Farbe reproduzieren

Fachdidaktikseminar SS 07

Christian Roithner

Farbe reproduzieren Wie mischt man Farbe?

Wie reproduziert man Farbe?

Wo wird dies in der Technik verwendet?

Kathodenstrahlröhre LCD Bildschirme Plasma Bildschirme Farbdrucker Scanner

Lichtfarben und Körperfarben

Farben, die wir wahrnehmen, weil eine Lichtquelle unterschiedliche Wellenlängenbereiche abstrahlt, nennt man Lichtfarben. Grundfarben sind hier die Idealfarben rot, grün und blau.

Körperfarben sind Farben, die entstehen wenn ein Gegenstand nur bestimmte Wellenlängenbereiche des aufstrahlenden Lichts reemitiert und die anderen absorbiert.

Farbe mischen Die physiologischen Grundfarben sind

abhängig vom speziellen Aufbau des menschlichen Auges.

Für andere Lebewesen gibt es andere Grundfarben.

Unterscheidung zwischen der Additiven und der Subtraktiven Farbsynthese

Additve Farbsynthese Ist ein optisches Modell, welches das

Mischverhalten von Lichtfarben beschreibt.

Der Farbeindruck wird aus mehreren Lichtquellen gewonnen

Es gibt keine Grundfarben mit denen man alle Farben mischen kann!

Additve Farbsynthese Jede Farbe kann als Grundfarbe

verwendet werden um andere Farben herzustellen

Mit einer Grundfarbe kann man nur diesen einen Farbeindruck mit verschiedener Helligkeit erzeugen.

Mit zwei Farben kann man alle Farben erzeugen, die dazwischen im Farbraum auf einer Strecke liegen.

Additive Farbsynthese Mit drei Farben (rot, grün, blau) kann

man jede Farbe innerhalb des Dreiecks (Farbebene) erzeugen

Die Additive Farbsynthesearbeitet daher mit derDreifarbentheorie vonYoung und Helmholtz

RGB Farbraum

Subtraktive Farbsynthese

ist ein optisches Modell, das das Verhalten von Körperfarben bei der Mischung von Farbpigmenten beschreibt.

Damit ein Objekt als farbig wahrgenommen werden kann, muss es alle Farbanteile außer der Eigenfarbe absorbieren.

Subtraktive Farbsynthese

Aus systemtheoretischer Sicht ist die subtraktive Farbsynthese eine Hintereinanderschaltung von Filtern.

Bedingt durch dieRezeptorenarten unseresSehsinns, findet mandrei Filterfarben: Gelb,Zyanblau, und Magentarot

Newtonsche Farbkreis

Die im Spektrum des weißen Lichtes bzw. im Regenbogen auftretenden Farben wurden zuerst von Newton in einem Farbkreis zusammengefasst. Später wurden der Kreis erweitert.

Newtonsche Farbkreis In dem erweiterten Farbkreis befinden sich

sowohl die Grundfarben für die additive Farbmischung (Rot - Grün - Blau) als auch die Grundfarben für die subtraktive Farbmischung (Cyan - Yellow - Magenta).

Im Farbkreis gegenüberliegende Farben sind Komplementärfarben (z.B. Rot - Grün). Die beiden Komplementärfarben ergeben bei additiver Farbmischung Weiß.

Jede Farbe des Farbkreises lässt sich durch Additive Mischung aus den beiden Nachbarfarben gewinnen (z.B. Magenta aus Violett und Rot)

Wie reproduziert man Farben?

Verschiede Farbsysteme: HSV RGB CMYK CIELab XYZ XyY YUV YIQ Folcotone TruMatch Pantone HKS

Malerei

Textilbranche

Designer

HSV-System Farbe wird mittels Farbton

(Hue), Sättigung (Saturation) und der Helligkeit (Value, Intensity, Lightness Brightness) definiert

Es wird häufig von Künstlern dem RGB- oder CMYK-System vorgezogen, da es der humanen Art Farben wahrzunehmen näherkommt und damit eine Mischung der angepeilten Farbe erleichtert.

CMYK-System CMYK steht für Cyan,

Magenta, Yellow und Key

Es ist ein subtraktives Farbmodell, welches die technische Grundlage für den modernen Vierfarbendruck bildet.

