Kleur & kwaliteit 4 Deel 4: Spectrale kleurmeting 4.1 Kleuren meten 4 4.2 Standaardkleurwaarden/Witwaarde 6 4.3 Standaardlichtsoorten 6 4.4 Gemiddelde waarnemer/spectrale gevoeligheidsfuncties 8 4.5 Beoordeling met spectrofotometer 10 4.6 Kleurafstandswaarde E 12 4.6.1 CIE-Lab 15 4.6.2 CIE-Luv 18 4.6.3 CIE-LCh 19 4.6.4 CMC 20 4.7 Munsell 22 4.8 Meting met drie kleurfilters 23 4.9 Spectrale kleurmeting 24 4.10 Meetprincipe van de spectrale kwaliteitscontrole Heidelberg CPC 21 26 4.11 Proefmeetstrips en kleurmeetstrips 27 4.11.1 Proefmeetstrips 27 4.11.2 Kleurmeetstrips 28 4.12 Kleurregeling met Heidelberg CPC 21 29 4.12.1 Spectrofotometrische grijsveldregeling 29 4.12.2 Spectrofotometrische volvlakregeling 31 4.12.3 Densitometrische volvlakregeling 33 4.13 Voordelen van spectrale kleurmeting in de offsetdruk 34 3
Zoals in hoofdstuk 1.4 Kleurensystemen van Deel 1 is aangegeven, zijn voor een duidelijke beschrijving van een kleur drie getalswaarden noodzakelijk. De spectrofotometrie beschrijft, hoe deze getallen worden vastgesteld en wat hun onderlinge relatie is. Voorwaarde is uiteraard dat de kleuren meetbaar zijn. Spectrale kleurmeting en spectrofotometrie kunnen dus niet los van elkaar worden gezien. 4.1 Kleur meten Voor het meten van kleuren worden fotometers met drie kleurfilters of spectrofotometers gebruikt. Deze fotometers worden in hoofdstuk 4.8 en 4.9 beschreven. Kleurmetingsapparatuur werkt volgens hetzelfde principe als de visuele kleurwaarneming via het menselijk oog (zie het schema op de pagina hiernaast). De te beoordelen kleur (proef) wordt door een lichtbron (straling) belicht. Een deel van het licht wordt door de proef geabsorbeerd, de rest wordt gereflecteerd. Het gereflecteerde licht wordt door onze ogen opgevangen, waar de voor rood, groen en blauw gevoelige kegeltjes (kleurreceptoren) worden geactiveerd. De kleurprikkels gaan via de gezichtszenuw naar onze hersenen, waar ze de bijbehorende kleurindruk teweegbrengen. Deze manier van kleuren zien wordt in de kleurmetingsapparatuur nagebootst. Bij het meten wordt licht op de gedrukte proef geprojecteerd. Het gereflecteerde licht wordt via glasvezeloptiek naar een sensor geleid, waar het voor elke kleur ontvangen licht wordt gemeten. De meetgegevens worden doorgegeven aan een computer, waar ze geëvalueerd worden met behulp van functies die 4
overeenkomen met de drie spectrale gevoeligheidsfuncties van het menselijk oog zoals die door de CIE genormaliseerd zijn. Dit levert de standaardkleurwaarden X, Y en Z op, die vervolgens worden omgerekend tot coördinaten van de CIEkleurendriehoek of een ander kleurensysteem (bijvoorbeeld CIE-Lab of CIE-Luv). Lichtbron Straling Menselijk oog Meetapparatuur Proef Spectrale reflectie Spectrale reflectie Oog Optiek met sensor Kegeltjes Genormaliseerde Blauw Groen Rood spectrale gevoeligheidsfuncties Kleurprikkels Standaardkleurwaarden Kleurwaarneming Kleurcoördinaten 5
4.2 Standaardkleurwaarden/Witwaarde Bij de kleurmeting geldt als voorwaarde voor het bepalen van de standaardkleurwaarden dat er onder genormaliseerde omstandigheden wordt gewerkt. De meeste daarvan zijn door de fabrikant van de apparatuur gedefinieerd of zodanig geïmplementeerd dat de gebruiker er zich niet mee bezig hoeft te houden. Er zijn echter drie omstandigheden die bij de kleurmeting meestal variabel zijn en daarom door de gebruiker moeten worden ingesteld: het referentiewit, de lichtsoort en de waarnemer. Normaal gesproken worden bij spectrale kleurmeting de meetwaarden gerelateerd aan absoluut wit. Het ijken gebeurt op de ijkstandaard van de meetapparatuur, die op zijn beurt weer geijkt is op een (theoretisch) absoluut wit. In tegenstelling tot de densitometrie wordt bij spectrale kleurmeting slechts in uitzonderingsgevallen aan het papierwit gerelateerd. 