DE10121984A1 - Verfahren und Vorrichtung zur visuell optimierten Darstellung von Farbbildern auf Bildschirmen und/oder deren Vergleich mit Originalen oder gedruckten Bildern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur visuell optimierten Darstellung von Farbbildern auf Bildschirmen und/oder deren Vergleich mit Originalen oder gedruckten Bildern, bestehend aus folgenden Schritten: DOLLAR A Auflegen eines Objektes auf eine Auflagefläche einer Trag-Vorrichtung und Bestimmen des multispektralen Bildes der Auflagefläche; DOLLAR A Eingrenzen der Auflagefläche mittels einer weißen Umrandung und Bestimmen des spaktralen Reflexionsgrades der Umrandung; DOLLAR A Erzeugen einer den Farbwerten des multispektralen Bildes der Auflagefläche entsprechenden farbigen Fläche auf der Bildfläche eines Bildschirmes; DOLLAR A Eingrenzen der farbigen Fläche der Bildfläche des Bildschirmes mittels einer weißen Umrandung, deren spektraler Reflexionsgrad dem gemessenen spektralen Reflexionsgrad der Umrandung der Auflagefläche entspricht; DOLLAR A Beleuchten des Umfeldes des Bildschirmes sowie des Objektes mit einer definierten stabilen Lichtquelle unter einer definierten Geometrie, die vorzugsweise im wesentlichen gleich der bei der Digitalisierung benutzten Geometrie ist; DOLLAR A Ermitteln des farbmetrischen Verhaltens des Bildschirmes und Übertragen des aus den Meßwerten errechneten Farbprofils an ein Farbmanagementsystem; DOLLAR A Berechnen eines geräteunabhängigen Dreikanal-Bildes im Normfarbraum XYZ aus dem spektralen Reflexionsgrad der Pixel, der spektralen Strahlungsverteilung der Lichtquelle sowie den spektralen Empfindlichkeitskurven des menschlichen Auges zur Darstellung eines Multispektralbildes des ...

Description

Sogenannte "Soft-Proof"-Systeme, wie sie im grafischen Gewerbe verwendet werden, sollen Farbbilder am Bildschirm originalgetreu darstellen, so dass eine Vorausschau eines später zu druckenden Bildes farbverbindlich ermöglicht wird. Der Soft-Proof hat insofern eine große Bedeutung, als er hilft Zeit und Kosten in erheblichem Umfang zu sparen, da dar Druck typischerweise auf einer Offset- oder Tiefdruckmaschine erfolgt. Hierbei wird ein erheblicher Aufwand in die Vor­ bereitung des Druckens gesteckt, wie z. B. Belichten der Filme, Ätzen der Druckwalze, Gravur des Druckzylinders, etc., und wenn die Maschine den Druckbetrieb aufnimmt, werden zunächst viele Meter Papier und viel Druckfarbe verbraucht bevor ein stabiles Druckergebnis erreicht wird. Ein Anhalten des Druckvorgangs ist im Allgemeinen nicht mehr möglich.

Ein Proof (= Prüf-Druck oder Prüf-Bildschirm-Darstellung) hat also die Aufgabe, das spätere Druckergebnis möglichst farbverbindlich vorherzusagen. Zu diesem Zweck wurden spezielle Proof-Druckverfahren entwickelt, die die Eigenschaften beispielsweise eines Offsetdruckprozesses möglichst gut simulieren sollen. Die­ se Proof-Drucker erreichen oft nicht den gewünschten Grad an Verbindlichkeit und besitzen zudem den Nachteil, im Vergleich mit einem Softproof deutlich langsamer zu sein.

