC mit Windows NT 4.0 Betriebssystem
Adobe Photoshop
Kodak Q-60 Transmissionskarte (nach ANSI IT8.7/1)
„Photometer“- PC für Spetralmessungen mit MS-DOS (Windows 3.11)
Spektrometer Zeiss MMS1 und Lampenkasten auf optischer Bank montiert
Netzgerät STATRON 32V/16A
Auswertung mit MS Excel
Datei „v13_farb.xls“ für die Auswertung der Farbmessung
2
Scannen der Kodak-Farbkarte
2.1 Einscannvorgang
Folgende Schritte sind zu durchlaufen:
1.
bedingt durch das Betriebssystem muß sichergestellt werden, daß der Scanner vor Start
des Rechners eingeschaltet wird
2.
die Vorlage im Bereich der vorderen Begrenzung (im linken Drittel) der Scanfläche
plazieren
3.
PC einschalten und einloggen:
Benutzername und Paßwort: „blendl“
„mdl Mitteilung“
4.
der Scan wird mit Adobe Photoshop durchgeführt
5.
unter Datei- Importieren- Twain_32_Quelle wählen... und dort kontrollieren, daß der
richtige Scanner (color factory) ausgewählt ist. Dieses Fenster mit Abbrechen schließen
(sonst wartet man unter Umständen sehr, sehr lange und das ist nur nötig wenn color
factory nicht vorgewählt ist). Danach unter Datei- Importieren-Twain_32 wählen
6.
warten bis das Fenster Linotype CPS Color Factory Pro geöffnet wird
7.
Dort folgende Einstellungen vornehmen:
Modus:
Echtfarben (RGB)
Qualität:
Sehr gut
Original:
Durchsicht
USM (schärfen):
Aus
Auflösung: 200 dpi
Entkörnen:
Aus
Entrastern:
Aus
Format:
A5
keine Manipulation
8.
Prescan anklicken (2. Icon von links)
9.
gewünschten Ausschnitt durch Ziehen des Rahmens mit der Maus anpassen (dieses
Fenster nicht schließen) – evtl. Vorlage im Scanner neu plazieren
2
10.
11.
12.
Finescan (mittleres Icon) anklicken
einen weiteren Scan durchführen (ab 7.) diesmal im Modus: Echtfarben (CMYK)
Fenster Linotype CPS Color Factory Pro durch Klick auf Beenden schließen
2.2 Bestimmung der eingescannten Farbwerte
Schritte:
1.
unter Bild – Modus den Punkt Lab-Farbe anklicken
2.
Anzeige der Farbwerte mit Extras – Informationen einblenden
3.
Aus der Werkzeugpalette die Pipette wählen, die rechte
Maustaste klicken und 5x5 Pixel Durchschnitt anwählen
4.
die Darstellung der Scans über die Lupenfunktion günstig wählen
5.
mit der Pipette nacheinander auf die Farbflächen Rot, Grün, Blau, Gelb,
Magenta, Cyan und Weiß (d.h. beliebiges Graufeld) beider Scans gehen und
jeweils die angezeigten a- und b-Farbwerte notieren
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Farbmessung mit dem Spektrometer
3.1 Inbetriebnahme des Spektrometers
(Aufbau auf Rollwagen)
Schritte:
1.
Lampe in Black-Box an das Netzgerät STATRON anschließen:
Spannung auf 0V drehen, Netzgerät einschalten, die Strombegrenzung auf
10A einstellen (Kippschalter Check I dabei drücken), Lampenkabel einstecken
(Polarität egal), Spannung auf genau 12V hochdrehen.
2.
PC einschalten – beim Hochfahren die Option MS-DOS wählen – warten bis
die Windows 3.11 – Oberfläche erscheint
3.
Excel im Fenster Microsoft Office starten und die Datei
c:\zeissv24\v13_farb.xls öffnen
4.
mit Alt + Tab zurück zum Programm-Manager und im Fenster Zeiss Spektral die
Anwendung MMS starten, danach die Esc-Taste drücken
5.
allgemeines: Bewegung innerhalb der Menu-Struktur mit den 4 Pfeiltasten, Funktionen
mit Return anwählen
6.