4.3 Standaardlichtsoorten Zonder licht zijn er geen kleuren. Dat betekent echter ook dat de lichtsoort mede bepalend is voor onze kleurindruk. De kleur van het licht is afhankelijk van de spectrale samenstelling ervan. Bij natuurlijk zonlicht wordt de spectrale samenstelling beïnvloed door het weer, het jaargetijde en de tijd van de dag. Fotografen en filmers moeten vaak lang wachten voordat de lichtomstandigheden aan hun verwachtingen beantwoorden. Bij kunstmatig lamplicht zijn er eveneens verschillen in de spectrale samenstelling. Sommige lampen geven roodachtig licht, terwijl andere meer groenachtig of blauwachtig licht geven.als de lichtomstandigheden veranderen, verandert de spectrale reflectie, waardoor ook de kleurindruk verandert. Daarom moeten standaardkleurwaarden aan een 6
3.0 S ( λ) 2.5 2.0 A 1.5 1.0 D 65 C 0.5 D 50 0.0 400 500 600 700 nm gestandaardiseerde lichtsoort worden gerelateerd. Bij de standaardisatie werd de spectrale energieverdeling (intensiteit) voor verschillende lichtsoorten in het gebied van 380-780 nanometer (in stappen van vijf nanometer) vastgelegd. In de afbeelding hierboven is de spectrale energieverdeling voor de standaardlichtsoorten A, C, D 50 en D 65 weergegeven. 2,0 1,5 S( λ) De standaardlichtsoorten C, D 50 en D 65 lijken op het gemiddelde daglicht en hebben in het blauwe gebied een hogere stralingsintensiteit. De afbeelding hiernaast laat de samenstelling van lichtsoort D 65 zien. Bij standaardlichtsoort A ligt de hoogste intensiteit in het rode gebied; daardoor D 65 1,0 0,5 maakt het een rode indruk (avondlicht en gloeilamplicht). 400 500 600 700 0,0 nm 7
4.4 Gemiddelde waarnemer/spectrale gevoeligheidsfuncties Ieder mens beschikt over drie spectrale gevoeligheidsfuncties voor het onderscheiden van de kleuren rood, groen en blauw. Bij personen met een normaal ontwikkelde kleurgevoeligheid zijn deze functies ongeveer gelijk. Daarom worden kleuren alleen in de grensgebieden verschillend geïnterpreteerd. Wat voor de een bijvoorbeeld nog blauwachtig groen is, wordt door de ander al waargenomen als groenachtig blauw. Voor de spectrale kleurmeting moest daarom iemand met een normaal ontwikkelde kleurgevoeligheid worden gedefinieerd, de zogenoemde gemiddelde waarnemer. Daarvoor werd in 1931 een omvangrijke testserie met een groot aantal personen met een normaal ontwikkelde kleurgevoeligheid uitgevoerd. Daarvan werden de drie spectrale gevoeligheidsfuncties x, y en z afgeleid, die door de CIE nauwkeurig zijn gedefinieerd en in nationale en internationale normen als DIN 5033 en ISO/CD 12 647 zijn vastgelegd. 2,0 x ( ) λ 2,0 y ( λ) 1,5 1,5 1,0 1,0 0,5 0,5 0,0 400 500 600 700 nm 0,0 400 500 600 700 nm 8
Er werd steeds een gezichtsveld van twee graden onderzocht. Onder gezichtsveld wordt in het kader van de kleurmetingsnormen de gezichtshoek verstaan waaronder een kleurvlak gezien wordt (zie afbeelding). Als bijvoorbeeld een vlak met een diameter van drie en een halve centimeter vanaf een afstand van een meter wordt bekeken, neemt dit vlak precies een gezichtshoek van twee graden in. In 1964 werd dezelfde testserie herhaald voor een gezichtshoek van tien graden. De resultaten hiervan werden eveneens genormaliseerd. Zo ontstond de gemiddelde waarnemer 10. 1 m 2,0 z ( λ) 1,5 1,0 0,5 0,0 400 500 600 700 nm 2 = ^ 3,5 cm 10 ^= 17,5 cm 9