Der Softproof besitzt den Nachteil, dass das verwendete Medium ein anderes ist als beim späteren Druck. Bedrucktes Papier wird üblicherweise unter sehr heller Umgebung betrachtet während ein Bildschirm in einer Umgebung mit gedämpf­ tem Licht steht. Die marktüblichen Verfahren zur farbmetrischen Kalibrierung ei­ nes Bildschirms gehen sogar davon aus, dass der Bildschirm sich in einem dunklen Raum befindet, da das Farbmessgerät direkt auf die Mattscheibe gesetzt wird und kein Umgebungslicht berücksichtigt. Es ist aber bekannt, dass der Mensch Farben deutlich unterschiedlich wahrnimmt, je nach Helligkeit und Far­ be(n) dar Umgebung. Weiterhin steht ein Bildschirm senkrecht während ein Auf­ sichtsbild normalerweise flach liegt. Somit wird deutlich, dass ein-und-dasselbe Farbbild auf einem Bildschirm wesentlich anders aussehen kann als auf einem Druck. Hinzu kommt noch der nicht unwesentliche psychologische Effekt, dass man von einem Bildschirm weiß, dass er ein Selbstleuchter ist. Beim Softproof ist es also generell schwierig, eine gute Übereinstimmung mit einem späteren Druc­ kargebnis zu erzielen. Zwar wird in der Praxis der Softproof verwendet, aber be­ kanntermaßen mit geringer Farbverbindlichkeit.

Das für die Druckvorhersage in der grafischen Industrie gesagte gilt gleicherma­ ßen für die generelle Darstellung eines Bildes auf verschiedenen Medien, insbe­ sondere beim "Electronic Commerce" und allen verwandten Anwendungen.

Während in der Praxis schon bei der Bildaufnahme prinzipielle Fehler gemacht werden, die nur durch die Multispektraltechnik vermieden werden können (siehe Patente DE 41 19 489, 101 02 612.9/101 02 607,2), herrschen bei dar Darstellung am Bildschirm die gleichen Probleme vor wie beim Softproof. Gerade beim elek­ tronischen Handel kommt dem Medium Bildschirm eine gesteigerte Bedeutung zu, da es das einzige "schnelle" Madium ist. Farbbilder können innerhalb von Sekunden über globale Entfernungen transportiert und unmittelbar auf einem entfernten Bildschirm dargestellt werden. Damit kann die Kommunikation inner­ halb von international verteilten Firmen oder zwischen verschiedenen Firmen (Hersteller und dessen Kunden bzw. Lieferanten) erheblich verkürzt und verbes­ sert werden, beispielsweise indem ein Telefongespräch ergänzt wird durch eine Internetverbindung, wobei beide Gesprächspartner jeweils einen kalibrierten Bildschirm besitzen müssen.

Ein oft begangener Fehler ist die gleichzeitige Betrachtung eines Originals un­ mittelbar neben oder vor dessen digitaler Darstellung am Bildschirm. Hierbei herrschen unkontrollierbare Betrachtungsbedingungen vor, so dass eine Über­ einstimmung nicht erzielt werden kann.

Die Erfindung verfolgt den Zweck, ein hohes Maß an Farbverbindlichkeit am Bildschirm zu erzielen ("Softproof") und darüber hinaus wahlweise den direkten Vergleich mit dem Original unter standardisierten Betrachtungsbedingungen zu ermöglichen. Sie dient der farbgetreuen Darstellung von Multispektralbildern so­ wie von herkömmlichen Dreikanalbildern.

Damit wird die Bedeutung des Bildschirms über seine Funktion als "Vorschauge­ rät" für einen späteren Druck hinaus gesteigert, indem er als "Hauptmedium" be­ trachtet wird, auf dem die beste Darstellungsqualität möglich ist. Ein Druck auf Papier erhält sekundäre Bedeutung, da die Stabilität und farbmetrische Kalibrier­ barkeit von Druckprozessen schlechter als beim Bildschirm ist.

Indem bei allen Kommunikationspartnern gleichwertige Betrachtungsvorrichtun­ gen vorhanden sind, ist sichergestellt, dass die Farbdarstellung überall die glei­ che Verbindlichkeit besitzt. Hierdurch wird der Aufbau eines schnellen und farbverbindlichen Kommunikationsnetzes ermöglicht.

