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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 der Druck typischerweise auf einer Offset- oder Tiefdruckmaschine erfolgt. Hierbei wird ein erheblicher Aufwand in die Vorbereitung 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.
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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. Diese Proof-Drucker erreichen oft nicht den gewünschten Grad an Verbindlichkeit und besitzen zudem den Nachteil, im Vergleich mit einem Softproof deutlich langsamer zu sein.
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Der Softproof besitzt den Nachteil, dass des 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 gedämpftem Licht steht. Die marktüblichen Verfahren zur farbmetrischen Kalibrierung eines Bildschirms gehen sogar davon aus, dass der Bildschirm sich in einem dunklen Raum befindet, da des 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 Farbe(n) der Umgebung. Weiterhin steht ein Bildschirm senkrecht während ein Aufsichtsbild 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 Druckergebnis zu erzielen, zwar wird In der Praxis der Softproof verwendet, aber bekanntermaßen mit geringer Farbverbindlichkeit.
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Des für die Druckvorhersage in der grafischen Industrie gesagte gilt gleichermaßen für die generelle Darstellung eines Bildes auf verschiedenen Medien, insbesondere 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
DE 41 19 489 C2 ,
DE 101 02 612 A1 ,
DE 101 02 607 A1 ), herrschen bei der Darstellung am Bildschirm die gleichen Problems vor wie beim Softproof. Gerade beim elektronischen Handel kommt dem Medium Bildschirm eine gesteigerte Bedeutung zu, da es das einzige ”schnelle” Medium ist. Farbbilder können innerhalb von Sekunden über globale Entfernungen transportiert und unmittelbar auf einem entfernten Bildschirm dargestellt werden. Damit kann die Kommunikation innerhalb von international verteilten Firmen oder zwischen verschiedenen Firmen (Hersteller und dessen Kunden bzw. Lieferanten) erheblich verkürzt und verbessert werden, beispielsweise indem ein Telefongespräch ergänzt wird durch eine Internetverbindung, wobei beide Gesprächspartner jeweils einen kalibrierten Bildschirm besitzen müssen.
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Ein oft begangener Fehler ist die gleichzeitige Betrachtung eines Originals unmittelbar neben oder vor dessen digitaler Darstellung am Bildschirm. Hierbei herrschen unkontrollierbare Betrachtungsbedingungen vor, so dass eins Übereinstimmung nicht erzielt werden kann.
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Auf die folgenden, im Prüfungsverfahren ermittelten Druckschriften wird verwiesen:
WO 95/17 071 A1 , diese Druckschrift weist zwar eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Bildschirmes sowie ein Farbmessgerät auf, wobei auf dem Bildschirm ein gedrucktes Bild dargestellt wird; dabei wird aber keine Beziehung zu ”einem Normbetrachter und
damit zur Farbmetrik hergestellt, so daß nicht von einer ”farbmetrischen Kalibrierung” gesprochen werden kann. Die Einrichtung liefert lediglich für unterschiedliche Monitorfarben unterschiedliche RGB-Werte.
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Die Abfolge der Bildschirmanpassung im Flußdiagramm gemäß der dort gezeigten 16 weist folgende wesentliche Punkte auf:
- a) Auswahl eines bestimmten Druckprozesses;
- b) manuelle Anpassung eines Monitors an diesen Druckprozess, wobei als Referenzfarben lediglich Weiß, ein mittleres Grau und Schwarz verwendet werden;
- c) der so eingestellte Monitor wird als Standard definiert, und mit dem genannten Farbmessgerät werden digitale Referenzwerte für die drei Referenzfarben ermittelt;
- d) auf weiteren Monitoren kann nun näherungsweise der gleiche Zustand erreicht werden, indem man dort das Messgerät aufsetzt und manuell die Monitoreinstellungen so justiert, daß unter den drei Referenzfarben die gleichen Zahlenwerte wie beim Standard-Monitor angezeigt werden;
- e) basierend auf diesen Grundeinstellungen erfolgt anschließend noch eine manuelle/visuelle Feinabstimmung der bildanzeigenden Software.