4.5 Beoordeling met spectrofotometer De standaardkleurwaarden worden berekend uit het spectrum van de lichtsoort S(λ), de gemeten spectrale reflectiegraad ß(λ) en de genormaliseerde spectrale gevoeligheidsfuncties x(λ), y(λ) en z(λ) van de gemiddelde waarnemer. De tussen haakjes staande lambda (λ) geeft aan dat de berekening in afhankelijkheid van de golflengte λ van het licht wordt uitgevoerd (bijvoorbeeld in een golflengtegebied van 400-700 nanometer in intervallen van vijf nanometer). Daarbij wordt in de eerste fase van de berekening voor elke golflengte λ (dus voor elke spectrale kleur van een lichtsoort) de stralingsfunctie van de standaardlichtsoort S(λ) vermenigvuldigd met de voor de kleur gemeten reflectiewaarden ß(λ). Dit levert een nieuwe curve op, de kleurprikkelfunctie ϕ(λ). In de tweede fase van de berekening worden de waarden van de kleurprikkelfunctie vermenigvuldigd met de waarden van de genormaliseerde spectrale gevoeligheidsfuncties x(λ), y(λ) en z(λ). Dit levert drie nieuwe curven op. Uit de vlakken onder deze curven worden door integratie en vermenigvuldiging met een normalisatiefactor tenslotte de standaardkleurwaarden X, Y en Z berekend, waarmee de gemeten kleur exact kan worden gedefinieerd. 10
S( λ) Lichtsoort β ( ) λ Reflectie x ϕ( λ) x ( λ) y ( λ) z ( λ) = Kleurprikkelfunctie x x Integratie en normalisatie = X Y Z Spectrale gevoeligheidsfunctie Standaardkleurwaarde 11
4.6 Kleurafstandswaarde E Kleurverschillen (bijvoorbeeld tussen model en drukvel) worden uitgedrukt in E (delta E), waarmee de ruimtelijke afstand tussen twee kleurlocaties in het CIE-kleurensysteem wordt aangegeven. In hoofdstuk 1.4 Kleurensystemen van deel 1 werd het CIE-kleurensysteem al toegelicht. Dit kleurensysteem heeft echter één nadeel: kleurafstanden met dezelfde getalswaarde worden bij verschillende kleurtonen door de mens niet als even groot ervaren. De Amerikaan MacAdam heeft dit verschijnsel in lange testseries onderzocht, in getalswaarden vastgelegd en grafisch weergegeven. De zogenoemde MacAdams-ellipsen zijn in deze afbeelding met een factor tien vergroot. Omdat y 520 0,8 530 540 0,7 550 0,6 560 570 0,5 580 0,4 0,3 0,2 490 590 600 610 620 650 700 780 480 0,1 470 450 0,0 400-3 80 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 x 12
het CIE-kleurensysteem driedimensionaal is, gaat het in werkelijkheid om ellipsoïden, dat wil zeggen ellipsvormige ruimtelijke lichamen. De grootte van de ellipsoïde is een maat voor de zichtbaarheidsdrempel van kleurafwijkingen (gezien vanuit het middelpunt van de ellipsoïde en voor de desbetreffende kleurtoon). Voor de praktische toepassing bij de beoordeling van kleurafstandswaarden is dit systeem echter ongeschikt. Het zou betekenen dat de toegestane toleranties voor elke kleurtoon verschillend zouden zijn. Voor een betrouwbare en significante kleurafstandsberekening is een kleurensysteem nodig waarin de als even groot ervaren kleurafstanden ook getalsmatig even groot zijn. Twee van dergelijke systemen zijn CIE-Lab en CIE-Luv, die door mathematische transformatie werden ontwikkeld uit het CIEkleurensysteem. De MacAdam-ellipsoïden van verschillende grootte werden door deze transformatie op bolvormige lichamen van ongeveer dezelfde grootte afgebeeld. Op deze manier worden kleurafstanden die getalsmatig even groot zijn bij alle kleurtonen ook door de mens als ongeveer even groot ervaren. CIE-Lab en CIE-Luv, de kleurensystemen die tegenwoordig in de grafische industrie het meest worden toegepast, werden in 1976 internationaal genormaliseerd. 13