Folgende Punkte sind wesentlich für eine farbverbindliche Darstellung am Bildschirm und den direkten Vergleich mit Originellen oder Drucken:

• 1. Der Bildschirm wurde farbmetrisch kalibriert
• 2. Jegliches, nicht definiertes Umgebungslicht wird eliminiert
• 3. Die Originale müssen mit einer definierten, stabilen Lichtquelle unter einer de­ finierten Geometrie (möglichst identisch zur Geometrie der Aufnahme des am Bildschirm betrachteten Bildes) betrachtet werden.
• 4. Dia Umgebungsbedingungen von Bildschirm und Original sollen möglichst ähnlich sein und sollten denselben Neigungswinkel besitzen. Zum direkten Ver­ gleich sollten beide in unmittelbarer Nähe zueinander in eine neutralgraue Fläche eingebettet sein.
• 5. Die Betrachtungseinrichtung für Originale muss einen definierten Hintergrund besitzen, dessen genaue Farbe und Struktur am Bildschirm ebenfalls wiederge­ geben werden.
• 6. Zur psycho-visuellen Entkopplung des Farbensehens von der Umgebung be­ sitzt die Betrachtungseinrichtung für Originale einen mit möglichst neutralem Weiß versehenen Rahmen. Dessen spektraler Reflexionsgrad wurde gemessen, so dass am Bildschirm ein gleichaussehender Rahmen dargestellt wird. Wesent­ lich hierbei ist, dass nicht etwa die Farbwerte des Bildschirm-Weißes, sondern des gemessenen Weißes angezeigt werden. Der Bildschirm besitzt nämlich eine angenähert konstante Helligkeit über die Fläche während die beleuchtete Origi­ nalhaltevorrichtung sowie die Umgebung des Bildschirms einen Helligkeitsverlauf aufweist. Das menschliche Auge nimmt solche Verläufe jedoch kaum wahr, le­ diglich Grenzen zu Flächen anderer Helligkeit treten deutlich in Erscheinung. Da die Umgebung des Bildschirms im unteren Bereich dunkler als im oberen ist, wirkt der Bildschirm unten heller als oben. Durch den weißen Rand kann dieser Effekt weitgehend eliminiert werden.
• 7. Die Umgebung des Bildschirms, nicht jedoch der Bildschirm selbst, wird mit dem gleichen Licht, mit einer an die Leuchtdichte des Bildschirms angepassten Intensität, beleuchtet. Die Beleuchtung kann von vorne ("Auflicht") oder hinten ("Durchlicht") erfolgen, wobei in letzerem Fall die Umgebung des Bildschirms als streuende Mattscheibe ausgeführt ist.
• 8. Zur möglichst realistischen Darstellung auch von feinen Details wie Faden­ strukturen soll der Bildschirm auf höchstmögliche Auflösung (z. B. 110 ppi = Pixel pro Zoll anstelle der üblichen 72-75 ppi) eingestellt sein. Damit kann auch der psychologische "Durchleuchteffekt" des Bildschirms verringert werden.

Ausführungsbeispiel

Als Bildschirm wird ein handelsüblicher, farbmetrisch stabiler Computermonitor verwendet (Röhrenbildschirm oder andere Technologien wie LCD- oder Laser­ display etc.).

Dessen Mattscheibe wird in eine mit aselektivem Grau versehene Fläche einge­ bettet.

Zum direkten Vergleich mit Originalen wie Gemälden, Stoffmustern, Garnwickel etc. oder Papierdrucken befindet sich in der gleichen Ebene neben oder oberhalb oder unterhalb des Bildschirms eine Vorrichtung zur Aufnahme der Originale oder Drucke.

Die Beleuchtungs- und Betrachtungs-Geometrie von Lichtquelle, Objekt und Auge des menschlichen Betrachters ist angeglichen an typische Betrachtungssi­ tuationen sowie an die Geometrie der Aufnahme eines Bildes.

Diese Vorrichtung kann eine oder mehrere Lichtquellen enthalten, typischerwei­ se Tageslichtsimulatoren (z. B. D50 oder D65), Glühlampenlicht (Normlicht A) sowie "Kaufhauslicht" (TL-84) etc.