Voreinstellungen:
Unter Parameter folgende Einstellungen vornehmen:
a)
Set Int. Time: am Anfang ca. 80 (ms) eingeben
(evtl. bei jeder Messung anpassen – so daß der Maximalwert bei jeder Messung zwischen 3000-3500 Counts liegt)
b)
Set Lambda: angezeigter Wellenlängenbereich auf
380...800 (nm) einstellen
c)
Set Average: auf 1 setzen (schnelle Messung)
Die restlichen Parameter-Einstellungen müssen zunächst nicht beachtet werden.
7.
8.
Dunkelstrom messen: schwarze Kappe auf Sensor setzen und im Menü
Measure die Funktion EL_Dark wählen; danach im Menü Parameter den Punkt
Set Dark (dient nur der Bildschirmdarstellung)
Weißabgleich durchführen: Kappe des LWL entfernen und direkt
die Lichtquelle messen: im Menü Measure die Funktion White
und danach unter Parameter den Punkt Set White 100% wählen
(dient ebenfalls nur der Bildschirmdarstellung)
3
3.2 Spektrometermessungen durchführen
Schritte:
1.
die Kodak-Farbkarte aus der Klarsichthülle nehmen und auf der Rückseite der
Kartonschutztasche mittels Büroklammern (!Vorsicht wegen Verkratzungsgefahr!)so
befestigen, daß das gewünschte Farbfeld über dem kleinen Fenster liegt
2.
die Kartonschutztasche um 90° aufklappen, ihre Vorderseite so auf den Lampenkasten
legen und beschweren, daß die Farbfläche im Fenster den Lichtwellenleiter gerade
berührt
3.
unter Graphic den Punkt AD (Lambda) aufrufen und die Messung durch Drücken der
Taste m starten
4.
Rechts oben wird die Peak Intensity angezeigt – wie bereits erwähnt sollte der Wert
zwischen 3000 und 3500 liegen, ansonsten muß mit Parameter – Set Int.Time die Zeit
angepasst und die Messung nochmals wiederholt werden (verlassen der Grafik über Esc)
5.
durch Drücken der Taste s kann die Bildschirmanzeige skaliert werden
6.
nach Durchführung einer Messung gelangt man mit Esc wieder ins Hauptmenü und kann
dort die Werte über Save abspeichern: keinen Namen vergeben – nur Return drücken
und die Abfrage nach dem Überschreiben mit y bestätigen
Bevor die Messungen der anderen Farbflächen erfolgen, zunächst die Theorie der Farbmessung.
4
Theorie
Da der Vergleich der eingescannten mit den berechneten Farbwerten in der a*-b*-Ebene des
La*b*-Farbraumes erfolgen soll, zunächst einmal der prinzipielle Weg zur Berechnung der
Werte:
Unter Berücksichtigung der Eigenempfindlichkeit des MMS1 kann man aus dem Spektrum und
den bekannten Normspektralwertfunktionen (x(λ),y(λ),z(λ)) des 2°-Normalbeobachters
(tabelliert) die Normfarbwerte X,Y und Z berechnen. Durch eine weitere Transformation erhält
man die Farbwerte im La*b*-Farbraum.
Das Spektrometer liefert 256 spektrale Meßwerte von 300nm bis 1140nm (dies entspricht einer
Schrittweite von ungefähr 3,3nm).
Die Werte müssen korrigiert werden, da das MMS1 eine λ-abhängige Eigen-empfindlichkeit
besitzt: es seien
L(λ) Lampenspektrum
S(λ) Eigenempfindlichkeit des MMS1 (S(λ) ist bekannt, aus der Referenz-messung
einer Lampe mit bekannter spektraler Verteilung)
F(λ) Die gemessene Farbfläche (Filter) besitzt ebenfalls eine Trans-missionskurve die
mit F(λ) bezeichnet werden soll.