y 520 0,8 530 540 0,7 550 0,6 560 570 b* 0,5 0,4 0,3 a* 490-100 -75-50 -25 0 25 25 75 50 580 590 600 610 620 650 0,2 0,1 480-25 -50-75 50 75 100 a* 700-780 470 0,0 450 400-380 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 b* x Deze afbeelding laat de plaats van de a*- en b*-as van het CIE-Lab-kleurensysteem in de x-y-kleurentabel zien. In de Verenigde Staten worden ook nog wel andere kleurensystemen toegepast, zoals het CMC-systeem en het Munsellkleurensysteem. 14
4.6.1 CIE-Lab L* Voor het meten van drukinktkleuren wordt het CIE-Labkleurensysteem het meest toegepast (bijvoorbeeld voor het samenstellen van kleurrecepten en bij de kleurmeting in de drukkerij). Kleurtoon en kleurverzadiging worden op de assen a* en b* uitgezet. De a*-as loopt van -a* (groen) naar +a* (rood), de b*-as loopt van -b* (blauw) naar +b* (geel). De helderheidsas L* loopt van 0 (zwart, onderaan) naar 100 (wit, bovenaan). 100 80 60 40 b* De afbeelding hiernaast laat het CIE-Labkleurensysteem voor materiaalkleuren zien. Omdat dit systeem door mathematische transformatie is a* ontstaan, heeft het een andere vorm dan het CIE-x,y,Ykleurensysteem. Ook de vorm van de verschillende helderheidsniveaus is bij L* (luminiscentie) anders dan bij Y. 100 b* 100 0 20 100 a* b* 50 a* - 150 100 50 0 50 100 150 a* 50 100 b* De afbeelding onderaan laat een dwarsdoorsnede van het driedimensionale CIE-Lab-kleurensysteem zien bij een helderheidsniveau van L* = 50. Hieraan is duidelijk te zien dat het groene kleurbereik kleiner en het blauwe kleurbereik groter is. 15
De kleurafstanden worden als volgt berekend: Wit L* = 100 L* = L* gem. L* gew. a* = a* gem. a* gew. Geel b* = b* gem. b* gew. E* ab = L* 2 + a* 2 + b* 2 Groen a* b* b* a* Rood Blauw L* = 0 Zwart Voor de gebruiker is de toepassing van een schematische voorstelling bijzonder handig. Voorbeeld: L* a* b* gewenste (gew.) kleurlocatie 70,0 55,0 54,0 gemeten (gem.) kleurlocatie 75,3 51,2 48,4 L* = 75,3 betekent dat het om een lichte kleur gaat, die met a* = 51,2 en b* = 48,4 tussen geel en rood in ligt. In dit voorbeeld gaat het dus om een lichte geelrode of oranje kleur. Uitkomst: De gewenste kleurlocatie en de gemeten kleurlocatie in het CIE-Lab-kleurensysteem wijken van elkaar af. 16
Wit L*=100 Uitkomst berekening. L* = 75,3 70,0 = 5,3 a* = 51,2 55,0 = 3,8 48,4 b* Gemeten x b* a* 54,0 L* 75,3 E* L* x Gewenst L* = 70,0 b* = 48,4 54,0 = 5,6 E* ab = 5,3 2 +( 3,8) 2 +( 5,6) 2 = 8,6 a* b* a* 51,2 55,0 Naar de mate waarin ze zichtbaar zijn, kunnen kleurschommelingen als volgt worden ingedeeld: E tussen 0 en 1 E tussen 1 en 2 E tussen 2 en 3,5 E tussen 3,5 en 5 E meer dan 5 normaal gesproken niet zichtbare afwijking zeer kleine afwijking; slechts herkenbaar door geoefend oog gemiddelde afwijking; ook herkenbaar door ongeoefend oog duidelijk zichtbare afwijking sterke afwijking Omdat de transformatie niet lineair is, kunnen de wetmatigheden van het CIE-kleurensysteem niet zonder meer worden toegepast op het CIE-Lab-kleurensysteem. Uit het feit dat het wereldwijd wordt gebruikt mag echter worden geconcludeerd dat dit systeem in de praktijk goed voldoet. Het CIE-Lab-model wordt in de standaard kleurmanagementsystemen als apparatuur-onafhankelijke interne referentie gebruikt. 17