Ein Beispiel einer Realisierung ist in Fig. 1 gezeigt. Hier sind Mattscheibe des Bildschirms und Vorrichtung zur Aufnahme der Originale um ca. 15-30° gegen die Senkrechte geneigt.

Der Bildschirm wird im eingebauten Zustand farbmetrisch kalibriert, indem nach marktüblichen Verfahren eine Reihe von repräsentativen Testfarben nacheinan­ der am Bildschirm dargestellt und diese jeweils mit einem Farbmessgerät ge­ messen werden. Die hierbei gewonnenen Informationen über das farbmetrische Verhalten des Bildschirms werden in einem sog. Farbprofil abgelegt, das später vom Farbmanagementsystem zur Farbkorrektur verwendet wird.

Die Vorrichtung zur Aufnahme der Originale besitzt einen Hintergrund mit einer definierten Farbe, vorzugsweise neutral grau, außerdem wird dieser von einem weißen Rand umfasst.

Der Hintergrund besteht aus einem rauhen, textilähnlichen Material, das Stoffs und rauhe Objekte ohne weitere Fixierung in der Position hält. Zusätzlich ist die Trägerplatte aus Eisenblech, so dass dünne Objekte mittels Magneten fixiert werden können. Weitere Haltevorrichtungen sind denkbar.

Die gesamte Anordnung kann ergänzt werden durch eine Vorrichtung zur Ab­ schirmung von Fremdlicht (z. B. Vorhang). Hierdurch kann die Apparatur in be­ liebigen Umgebungen mit ansonsten unkontrollierten Lichtverhältnissen verwendet werden. Weiterhin kann innerhalb der Apparatur der Bildschirm vom Licht des Originalmusterbetrachters abgeschirmt werden, sofern eine dunklere Umgebung des Bildschirms gewünscht ist.

Auf dem Bildschirm wird mittels Softwareprogramm ein Bild des Hintergrundes des daneben befindlichen Originalmusterbetrachters einschließlich des weißen Rahmens dargestellt. Hierdurch wird eine deutliche Angleichung des Bildschirms an das Original erzielt.

Wesentlich für die Vermeidung des "Selbstleuchtereffekts" ist, dass die Umge­ bung eine gewisse Grundhelligkeit enthält. Hierzu kann der Bildschirm samt sei­ ner Umgebung ggf. durch eine weitere Lichtquelle gleicher Art mit typischerweise geringer Helligkeit von vorne oder, falls die Umgebung des Bildschirms transpa­ rent streuend ausgeführt ist, von hinten beleuchtet werden. Durch die Helligkeit der Umgebung kann das Aussehen des Bildschirmbildes ("heller" oder "dunkler") beeinflusst werden.

Der "Selbstleuchtereffekt" wird außerdem durch die begrenzte Ortsauflösung des Bildschirms (typischerweise 72 ppi = "Pixel pro Zoll") beeinflusst, so dass feine Strukturen nicht wiedergegeben werden können. Moderne Bildschirme erlauben hier jedoch Auflösungen bis zu 110 ppi oder darüber, die auch möglichst ausge­ nutzt werden sollten.

Die Erfindung kann sowohl in Verbindung mit dem Originalmusterbetrachter als auch ohne diesen eingesetzt werden. Entscheidend ist die Einbettung in eine homogene Fläche sowie die softwareseitige Darstellung eines realen Hinter­ grundbildes und des weißen Randes.

Zur Darstellung eines Multispektralbildes wird aus dem spektralen Reflexions­ grad jedes Pixels, der spektralen Strahlungsverteilung einer Lichtquelle sowie den spektralen Empfindlichkeitskurven des menschlichen Auges ("Normbeob­ achter") gemäß DIN 5033 "Farbmessung" ein geräteunabhängiges Dreikanal-Bild im Normfarbraum XYZ berechnet.

Nach demselben Verfahren wird ein spektrales Hintergrundbild, das dem Hinter­ grund der nebenstehenden Vorrichtung zur Aufnahme von Originalen entspricht, in ein XYZ-Bild umgerechnet.