Die Meßwerte im Spektrometer in Abhängigkeit von λ ergeben sich also zu:
M(λ)=L(λ)*S(λ)*F(λ)
(1)
Vergleicht man dies mit den Formeln zur Berechnung der Normfarbwerte (Summation über alle
λ):
X = k ∑ [L(λ)*F(λ)*x(λ)]
(2)
Y = k ∑ [L(λ)*F(λ)*x(λ)]
(3)
Z = k ∑ [L(λ)*F(λ)*x(λ)]
(4)
wobei für k gilt:
k = (100)/( L(λ)*y(λ))
(5)
(also F(λ)=1 dies entspricht der Weißmessung. d.h. ohne Farbfläche)
4
Löst man (1) nach [L(λ)*F(λ)] auf und setzt das Ergebnis in (2)-(5) ein, so erkennt man, daß
X,Y und Z folgendermaßen berechnet werden können:
X = k ∑ [(M(λ)/S(λ))*x(λ)]
(6)
Y = k ∑ [(M(λ)/S(λ))*y(λ)]
(7)
Z = k ∑ [(M(λ)/S(λ))*z(λ)]
(8)
mit
k = (100)/( [(MWeiss(λ)/S(λ))*y(λ))
(9)
Die Transformation der Normfarbwerte in die a*-b*-Ebene
erfolgt nach den Gleichungen:
a* = 500*[(X/XWeiss)1/3-(Y/YWeiss)1/3]
b* = 200*[(Y/YWeiss)1/3-(Z/ZWeiss)1/3]
Ein Maß für die Farbabweichung zwischen Scan-Farbfläche und Photometer-Messung ist der
Farbabstand:
∆E = [(∆a*)2+(∆a*)2]1/2
5
Farbwertberechnung aus den Spektrometermeßwerten
Die Vorgehensweise bei der Meßwertaufnahme und Auswertung der Daten ist nun die folgende:
Schritte:
1.
die erste Messung (entsprechend Abschnitt 3) ohne Transmissionskarte durchführen und
abspeichern (-> Weiß-Referenz)
2.
mit Alt + Tab zu Excel wechseln, dort die Datei messdat.dat im Verzeichnis
c:\zeissv24\v2.4\ öffnen und durch Bestätigen aller Fensterabfragen mit Weiter und
schließlich Ende die Daten in ein neues Excel-Blatt einfügen
3.
die Probe-Daten (Zeile 2 bis Zeile 257) markieren und kopieren und über Fenster zur
Datei „v13_farb.xls“ wechseln, dort das Feld G3 markieren und die Daten in diese Spalte
der Farbflächen-Meßwerte einfügen
4.
die Excel-Datei mit den eingelesenen Meßwerten schließen (sonst bricht die
Spektrometeranwendung bei der nächsten Messung ab)
5.
nun erscheint in Zelle I262 der berechnete k-Faktor; diesen Wert kopieren und in Zelle
I263 einfügen (rechte Maustaste: Inhalte einfügen... – Wert einfügen), d.h. nicht als
Zellbezug einfügen
6.
auf dieselbe Weise die Werte XWeiss, YWeiss, ZWeiss aus den Zellen I265 bis K265 in die
Zellen I266 bis K266 übernehmen
7.
als Ergebnis erhält man in den Zellen I276 und I277 die Farbwerte a* und b* (in diesem
Fall für Weiß = 0)
8.
diese Werte in die Tabelle (Zeilen 284 – 292) unter Phot a* und Phot b* eintragen
9.
in die ersten vier Spalten können vorab alle Scan-Farbwerte zu den ver-schiedenen
Farbflächen R,G,B,C,M,Y,K und Weiss für den RGB- bzw. den CMYK-Scan
eingetragen werden
10.
nun mit Alt + Tab zur Spektrometer-Software wechseln und die Messung der nächsten
Farbfläche durchführen
11.
für alle anderen Farben ab Punkt 2. genauso verfahren (Punkt 5. , 6. dabei natürlich
auslassen)
5
Anmerk.: die Farbe Rot muß zweimal eingetragen werden, um später in der graphischen
Darstellung einen geschlossenen Farbenzug zu bekommen
Die Ergebnisse findet man einerseits in Form des Farbabstandes ∆E in der letzten Spalte der
Tabelle und andererseits als Farbörter in der a*-b*-Ebene unter der Register-Karte Lab-Raum.
12.
das Ebenendiagramm und die Ergebnistabelle ausdrucken
6
Diskussion der Ergebnisse
1.
2.
Welchen Farben entsprechen die Achsen +a*, +b*, -a* und –b* in der a*-b*-Ebene?
Vergleichen Sie die Farbabweichungen der beiden Scans von den Spektrometerfarbwerten und den jeweiligen Farbumfang.