Ein einfacher Überblick über CIE-ΔE*-Gleichungen (Farbunterschied)

FOTO: Techkon SpectroDens 4 All-in-one-Farbdensitometer und Spektralphotometer.

Wenn Sie in der Farbbranche arbeiten – ob als Markeninhaber, Merchandise-Designer, Druckprofi, Mitarbeiter in der Farbenabteilung bei Home Depot oder Lowe’s oder einfach als kompletter Farb-Nerd wie ich, der Begriffe wie CIE CMC color mag –, werden Sie wahrscheinlich den Begriff „ΔE“ hören, ausgesprochen „Delta-E“. Da ich in der Farbbranche arbeite, verbringe ich die meiste Zeit damit, mit all den oben genannten Fachleuten zu sprechen. Wenig überraschend haben viele von ihnen ihre Karriere nicht in der Druck- oder Farbbranche begonnen. Umso wichtiger ist es, einige der wichtigsten Fachbegriffe nachzuholen.

Der Zweck von ΔE (dE) besteht darin, den Abstand zwischen zwei Farben zu beschreiben. Der gerade noch wahrnehmbare Unterschied (JND) bei dE liegt in der Regel bei 1. Mit anderen Worten: Wenn zwei Farben ein dE von weniger als 1 haben, ist der Unterschied nicht wahrnehmbar; ist er größer als 1, ist er wahrnehmbar. Leider ist die visuelle Wahrnehmung von Farben aufgrund der Natur der menschlichen Farbwahrnehmung (unserer Augen) nicht gleichmäßig. Im Allgemeinen reagieren unsere Augen empfindlicher auf Änderungen der Chroma als auf Änderungen der Helligkeit. Das bedeutet, dass derselbe dE zwischen zwei Gelbtönen und zwei Grüntönen für unsere Augen sehr wahrscheinlich unterschiedlich aussieht. Vor diesem Hintergrund wurden im Laufe der Jahre neuere dE-Gleichungen entwickelt. Nachfolgend finden Sie eine Liste von vier wichtigen Formeln, denen wir im Bereich der Farbreproduktion begegnen können.

1. ΔEab (auch bekannt als ΔE76, dEab oder dE76)
   CIEL*a*b* und ΔEab wurden 1976 von der International Commission on Illumination (CIE) eingeführt. Gegeben zwei Farben im CIEL*a*b*-Farbraum, (L₁, a₁, b₁) und (L₂, a₂, b₂), ist die ΔEab-Formel wie folgt definiert:
   dEab-Gleichung von http://www.brucelindbloom.com/index.html?ColorDifferenceCalc.html
   Wobei:
   L₁ – der CIE-L*-Wert der Referenzfarbe
   a₁ – der CIE-a*-Wert der Referenzfarbe
   b₁ – der CIE-b*-Wert der Referenzfarbe
   L₂ – der CIE-L*-Wert der Musterfarbe
   a₂ – der CIE-a*-Wert der Musterfarbe
   b₂ – der CIE-b*-Wert der Musterfarbe
   ΔEab wurde durch andere Formeln abgelöst, die unten erläutert werden, liefert jedoch weiterhin nützliche Informationen über den linearen Abstand zwischen zwei Farben.
2. ΔE_CMC (auch bekannt als dE_CMC, CMC l:c)
   Die CIE ist nicht die einzige Institution, die Gleichungen zur Farbdifferenzierung definiert hat. Das Colour Measurement Committee der Society of Dyers and Colourists (CMC) definierte 1984 eine neue Methode zur Farbdifferenzbestimmung, benannt nach dem Entwicklungskomitee: CMC l:c. dE_CMC-Gleichung von http://www.brucelindbloom.com/index.html?ColorDifferenceCalc.html
   Diese Gleichung berücksichtigt die Komplexität der menschlichen Farbempfindlichkeit/-wahrnehmung auf Basis der CIEL*C*h*-Notation von Farben. Es gibt einige Varianten der Formel, da sie es dem Anwender ermöglicht, der Helligkeit (l) und der Chroma (c) unterschiedliche Gewichtungen zuzuweisen. CMC l:c wurde auf Grundlage der visuellen Bewertung von Textilmustern und der Empfindlichkeitsstufen des menschlichen Sehens in Bezug auf Helligkeit (l) und Chroma (c) entwickelt. Das Standardverhältnis l:c beträgt 2:1, wodurch die Toleranz für Helligkeitsabweichungen doppelt so hoch ist wie die für Chroma. Ein weiteres gängiges Verhältnis ist 1:1. Bitte stimmen Sie mit Ihrem Lieferanten/Käufer ab, welches Verhältnis zu verwenden ist, wenn CMC l:c für Ihre Produktion ausgewählt wird. Unterschiedliche Verhältnisse führen zu unterschiedlich großen Toleranzellipsen – mit anderen Worten: zu einer unterschiedlichen Akzeptanz der Farbübereinstimmung.
3. ΔE₉₄ (auch bekannt als dE94)
   1995 überarbeitete die CIE die Formel und führte ΔE₉₄ ein, um die Nichtlinearität von Farben unter ΔEab zu adressieren. Wie die CMC-l:c-Methode verwendet auch ΔE₉₄ CIEL*C*h* zur Berechnung von Farbunterschieden.
   