Im Gegensatz zu üblichen Farbmanagementsystemen müssen diese Farbwerte XYZ von Vorder- und Hintergrundbild "absolut farbmetrisch" am Bildschirm dar­ gestellt werden und nicht relativ zum Medienweißpunkt. Über das Bildschirm- Farbprofil erfolgt eine Umrechnung von XYZ- in bildschirmspezifische RGB- Daten so, dass am Bildschirm die vorgegebenen Normfarbwertanteils xy mess­ bar sind.

Da der Bildschirm nur einen begrenzten Farbumfang besitzt, existieren im Allgemeinen nicht darstellbare Farben. Eine Abbildung der nicht darstellbaren Farben auf die Grenze des darstellbaren Farbbereichs ("Clipping") führt generell zu Strukturverlust und damit zu störenden Artefakten. Aus diesem Grund wird von der strengen, farbmetrischen Reproduktion abgegangen, und es werden sämtliche Farbwerts des Bildes nach einem psycho-visuell optimierten Verfahren modifiziert, so dass alle Farbwerte am Bildschirm darstellbar werden und der Ge­ samteindruck des Bildes dem des Originals entspricht.

Auf Wunsch kann sich der Benutzer anzeigen lassen, welche Farben ursprüng­ lich nicht dargestellt werden konnten.

Wesentlich für die Ersatzfarbensuche ist der Farbraum, in dem die Bildmodifika­ tion mit Ersatzfarbenbildung (= "Gamut Mapping") erfolgt. Das Gamut Mapping erfolgt in einem an die menschliche Farbwahrnehmung angepassten Farbraum wie CIELAB (DIN 5033), CIECAM etc., wobei als Referenzweiß nicht wie üblich ein Medienweiß oder die Farbwerte eines mit Tageslicht D50 beleuchteten ideal diffusen Reflektors, sondern das Weiß das mit der Lichtart des Bildes beleuch­ teten ideal diffusen Reflektors (= Bildweiß) verwendet wird.

Zusätzlich erfolgt eine Skalierung der XYZ-Werte derart, dass das Bildweiß gerade in den darstellbaren Farbbereich fällt.

Zum Vergleich des digital dargestellten Bildes mit dem Original muss dort diesel­ be Lichtart eingeschaltet werden wie sie spektral mit den Bilddaten verrechnet wurde.

Die Darstellung eines Dreikanalbildes folgt dem gleichen Schema wie die eines Multispektralbildes. Es wird ebenfalls zusammen mit dem Multispektralbild des Originalbetrachter-Hintergrundes angezeigt.

Sofern die spektrale Strahlungsdichte der Lichtart des Dreikanalbildes bekannt ist, wird sie als mit dem Hintergrundbild zu verrechnende Lichtart verwendet.

Ist die Lichtart dem Dreikanalbildes unbekannt, so wird als Weißpunkt der Me­ dienweißpunkt des Bildschirms angenommen und als spektrale Lichtart für den Hintergrund eine dem Medienweißpunkt ähnlichste verwendet. Zusätzlich erfolgt eine Umnormierung der XYZ-Farbwerte des Hintergrundbildes auf die Lichtart des Vordergrund-Dreikanalbildes.

Soll das Dreikanalbild mit einer Aufsichtvorlage (Original oder Druck etc.) vergli­ chen werden, erfolgt eine Umnormierung der XYZ-Farbwerte von Vorder- und Hintergrundbild auf den Weißpunkt der die Aufsichtvorlage beleuchtende Lichtart.

Ein mit dem beschriebenen Verfahren und der beschriebenen Vorrichtung zur Darstellung gebrachtes Multispektral- oder Dreikanalbild führt unabhängig von Ort und Zeit zur gleichen Qualität der Farbdarstellung, wodurch ein farbverbindli­ ches Bild-Kommunikationssystem ermöglicht wird. Dies steht im Gegensatz zu marktüblichen Verfahren, die nur auf einer farbmetrischen Kalibrierung von Bild­ schirmen und Druckern beruhen.