Vereinfacht kann es als komplementär zum RGB-Farbmodell verstanden werden.

CIELab-System CIELab beinhaltet

alle Farben die vom menschlichen Auge wahrgenommen werden kann.

Lab steht für L=Helligkeit (Luminace), a= Rot-Grün-Informationb= Blau-Gelb-Information

Pantone-System Das Pantone-System war ursprünglich ein

Farbangleichsystem das auf subtraktiver Farbmischung basiert und für Modedesigner gedacht

Heute handelt es sich um ein erweitertes System, das Gebrauchsfarben eine einheitliche Bezeichnung/Kennung/Nummerierung und eine einheitliche Mischung in den verschiedenen Farbräumen gewährleistet

Technische Anwendungen

Kathodenstrahlröhre

LCD Bildschirme

Plasma Bildschirme

Farbdrucker

Kathodenstrahlröhre

Die Kathodenstrahlröhre wurde 1897 von Karl Ferdinand Braun entwickelt.

Kenjiro Taayanagi erfand 1926 den ersten Schwarzweiß-Fernseher

Kathodenstrahlröhre besteht aus einem evakuierten Glaskolben mit einer Glühkathode

Der Glaskolben ist außen mit einer dünnen Graphitschicht überzogen um den Rest des Gerätes vor Ladungsausgleichsvorgängen zu schützen

Herstellung von Farbbildern

1.Glühkathoden2.Elektronenstrahlen3.Bündelungsspulen4.Ablenkspulen5.Anodenanschluss6.Lochmaske7.Fluoreszenzschicht mit roten,

grünen und blauen Subpixeln8.Nahansicht der Fluoreszenzschicht

Farbfernseher Auf der Bildschirminnenseite wird der

Leuchtstoff aufgebracht.

Beim Farbfernseher sind dies senkrecht angeordnete nebeneinander liegende rot, grün und blau fluoreszierende Leuchtstoffstreifen

Farbfernseher

Durch die magnetischen Ablenkfelder kann ein beliebiger Punkt angesteuert werden

Die Maske sorgt dafür, dass je einer der Elektronenstrahlen immer nur „seine“ Farbe trifft.

LCD Bildschirme Ein LCD Bildschirm ist ein Display, bei

denen spezielle Flüssigkristalle, die die Polarisationsrichtung von Licht beeinflussen können, verwendet werden.

Die Bildschirme bestehen aus Pixeln, in denen die Orientierung der Flüssigkristalle mit einem elektrischen Feld gesteuert wird.

DSTN-LCD Zelle Weißes Licht fällt auf den hinteren

Polarisator und wird linear polarisiert.

Licht gelangt in die aktive STN-Zelle, die ohne Feld nur zirkular polarisiertes Licht erzeugt

Der Weg durch die passive Zelle führt zur Kompensation der Farbaufspaltung. Als Ergebnis liegt linear polarisiertes Licht vor

Der vordere Polarisator ist um 90° Grad verdreht und lässt daher kein Licht durch

Funktion einer DSTN-Zelle Liegt an der aktiven Zelle ein elektrisches

Feld an, dann bleibt das Licht linear polarisiert.

Beim Durchgang der passive Zelle entsteht zirkular polarisiertes Licht.

Der zweite Polarisator filtert nun nur eine Feldebene heraus.

Farbdarstellung Die Farben bei LCDs werden durch

unterschiedliche Spannungen an den Zellen hergestellt.

Durch die Spannung wird der Flüssigkristall in eine entsprechende dicke Schicht ausgerichtet, welche eine bestimmte Wellenlänge absorbiert und damit eine bestimmte Farbe anzeigt

Vorteile gegenüber der Kathodenstrahlröhre

+Geringerer Stromverbrauch+Strahlungsarmut (keine

Röntgenstrahlung und wenig Manetfelder)

- Nicht so guter Kontrast- Pixelfehler möglich- Herstellung relativ teuer

Verwendung von LCD Displays

Fernseher Notebooks, Laptops, Taschenrechner Digitaluhren Mobiltelefone

Plasma Plasma ist ionisiertes Gas, das neben

neutralen Teilchen auch freie Ionen, angeregte Atome und Elektronen enthält.