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Es wird hier also eine Anpassung an nur 3 Punkten (Farben) ausgeführt und welche sehr ungenau ist. Eine echte Kalibrie- rung findet nicht statt. Es erfolgt lediglich eine Anpassung eines Monitors an einen bestimmten Druckprozess mit bestimmten Druckfarben, bestimmten Tinten und bestimmten Rasterverfahren. Schon beim Wechsel des Papiers muß die gesamte Prozedur neu erfolgen. Weiterhin werden Vorlage und Bildschirm unter unterschiedlichen Voraussetzungen betrachtet, so daß optische Einflüsse, die zur Verfälschung des Wahrnehmungsergebnisses führen, nicht erkannt und nicht eliminiert werden.
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Außerdem ist dieser Schrift keine Aussage bezüglich der Beleuchten von Objekt und Umfeld des Bildschirmes mittels einer definierten stabilen Lichtquelle und unter einer gleicher Geometrie zu entnehmen.
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EP 1079605 A2 : In dieser Druckschrift wird zwar ein Verfahren beschrieben, bei dem Farben für Druckerzeugnisse an einem Bildschirm ”farbtreu” bearbeitet werden sollen, wobei eine herkömmliche RGB-Kamera zur farblichen Vermessung eines Displays dient und zudem ein Umgebungslichtsensor eingesetzt wird, dessen Funktion auch durch die Kamera wahrgenommen werden kann, jedoch werden keinerlei Aspekte offenbart, die in irgend einer Weise auf eine visuell optimierte Darstellung hinweisen.
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DE 197 12 434 C2 : Diese Druckschrift beschreibt ein Verfahren zum Weißabgleich eines Video-Signals, jedoch kein Verfahren zur Bildschirmkalibrierung. Hierbei wird erreicht, dass unabhängig von der Art der Beleuchtung bei der Aufnahme eines weißen Objektes ein Videosignal erzeugt wird, das bei der Darstellung auf einem Bildschirm zu einer ”weißen” Darstellung führt. Die Art des ”Weißes” auf dem Bildschirm bezüglich Farbtemperatur, Farbort und Heiligkeit ist jedoch nicht definiert. Es ist zwar die Rede davon, daß ”in der Bildverarbeitungsvorrichtung das Kalibrieren erfolgt” (Spalte 5, Z. 63), damit ist aber nicht die Kalibrierung des Bildschirmes, sondern die Korrektur des Videosignals gemeint. Der Einsatz eines anderen Bildschirmes würde die Wiederholung der gesamten Prozedur erforderlich machen. Das Besondere des Verfahrens liegt darin, daß durch eine zusätzliche Korrektureinheit die Art der verwendeten Lichtart durch Vergleich mit abgespeicherten Werten erraten und hieraus eine gewisse Korrektur des Videosignals erfolgt. Da der Bildschirm nicht kalibriert ist, ist keine gute Farbgenauigkeit zu erwarten. Merkmale einer visuell optimierten Darstellung sind hier nicht erkennbar.
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US 5 296 947 A : Diese Druckschrift beschreibt ein Verfahren zum Softproof, wobei davon ausgegangen wird, daß das Druckergebnis eines bestimmten Druckprozesses auf einem bestimmten Monitor simuliert werden soll. Das Verfahren beruht darauf, zunächst für 8 Grundfarben (CMYKRGBW) manuell oder per Colorimeter eine Anpassung des Bildschirmes durchzuführen und dann für jedes eine Berechnung der Farbmischung der einander benachbarten und sich überlappenden Pixel durchzuführen. Mit diesem Verfahren ist nur eine sehr schlechte Genauigkeit zu erwarten. Die Anpassung wird hinfällig, sobald nur eine der Komponenten Monitor, Papier, Tinte, Rasterverfahren, Temperatur, Luftfeuchtigkeit etc. geändert wird. Das gesamte Verfahren muß dann wiederholt werden. Auch hier sind demnach keine Merkmale einer visuell optimierten Darstellung erkennbar.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren zur farbverbindlichen Darstellung an einem Bildschirm und direktem Vergleich mit Objekten in einer Betrachtungseinrichtung auf einer Auflagefläche und eine verbesserte Vorrichtung zur farbverbindlichen Darstellung von Objekten auf Bildschirmen und zum Vergleich mit aufgelegten Objekten zu finden.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
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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 sowie von herkömmlichen Dreikanalbildern.
