CIE-ΔE*-Gleichungen (Farbunterschied)

Oben abgebildet ist ein kombiniertes Hand-Spektralphotometer und Densitometer, das SpectroDens 4. Der Zweck der Verwendung von DeltaE (ΔE) besteht darin, den Abstand zwischen zwei Farben zu beschreiben. Die Just Noticeable Difference (JND) von DeltaE beträgt in der Regel 1. Mit anderen Worten: Wenn zwei Farben ein DeltaE von weniger als 1 aufweisen, ist der Unterschied nicht wahrnehmbar; ist er größer als 1, ist er wahrnehmbar. Leider ist die visuelle Wahrnehmung von Farben aufgrund der menschlichen Farbwahrnehmung (unserer Augen) unterschiedlich. Im Allgemeinen reagieren unsere Augen empfindlicher auf Änderungen der Chroma als auf Änderungen der Helligkeit. Das bedeutet, dass derselbe DeltaE-Wert zwischen zwei Gelbtönen und zwei Grüntönen für unsere Augen sehr wahrscheinlich unterschiedlich aussieht. Vor diesem Hintergrund wurden im Laufe der Jahre neuere DeltaE-Gleichungen entwickelt. Nachfolgend finden Sie eine Liste von vier wichtigen Formeln, denen man im Bereich der Farbreproduktion begegnen kann.

    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 aus 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 MusterfarbeΔEab wurde durch andere Formeln abgelöst, die unten erläutert werden, liefert jedoch weiterhin nützliche Informationen über den linearen Abstand zwischen zwei Farben.
    1. ΔECMC (auch bekannt als dECMC, 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.
      dECMC-Gleichung aus http://www.brucelindbloom.com/index.html?ColorDifferenceCalc.htmlDiese 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, unterschiedliche Gewichtungen für die Faktoren Helligkeit (l) und Chroma (c) festzulegen. 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 gegenüber der für Chroma verdoppelt wird. 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.
    1. ΔE94 (auch bekannt als dE94)>
      1995 überarbeitete die CIE die Formel durch die Einführung von ΔE94, 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 aus http://www.brucelindbloom.com/index.html?ColorDifferenceCalc.htmlDie ΔE94 -Formel stellt zwei Koeffizienten bereit, k und S, die größtenteils auf Toleranzdaten von RIT/Dupont aus der Forschung zu Automobillacken basieren. Die k-Koeffizienten sind als parametrische Faktoren bekannt und beziehen sich auf Einflüsse wie die Beurteilung von Farbunterschieden. Die S-Koeffizienten berücksichtigen die mangelnde visuelle Gleichmäßigkeit von CIEL*a*b* (Billmeyer, 2000). Meistens werden diese beiden Koeffiziententypen vom Softwareentwickler vorab ausgewählt – je nachdem, ob die Anwender aus der Textil- oder der grafischen Industrie stammen. Aufgrund der Einschränkung von ΔE94 , nämlich der mangelnden Genauigkeit im blau-violetten Bereich des Farbraums, wurde schließlich ΔE2000 (Habekost, 2013). veröffentlicht.
  1. 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 noch ein älteres ISO-Whitepaper oder eine IDEAlliance-G7-Spezifikation, die weiterhin ΔEab als dominierende 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.

    dECMC-Gleichung aus http://www.brucelindbloom.com/index.html?ColorDifferenceCalc.html

Es ist offensichtlich, dass ΔE2000 deutlich komplexer ist als ΔEab. Zusammengefasst führte ΔE2000 Gewichtungsfunktionen ein: SL, SC, SH, RT und a’ (Neutral) als positionsabhängige Korrekturen für die mangelnde Gleichmäßigkeit von CIELAB, sowie parametrische Faktoren: KL, KC und KH als Korrekturen, die den Einfluss experimenteller Betrachtungsbedingungen berücksichtigen (D65, 1000 lx, grauer Hintergrund mit L*=50 usw.).

Zahlreiche Studien zeigen, dass ΔE2000 anderen Farbdifferenzformeln 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 ΔE2000 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 alles andere als perfekt. Dennoch stellt die Formel derzeit 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 im 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 Farbdifferenzgleichung Sie verwenden: Eine gute Farbübereinstimmung ist das, was Ihr Kunde oder derjenige, der die Rechnung bezahlt, freigibt. Vor diesem Hintergrund möchte ich diesen Blog mit den fünf Regeln von Billmeyer (1970/1979) abschließen:

  1. Wählen Sie eine einzige Berechnungsmethode und verwenden Sie diese konsequent.
  2. Geben Sie immer genau an, wie die Berechnungen durchgeführt werden.
  3. Versuchen Sie niemals, zwischen zwei Farbunterschieden, die mit unterschiedlichen Gleichungen berechnet wurden, durch die Verwendung von Mittelungsfaktoren zu konvertieren.
  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.

Update vom 25.01.2022:

In den letzten Jahren haben immer mehr unserer Kunden nach der Möglichkeit gefragt, die Gewichtungsfunktionen der von ihnen verwendeten DeltaE-Gleichung zu ändern. Daher haben wir ein Firmware-Update für unser Handgerät SpectroDens 4 veröffentlicht, das diese neue Funktion nun bietet. Wie Bild 1 unten zeigt, kann der Anwender bei Bedarf jeden Gewichtungsfaktorwert anpassen. Bitte beachten Sie: Wenn Sie einen größeren Wert als die ursprünglichen Werkseinstellungen (im Bild) zuweisen, „verringern Sie die Empfindlichkeit“ dieses Attributs. Mit anderen Worten: Bei derselben DeltaE-Toleranz erlaubt ein größerer Gewichtungsfunktionswert mehr Abweichungen als ein kleinerer.

Hier sind die Standardkoeffizienten für jede DeltaE-Gleichung:

kLkCkH
ΔEabN/AN/AN/A
ΔECMC21N/A
ΔE94111
ΔE2000111

Hinweis: Von einer Änderung der Standardkoeffizienten ist abzuraten, sofern dies nicht in den Print Quality Requirements des Druckauftraggebers vorgegeben ist.


Bild 1. TECHKON SpectroDens DeltaE-Gleichungseinstellungen

Wir haben eine deutliche Tendenz festgestellt, dass immer mehr Anwender von ΔEab (ΔE76, dEab oder dE76) auf ΔE2000 (ΔE00, dE2000, CIEDE2000 oder dE00) umsteigen. Wenn Sie über einen Wechsel nachdenken oder einfach neugierig sind, die DeltaE-Werte aus verschiedenen Gleichungen zu sehen, haben wir eine kostenlose App als Hilfe. Sie können sie über den Link hier herunterladen und ausprobieren: DeltaE-Rechner herunterladen


Bild 2. TECHKON DeltaE-Gleichungsrechner

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Referenzen

Bruce Lindbloom, verschiedene Screenshots unterschiedlicher Farbdifferenzformeln, 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)

Billmeyer, S. (2000): „Principles of Color Technology“, 3. Aufl. New York: Wiley & Sons.

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