Plasmen senden aufgrund spontaner Emission angeregter Atome Licht und UV-Strahlung aus

Plasmabildschirme Ein Plasmabildschirm ist ein Farbbildschirm,

der das verschiedenfarbige Licht durch Leuchtstoffe erzeugt, die durch Gasentladungen erzeugtes Plasma angeregt werden.

UV-Strahlung wird durch Niederdruckplasma genutzt

UV-Strahlung regt Edelgase zur Emission von sichtbarem Licht an

Aufbau der Plasmazelle

Aufbau der Plasmazelle Gasgemisch in den Kammern wird über

eine Datenelektrode gezündet

UV-Licht bringt die Phosphorschichten innerhalb der angesteuerten Kammern zum Leuchten

Je 3 Kammern (rot, grün, blau) ergeben ein Pixel

Farbdrucker & Scanner Tintenstrahldrucker

Laserdrucker

Scanner

Tintenstrahldrucker – Bubble-Jet Methode

Tintenpatronen bestehen (bei den meisten Produkten) aus Düsen.

An einer Düse befindet sich ein elektrischer Widerstand, den man durch einschalten erhitzt

Dampfblase schleudert die Tinte Richtung Öffnung

Wird der Widerstand ausgeschaltet, fällt die Dampfblase in sich zusammen

Tinte wird von beiden Richtungen nach „gesaugt“.

Tinte ist auch gleichzeitig Kühlflüssigkeit für den elektrischen Widerstand

Tintenstrahldrucker empfangen und drucken nur Zeilenweise

Laserdrucker Aufbau

Funktion des Laserdruckers

Der Drucker lädt die Bildtrommel negativ auf Trifft auf die geladene Trommel Licht so wird

sie an dieser Stelle neutralisiert Das Licht zur Neutralisierung wird von einer

oder mehreren LEDs erzeugt. Der Toner ist entweder negativ (bzw. positive )

geladen -> daher bleibt er nur an den neutralisierten Stellen haften (oder an den nicht belichteten Stellen).

Das Papier selbst wird je nach Verfahren am Ende positiv bzw. negativ geladen. Der Toner wird somit richtig von der Walze weggezogen.

Die Tinte liegt lose auf dem Papier und wird nun noch für kurze Zeit auf 200 Grad erhitzt.

Farblaserdruck Im Prinzip gleich wie der Schwarz-Weiß-

Laserdruck, wird aber mit vier Tonerbehälter für die drei Grundfarbe und Schwarz ausgestattet.

Die Bildtrommel wird pro Farbdruck viermal belichtet und das Papier läuft viermal an der Bildtrommel vorbei ->subtraktive Farbmischung

Richtige Tintenstrahldrucker

Rasterdruck Die zu bedruckende Fläche

wird in Punkte aufgeteilt

Variation von Helligkeit und Farbeindruck erfolgt über die Größe der Punkte oder über die Anzahl der Punkte

Farbkalibrierung Bildschirme und Scanner arbeiten nach

dem RGB-System, Drucker aber nach dem CMYK-System -> Farben werden nicht gleich dargestellt

Wie stimmt man die Farben die auf dem Bildschirm erscheinen mit den Farben des Druckers ab?

Mittels teurem Abstimmprogramm Gewünschte Farbe ausdrucken (Tinten-,

Laserdrucker) und dann wieder einscannen

Scannen Datenerfassungsgerät, welches ein Objekt auf eine

systematische regelmäßige Weise abtastet oder vermisst

• Aufsichtsvorlage wird zeilenweise angestrahlt und die reflektierten Helligkeitswerte von winzigen Sensoren gelesen

• empfangene Lichteindrücke in elektrische Impulse umgesetzt und einem digitalen Wert zugeordnet (digitalisiert)

• Auflösungskapazität in dpi angegeben• je mehr dots pro Inch (dpi) oder auch Pixel pro Inch

(ppi) ein Scanner lesen kann, desto feiner und höher ist seine Auflösungskapazität

• vor Verbreitung der Digitalfotografie war das Scannen praktisch der einzige Weg eine Fotografie in digitale Form zu bringen