4.6.2 CIE-Luv 100 L * u* 100 0 100 v* 100 80 60 40 20 Ook het CIE-Luv-kleurensysteem werd door mathematische transformatie afgeleid van het CIE-kleurensysteem, waarbij echter andere formules werden gebruikt. De drie coördinaten worden L*, u* en v* genoemd. Omdat het CIE-Luv- en het CIE-Lab-kleurensysteem niet op dezelfde wijze werden getransformeerd, zijn ze verschillend van vorm. Beide systemen worden gebruikt voor materiaalkleuren. v* Het CIE-Luv-kleurensysteem wordt vaak gebruikt voor de beoordeling van kleurenbeeldschermen van bijvoorbeeld scanners of computers. Het voordeel van dit systeem is dat een lineaire transformatie is u* toegepast, zodat alle wetmatigheden van het CIEkleurensysteem hier onveranderd van toepassing zijn. v* 50 u* 150 100 50 0 50 100 150 u* 50 100 v* Deze afbeelding laat een dwarsdoorsnede van het driedimensionale CIE-Luv-kleurensysteem voor materiaalkleuren zien bij een helderheidsniveau van L* = 50. Het groene gebied ligt in het CIE-Luv-kleurensysteem verder naar binnen dan in het CIE-Lab-kleurensysteem; bovendien is het blauwe gebied groter (zie ook hoofdstuk 4.6.1). 18
4.6.3 CIE-LCh Het kleurensysteem wordt CIE-LCh genoemd als in het CIE- Lab- of CIE-Luv-kleurensysteem in plaats van de cartesiaanse coördinaten a*, b* resp. u*, v* de poolcoördinaten C (afstand tot het middelpunt) en h (hoek) worden gebruikt. Het gaat hier dus niet om een ander kleurensysteem. De helderheidswaarde L* blijft onveranderd bestaan. De kleurverzadiging C* ab wordt berekend: C* ab = a* 2 + b* 2. b* De kleurtoonhoek h* ab wordt berekend: h* ab = arctan (. a* ) Bij CIE-Luv wordt de berekening op overeenkomstige wijze uitgevoerd. Het grote voordeel van de LCh-werkwijze is dat in de beeldmanipulatie uiterst nauwkeurig correcties uitgevoerd kunnen worden, gebaseerd op deze 3 variabelen. In plaats van, of in aanvulling op, RGB en CMYK worden veranderingen doorgevoerd. Men hoeft dus zelf niet de effecten te kennen die invloed hebben op de uiteindelijke weergavemethode. In beeldmanipulatiesoftware die gebaseerd is op het interne CIE-Lab-model worden alle wijzigingen in LCh uitgevoerd en in Lab doorgerekend. Hieronder een schematische weergave van CIE-LCh, waarbij de gemeten kleur dezelfde locatie heeft als in hoofdstuk 4.6.1. 180 a* 80 60 40 20 90 b* +80 +60 +40 C* Ist +20 h* +20 +40 +60 +80 Ist a* 0 L* 100 90 80 70 60 50 kleurlocatie: L* = 75,3 C* = 70,5 h* = 43,4 20 40 40 30 60 20 80 10 b* 270 0 19
4.6.4 CMC CMC, een op het CIE-Lab-kleurensysteem gebaseerd kleurafstandsbeoordelingssysteem, werd in 1988 in Groot-Brittannië ontwikkeld door de kleurmetingscommissie van de Society of Dyers and Colourists (CMC). Hierin wordt niet (zoals in CIE-Lab of CIE-Luv) de zichtbaarheid van de kleurafwijkingen beschreven, maar de mate waarin deze voor de waarnemer aanvaardbaar zijn. In het algemeen worden namelijk kleurschommelingen die dicht bij de helderheidsas liggen als veel storender ervaren dan kleurschommelingen in de verzadigde kleuren die aan de buitenkant liggen. Zo worden ook afwijkingen in de kleurverzadiging (verzadigingsgraad of C-waarde bij LCh) veel eerder getolereerd dan afwijkingen in de kleurtoonhoek (de h-waarde bij LCh). In de afbeelding is het principe van het CMC-kleurafstandsbeoordelingssysteem in het CIE-Lab-kleurensysteem in beeld gebracht. Elke ellips geeft de kleurlocaties met constante kleurafstand volgens de CMC-formule aan, gerelateerd aan het middelpunt (de gewenste kleurlocatie). Duidelijk is te zien dat de ellipsen (de tolerantiegebieden in het CMC-kleurafstandsbeoordelingssysteem) in het on-bonte gebied (met een lage verzadigingsgraad) kleiner zijn dan in het gebied met een hoge verzadigingsgraad. Bovendien zijn de tolerantiegebieden zodanig gevormd dat de toegestane afwijkingen in de kleurtoonhoek veel kleiner zijn dan in de kleurverzadiging. Bovendien maken ze een individuele aanpassing mogelijk voor de beoordeling van helderheids- en kleurtoonafwijkingen. Deze aanpassing gebeurt met behulp van de twee beoordelingsfactoren, l en c. (Daarbij is l de beoordelingsfactor voor de helderheid; de beoordelingsfactor voor de kleurtoon c is in de regel 1.) In de textielindustrie wordt vaak gewerkt met een verhouding tussen de beoordelingsfactoren van l : c = 2 : 1; 20
dit betekent dat helderheidsafwijkingen tweemaal zo gemakkelijk geaccepteerd worden als kleurtoonafwijkingen. Deze verhouding kan worden aangepast aan het gebruiksdoel. Dit heeft echter wel tot gevolg dat de kleurafstandswaarden alleen in combinatie met de beoordelingsfactoren significant en vergelijkbaar zijn. In onze industrie is de hier geschetste verhouding niet altijd toepasbaar. Het is in sterke mate afhankelijk van het product en de wijze waarop in meerkleurendruk de gewenste kleur wordt samengesteld. Helderheid Kleurtoonhoek Kleurtoonhoek Verzadiging 2 Helderheid Verzadiging 1,5 1 1 21
V 4.7 Munsell H C De Amerikaanse schilder A.H. Munsell ontwikkelde al in 1905 een op visuele waarneming gebaseerd kleurenordeningssysteem. Daarin zijn de kleuren geordend naar kleurtoon (Hue), helderheid (Value) en verzadigingsgraad (Chroma). De basiskleuren zijn rood, geel, groen, blauw en purper. In 1915 werd het gepubliceerd als Munsell Book of Color voor veertig kleurtonen, lichtsoort C en glanzende en matte kleurmonsters. De vijf basiskleuren zijn op hun beurt onderverdeeld in maximaal honderd kleurtonen, waarvan elke kleurtoon zestien verzadigingstrappen en tien helderheidstrappen bezit. De afbeelding onderaan laat een dwarsdoorsnede van het Munsell-kleurenlichaam zien voor veertig kleurtonen. Omdat bij verschillende kleuren en helderheidstrappen niet alle velden bezet zijn, ontstaat een onregelmatig gevormd kleurenlichaam. 7,5G 10G 2,5G 5G 5BG2,5BG 10GY7,5GY 2,5B 10BG7,5BG 5GY 2,5GY 5B 10Y 7,5B 7,5Y 10B 5Y 16 14 12 10 8 6 4 2 2 4 6 8 10 12 14 16 2,5Y 5PB 2,5PB 10YR7,5YR 10PB7,5PB 5YR 2,5YR 2,5P 5P 10R 7,5P 7,5R 10P 5R 2,5R 5RP 2,5RP 10RP7,5RP V 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 De Munsell-coördinaten kunnen niet worden omgerekend tot CIE-coördinaten. 22
Andere kleurenordeningssystemen zijn de DIN-kleurenkaart (DIN 6164), het Natural Colour System NCS, het OSA- System (van de Optical Society of America) en het RAL- Design-System (RAL-DS). 4.8 Meting met drie kleurfilters Fotometers met drie kleurfilters zijn op vergelijkbare wijze geconstrueerd als densitometers. In plaats van de drie kleurfilters rood, groen en blauw en het visuele filter worden filtercombinaties gebruikt die de drie spectrale gevoeligheidsfuncties x, y en z nabootsen. Fotometers met drie kleurfilters hebben echter een geringere absolute meetnauwkeurigheid dan spectrofotometers, omdat in de regel noch de genormaliseerde spectrale gevoeligheidsfuncties absoluut exact kunnen worden nagebootst, noch de gewenste standaardlichtsoort aanwezig is. Ze zijn echter wel geschikt voor het bepalen van kleurafstandswaarden, omdat