Claims (2)

1. Verfahren zur visuell optimierten Darstellung von Farbbildern auf Bild­ schirmen und/oder deren Vergleich mit Originalen oder gedruckten Bildern, bestehend aus folgenden Schritten:
Auflegen eines Objektes auf eine Auflagefläche einer Trag-Vorrichtung und Bestimmen des multispektralen Bildes der Auflagefläche;
Eingrenzen der Auflagefläche mittels einer weißen Umrandung und Bestimmen des spektralen Reflexionsgrades der Umrandung;
Erzeugen einer den Farbwerten des multispektralen Bildes der Auflage­ fläche entsprechenden farbigen Fläche auf der Bildfläche eines Bild­ schirmes;
Eingrenzen der farbigen Fläche der Bildfläche des Bildschirmes mittels einer weißen Umrandung, deren spektraler Reflexionsgrad dem gemes­ senen spektralen Reflexionsgrad der Umrandung der Auflagefläche ent­ spricht;
Beleuchten des Umfeldes des Bildschirmes sowie des Objektes mit einer definierten stabilen Lichtquelle unter einer definierten Geometrie, die vorzugsweise im wesentlichen gleich der bei der Digitalisierung benutzten Geometrie ist;
Ermitteln des farbmetrischen Verhaltens des Bildschirmes, und Übertra­ gen des aus den Meßwerten errechneten Farbprofils an ein Farbmana­ gementsystem;
Berechnen eines geräteunabhängigen Dreikanal-Bildes im Normfarb­ raum XYZ aus dem spektralen Reflexionsgrad der Pixel, der spektralen Strahlungsverteilung der Lichtquelle sowie den spektralen Empfindlich­ keitskurven des menschlichen Auges zur Darstellung eines Multispek­ tralbildes des Objektes;
Analoges Umrechnen des multispektralen Bildes der Auflagefläche der Trag-Vorrichtung sowie des spektralen Reflexionsgrades des Rahmens in ein XYZ Bild;
Darstellen der Farbwerte XYZ von Vorder- und Hintergrundbild (Objekt und Auflagefläche der Trag-Vorrichtung) sowie des jeweiligen Rahmens in farbmetrisch absoluten Werten;
Umrechnen der XYZ Farbwerte über das Bildschirm-Farbprofil in bild­ schirmspezifische RGB-Daten um am Bildschirm die vorgegebenen Normfarbwertanteile xy messbar zu machen.

2. Vorrichtung zur visuell optimierten Darstellung von Farbbildern auf Bildschirmen und/oder deren Vergleich mit Originalen oder gedruckten Bildern
aufweisend
eine Datenverarbeitungseinrichtung mit einem Datenspeicher und einem Datenverarbeitungsprogramm;
eine Aufnahme-Vorrichtung mit einer Auflagefläche für das Objekt, deren Hintergrund eine definierte Farbe, vorzugsweise neutral grau, aufweist und von einem weißen Rahmen umrandet ist,
einen Bildschirm mit einer vorzugsweise in der Ebene der Auflagefläche der Aufnahme-Vorrichtung angeordneten Bildfläche, die in eine, vorzugsweise mit einem aselektiven Grau versehene, Fläche eingebettet und von einem dem gemessenen spektralen Reflexionsgrad des Rahmens der Auflagefläche entsprechenden weißen Rahmen umrandet ist;
eine Beleuchtungseinrichtung mit einer definierten stabilen Lichtquelle zum Beleuchten des Objektes unter einer definierten Geometrie, die vorzugsweise im wesentlichen gleich zur bei der Digitalisierung benutzten Geometrie ist, sowie zum Beleuchten des Umfeldes des Bildschirmes;
ein Softwareprogramm zur Darstellung des Hintergrundes sowie des weißen Rahmens der Aufnahme-Vorrichtung auf den Bildschirm;
ein Farbmessgerät zur Ermittlung des farbmetrischen Verhaltens des Bildschirmes, dessen aus den Meßwerten errechnetes Farbprofil an ein Farbmanagementsystem übertragbar ist.