   dE₉₄-Gleichung von http://www.brucelindbloom.com/index.html?ColorDifferenceCalc.html
   Die ΔE₉₄ -Formel stellt zwei Koeffizienten bereit, k und S, die größtenteils auf Toleranzdaten von RIT/Dupont aus der Forschung zu Automobillacken basieren. Meistens werden diese beiden Koeffiziententypen vom Softwareentwickler vorab ausgewählt – je nachdem, ob sich die Anwender eher in der Textil- oder in der grafischen Industrie befinden. Aufgrund der Einschränkung von ΔE₉₄ , nämlich der mangelnden Genauigkeit im blau-violetten Bereich des Farbraums, kam es schließlich zur Veröffentlichung von ΔE₂₀₀₀ (Martin, 2013)_.
4. ΔE₂₀₀₀ (auch bekannt als ΔE₀₀, dE2000, CIEDE2000 oder dE00)
   ΔE₂₀₀₀ wurde erstmals von CIE TC1-47 in CIE Publ.142 im Jahr 2001 vorgeschlagen und 2013 standardisiert. Möglicherweise finden Sie ein älteres ISO-Whitepaper oder eine IDEAlliance-G7-Spezifikation, die ΔEab weiterhin als dominante Farbunterschiedsformel verwendet – zusammen mit ΔE₂₀₀₀ nur zu Informationszwecken. Seit 2013 haben sowohl ISO als auch IDEAlliance ΔE₂₀₀₀ als neuen Industriestandard zur Berechnung von Farbunterschieden übernommen.
   
   dE_CMC-Gleichung von http://www.brucelindbloom.com/index.html?ColorDifferenceCalc.html

Es ist offensichtlich, dass ΔE₂₀₀₀ deutlich komplexer ist als ΔEab. Zusammengefasst führte ΔE ₂₀₀₀ Gewichtungsfunktionen ein: S _L, S _C, S _H, R _T und a’ (Neutral) als positionsabhängige Korrekturen für die mangelnde Gleichmäßigkeit von CIELAB, sowie parametrische Faktoren: K _L, K _C und K _H als Korrekturen, die den Einfluss experimenteller Betrachtungsbedingungen berücksichtigen (D65, 1000 lx, grauer Hintergrund mit L*=50 usw.). Zahlreiche Studien zeigen, dass ΔE ₂₀₀₀ anderen Formeln zur Farbdifferenzierung überlegen ist: „Derzeit haben wir keinen Kandidaten-Farbraum (z. B. DIN99, CAM02, OSAGP usw.), der eine statistisch signifikante Verbesserung gegenüber CIEDE2000 bietet.“ (CIE TC 1-55, 2016) „Aus den in den verschiedenen Jahren durchgeführten Experimenten wird deutlich, dass ΔE ₂₀₀₀ besser damit übereinstimmt, wie menschliche Beobachter kleine Farbunterschiede wahrnehmen.“ (Martin, 2013) „Die CIEDE2000-Formel ist möglicherweise nicht das letzte Wort in Bezug auf eine Farbdifferenzformel für kleine Farbunterschiede in der Industrie. Die experimentellen Daten, auf denen die Formel basiert, sind bei weitem nicht perfekt. Zum jetzigen Zeitpunkt stellt die Formel jedoch das Beste dar, was erreicht werden kann. Unserer Ansicht nach ist CIEDE2000 zeitgemäß, weil derzeit zwei unterschiedliche Formeln (CMC und CIE94) weit verbreitet sind. Das ist eindeutig unbefriedigend. Die neue Formel bietet gegenüber beiden deutliche Verbesserungen.“ (M. R. Luo, G. Cui und B. Rigg, 2002)

Fazit

Auch wenn ΔE₂₀₀₀ nicht die endgültige Antwort auf die beste Farbunterschiedsgleichung für den Farbbereich sein wird, ist es mit Abstand die beste und am weitesten verbreitete Formel in der grafischen Industrie – gestützt durch ISO und IDEAlliance. Unabhängig davon, welche Gleichung zur Farbdifferenzierung Sie verwenden: Eine gute Farbübereinstimmung ist das, was Ihr Kunde oder derjenige, der die Rechnung bezahlt, freigibt! Lassen Sie mich diesen Blog daher mit den fünf Regeln von Billmeyer (1970/1979) abschließen:

1. Wählen Sie eine einzige Berechnungsmethode und verwenden Sie sie konsequent.
2. Geben Sie immer genau an, wie die Berechnungen durchgeführt werden.
3. Versuchen Sie niemals, zwischen zwei Farbunterschieden zu konvertieren, die mit unterschiedlichen Gleichungen berechnet wurden, indem Sie Mittelungsfaktoren verwenden.
4. Verwenden Sie berechnete Farbunterschiede nur als erste Näherung zur Festlegung von Toleranzen, bis sie durch visuelle Beurteilungen bestätigt werden können – mit anderen Worten: Überprüfen Sie jede Berechnung visuell.
5. Denken Sie immer daran, dass niemand Farben aufgrund von Zahlen akzeptiert oder ablehnt – entscheidend ist, wie es aussieht.

Als kleines Extra zum Abschluss des Blogs können Sie gerne den von uns entwickelten ΔE-Rechner herunterladen. Wenn Sie Fragen oder Kommentare haben, können Sie uns gerne unter service@techkon.datacolor.com kontaktieren.

Referenzen
Bruce Lindbloom, verschiedene Screenshots unterschiedlicher Formeln zur Farbdifferenzierung, April 2017 (http://www.brucelindbloom.com/index.html?ColorDifferenceCalc.html)
CIE TC 1-55 Committee, Recommended Method For Evaluating The Performance of Colour-Difference Formulae, CIE217:2016 (http://www.cie.co.at/publications/recommended-method-evaluating-performance-colour-difference-formulae)
Martin Habekost, Which color differencing equation should be used, International Circular of Graphic Education and Research, Nr. 6, 2013 (https://www.hdm-stuttgart.de/international_circle/circular/issues/13_01/ICJ_06_2013_02_069.pdf)