hierbij de absolute meetnauwkeurigheid geen rol speelt. Fotometers met drie kleurfilters (ook wel tristimulusmeters genoemd) zijn aanzienlijk goedkoper dan spectrofotometers. Met een lamp waarvan de spectrale samenstelling een standaardlichtsoort benadert wordt het meetveld belicht. In ons voorbeeld op pagina 88 moet de kleur cyaan worden gemeten. De spectrale reflectie wordt met de drie verschillende filters x, y en z gemeten. Achter filter x (rood) wordt de standaardkleurwaarde X gemeten, achter filter y (groen) de standaardkleurwaarde Y en achter filter z (blauw) de standaardkleurwaarde Z. Vervolgens kunnen de standaardkleurwaarden worden omgerekend tot coördinaten van een op visuele waarneming gebaseerd kleurensysteem (CIE-Lab of CIE-Luv). 23
X Y Z Papier Meetprincipe van fotometer met drie kleurfilters 4.9 Spectrale kleurmeting Bij de spectrale kleurmeting wordt het zichtbare spectrum van bijvoorbeeld 380-780 nanometer gemeten. Daarbij wordt het door de drukinkt gereflecteerde licht door bijvoorbeeld een buigingsrooster in zijn spectrale bestanddelen ontleed en door een groot aantal sensoren gemeten. Afhankelijk van de gewenste meetnauwkeurigheid wordt er gemeten in intervallen van een, vijf of tien nanometer. 24
Uit de gemeten reflecties worden de standaardkleurwaarden X, Y en Z berekend. Daarvoor zijn in de computer de genormaliseerde spectrale gevoeligheidsfuncties x, y en z opgeslagen. Omdat deze functies niet door filters hoeven te worden nagebootst, is de absolute meetnauwkeurigheid van spectrofotometers zeer hoog. Ze zijn ook aanzienlijk duurder dan tristimulusmeters. Een belangrijk voordeel van spectrale kleurmeting is naast de hoge absolute meetnauwkeurigheid het feit dat spectrofotometers de standaardkleurwaarden in principe voor alle genormaliseerde lichtsoorten en waarnemers kunnen bepalen, zolang de bijbehorende waarden maar in de computer zijn opgeslagen. Bovendien kunnen ze densiteitswaarden voor elke willekeurige filternorm uitrekenen. Spectrale kleurmeting wordt tot dusver het meest consequent toegepast door de inktfabrikanten. Inktfabrikanten moeten zich bij het aanmaken van drukinkt nauwkeurig aan de receptuur houden. Dit is vooral van belang bij de standaarddrukkleuren (bijvoorbeeld de Europa-schaal), maar ook bij HKS-kleuren en alle speciaal aangemaakte kleuren. Hiervoor wordt het kleurmonster met een spectrofotometer gemeten, waarna de mengverhouding voor de drukinkt met behulp van een computer met kleurreceptuurprogramma wordt uitgerekend. In drukkerijen konden spectrofotometers vroeger niet optimaal worden ingezet. Ze waren duur en onhandig in het gebruik en hun meetwaarden waren voor de schaalkleuren niet direct toepasbaar. Ze werden daarom uitsluitend ingezet voor het meten van extra kleuren en het testen van materiaal (bijvoorbeeld papier- en inktsoorten). Tegenwoordig zijn er ook draagbare spectrofotometers voor het vaststellen van kleurverschillen en het berekenen van kleurtransformatieprofielen. 25