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Damit wird die Bedeutung des Bildschirms über seine Funktion als „Vorschaugerät” für einen späteren Druck hinaus gesteigert, indem er als „Hauptmedium” betrachtet wird, auf dem die beste Darstellungsqualität möglich ist. Ein Druck auf Papier erhält sekundäre Bedeutung, da die Stabilität und farbmetrische Kalibrierbarkeit von Druckprozessen schlechter als beim Bildschirm ist.
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Indem bei allen Kommunikationspartnern gleichwertige Betrachtungsvorrichtungen vorhanden sind, ist sichergestellt, dass die Farbdarstellung überall die gleiche Verbindlichkeit besitzt. Hierdurch wird der Aufbau eines schnellen und farbverbindlichen Kommunikationsnetzes ermöglicht.
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Folgende Punkte sind wessentlich für eine farbverbindliche Darstellung am Bildschirm und den direkten Vergleich mit Originalen 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 definierten Geometrie (möglichst identisch zur Geometrie der Aufnahme des am Bildschirm betrachteten Bildes) betrachtet werden.
- 4. Die Umgebungsbedingungen von Bildschirm und Original sollen möglichst ähnlich sein und sollten denselben Neigungswinkel besitzen. Zum direkten Vergleich 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 wiedergegeben werden.
- 6. Zur psycho-visuellen Entkopplung des Farbensehens von der Umgebung besitzt 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. Wesentlich 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 Originalhaltevorrichtung sowie die Umgebung des Bildschirms einen Helligkeitsverlauf aufweist. Das menschliche Auge nimmt solche Verläufe jedoch kaum wahr, lediglich 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 Fadenstrukturen 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.
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Ausführungsbeispiel
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Als Bildschirm wird ein handelsüblicher, farbmetrisch stabiler Computermonitor verwendet (Röhrenbildschirm oder andere Technologien wie LCD- oder Laser-display etc.).
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Dessen Mattscheibe wird in eine mit aselektivem Grau versehene Fläche eingebettet.
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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.
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Die Beleuchtungs- und Betrachtungs-Geometrie von Lichtquelle, Objekt und Auge des menschlichen Betrachters ist angeglichen an typische Betrachtungssituationen sowie an die Geometrie der Aufnahme eines Bildes.
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Diese Vorrichtung kann eine oder mehrere Lichtquellen enthalten, typischerweise Tageslichtsimulatoren (z. B. D50 oder D65), Glühlampenlicht (Normlicht A) sowie ”Kaufhauslicht” (TL-84) etc.
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Ein Beispiel einer Realisierung ist in 1 gezeigt. Hier sind Mattscheibe des Bildschirms und Vorrichtung zur Aufnahme der Originals um ca. 15°–30° gegen die Senkrechte geneigt.
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Der Bildschirm wird im eingebauten Zustand farbmetrisch kalibriert, indem nach marktüblichen Verfahren eine Reihe von repräsentativen Testfarben nacheinander am Bildschirm dargestellt und diese jeweils mit einem Farbmessgerät gemessen 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.
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Die Vorrichtung zur Aufnahme der Originale besitzt einen Hintergrund mit einer definierten Farbe, vorzugsweise neutral grau, außerdem wird dieser von einem weißen Rand umfasst.
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Der Hintergrund besteht aus einem rauhen, textilähnlichen Material, des Stoffe 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.
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Die gesamte Anordnung kann ergänzt werden durch eine Vorrichtung zur Abschirmung von Fremdlicht (z. B. Vorhang). Hierdurch kann die Apparatur in beliebigen 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.
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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.
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Wesentlich für die Vermeidung des ”Selbstleuchtereffekte” ist, dass die Umgebung eine gewisse Grundhelligkeit enthält. Hierzu kann der Bildschirm samt seiner Umgebung ggf. durch eine weitere Lichtquelle gleicher Art mit typischerweise geringer Helligkeit von vorne oder, falls die Umgebung des Bildschirms transparent streuend ausgeführt ist, von hinten beleuchtet werden. Durch die Heiligkeit der Umgebung kann dass Aussehen des Bildschirmbildes (”heller” oder ”dunkler”) beeinflusst werden.
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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 ausgenutzt werden sollten.
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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 Hintergrundbildes und des weißen Randes.
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Zur Darstellung eines Multispektralbildes wird aus dem spektralen Reflexionsgrad jedes Pixels, der spektralen Strahlungsverteilung einer Lichtquelle sowie den spektralen Empfindlichkeitskurven des menschlichen Auges (”Normbeobachter”) gemäß DIN 5033 ”Farbmessung” ein geräteunabhängiges Dreikanal-Bild im Normfarbraum XYZ berechnet.
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Nach demselben Verfahren wird ein spektrales Hintergrundbild, das dem Hintergrund der nebenstehenden Vorrichtung zur Aufnahme von Originalen entspricht, in ein XYZ-Bild umgerechnet.
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Im Gegensatz zu üblichen Farbmanagementsystemen müssen diese Farbwerte XYZ von Vorder- und Hintergrundbild ”absolut farbmetrisch” am Bildschirm dargestellt 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 Normfarbwertanteile xy messbar sind.
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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 Farbwerte des Bildes nach einem psycho-visuell optimierten Verfahren modifiziert, so dass alle Farbwerte am Bildschirm darstellbar werden und der Gesamteindruck des Bildes dem des Originals entspricht.
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Auf Wunsch kann sich der Benutzer anzeigen lesen, welche Farben ursprünglich nicht dargestellt werden konnten.
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Wesentlich für die Ersatzfarbensuche ist der Farbraum. In dem die Bildmodifikation mit Ersatzfarbenbildung (= ”Gamut Mapping”) erfolgt. Des 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 des Weiß des mit der Lichtart des Bildes beleuchteten ideal diffusen Reflektors (= Bildweiß) verwendet wird.
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Zusätzlich erfolgt eine Skalierung der XYZ-Werte derart, dass das Bildweiß gerade in den darstellbaren Farbbereich fällt.
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Zum Vergleich des digital dargestellten Bildes mit dem Original muss dort dieselbe Lichtart eingeschaltet werden wie sie spektral mit den Bilddaten verrechnet wurde.
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Die Darstellung eines Dreikanalbildes folgt dem gleichen Schema wie die eines Multispektralbildes. Es wird ebenfalls zusammen mit dem Multispektralbild des Originalbetrachter-Hintergrundes angezeigt.
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Sofern die spektrale Strahlungsdichte der Lichtart des Dreikanalbildes bekannt ist, wird sie als mit dem Hintergrundbild zu verrechnende Lichtart verwendet.
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Ist die Lichtart des Dreikanalbildes unbekannt, so wird als Weißpunkt der Medienweißpunkt 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.
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Soll das Dreikanalbild mit einer Aufsichtvorlage (Original oder Druck etc.) verglichen werden, erfolgt eine Umnormierung der XYZ-Farbwerte von Vorder- und Hintergrundbild auf den Weißpunkt der die Aufsichtvorlage beleuchtende Lichtart.
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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 farbverbindliches Bild-Kommunikationssystem ermöglicht wird. Dies steht im Gegensatz zu marktüblichen Verfahren, die nur auf einer farbmetrischen Kalibrierung von Bildschirmen und Druckern beruhen.