4.10 Meetprincipe van de spectrale kwaliteitscontrole Heidelberg CPC 21 Heidelberg heeft als eerste fabrikant de Heidelberg CPC 21 spectrale kleurmetingsapparatuur voor offsetdruk toegepast en via het automatische afstandsbesturingssysteem voor de inktgeving (CPC 1) rechtstreeks aan de offsetpers gekoppeld. Bij het meten loopt een meetkop over de drukcontrolestrip en tast daarbij alle controle-elementen af. Er kan naar keuze met de standaardlichtsoorten A, C, D 50 of D 65 en de gemiddelde waarnemer 2 of 10 worden gewerkt. Het meetprincipe van CPC 21 is in onderstaand schema weergegeven. Drukpers CPC 1 Lichtbron Computer Spectrale remissie 380 nm 730 nm Dioden Ringspiegel Afbuigspiegel Lichtgeleider 0 45 Papier Proef Buigingsrooster De lichtbundel wordt eerst via een ringspiegeloptiek onder een invalshoek van 45 op het gedrukte meetelement geprojecteerd. Het onder een hoek van 0 gereflecteerde licht wordt via een afbuigspiegel en een lichtgeleider 26
(glasvezelkabel) vanuit de meetkop naar de spectrofotometer geleid. Daar wordt het met behulp van een buigingsrooster (op vergelijkbare wijze als bij een prisma) in zijn spectrale kleuren ontleed. Fotodioden meten de stralingsverdeling in het gehele zichtbare spectrum (tussen 380 en 780 nanometer) en sturen de meetgegevens naar een computer. Daar worden de meetwaarden spectrofotometrisch beoordeeld en als standaardkleurwaarden X, Y en Z resp. als standaardkleuraandelen x en y en helderheidswaarde Y uitgevoerd. Deze waarden kunnen naar keuze worden omgerekend tot coördinaten van het CIE-Lab- of CIE-Luv-kleurensysteem. Na vergelijking van de gemeten waarden met de van tevoren ingevoerde gewenste waarden en met inachtneming van de gekozen E-tolerantie worden de noodzakelijke correcties via CPC 1 doorgestuurd naar de inktbakken van de verschillende drukunits, waar de correcties onmiddellijk automatisch worden uitgevoerd. 4.11 Proefmeetstrips en kleurmeetstrips 4.11.1 Proefmeetstrips Steeds vaker wordt als model een proef gebruikt in plaats van een proefdruk. De reden hiervoor is dat een proef goedkoper en sneller beschikbaar is dan een gedrukte druk. Proeven kunnen op verschillende manieren worden vervaardigd, maar het gebeurt altijd zonder offsetinkt. De kleurmiddelen die voor proeven worden gebruikt (de toners) hebben echter een andere samenstelling dan offsetinkt. Heidelberg heeft daarom een speciale proefmeetstrip ontwikkeld. Black Cyan Magenta Yellow C M Y C M Y 70 % B 70 % C 70 % M 70 % Y C M C Y M Y 1994 HEIDELBERG CPC Proof 27
1B4 1C4 1M4 1Y4 70% 70% CMY B C M Y 70% CMY B C M Y CM CY 1995 Linotype-Hell CPC 4 GS C M Y MY CMY CMY B C M Y 70% CMY B C M Y 1 Version: 1. 10 - GTO 2 3 4 5 6 7 De proefmeetstrip bevat volvlakelementen in de kleuren zwart, cyaan, magenta en geel. Verder per kleur een rasterveld met 70% oppervlaktebedekking, alsmede trappingelementen en een grijsveld bestaande uit 70% cyaan, 60% magenta en 60% geel. Verder is er een referentie-element aanwezig voor de automatische streefwaarde-overname via CPC 21. Na het positioneren van dit element worden bij het meten automatisch alle meetelementen afgetast. Op deze basis kunnen de meetwaarden als streefwaarden worden overgenomen. 4.11.2 Kleurmeetstrips De kleurmeetstrip voor de spectrale kleurmeting met CPC 21 werd eveneens door Heidelberg ontwikkeld en bevat (met uitzondering van het referentie-element) dezelfde meetelementen als de proefmeetstrip, aangevuld met plaatkopieelementen voor het uitvoeren van een gestandaardiseerde plaatkopie. Heidelberg levert drie verschillende analoge kleurmeetstrips: meetstrip 4 GS ( Grijsveld- en volvlakregeling [Solid] ) voor vierkleurendruk, meetstrip 6 GS voor vijf- en zeskleurendruk en meetstrip 8 GS voor zeven- en achtkleurendruk. De meetstrip is er in een analoge versie voor handmontage en een digitale voor Computer-to-Film - en Computer-to- Plate -toepassingen. Deze DIPCO-strips (Digital Printing Control) werden samen met Linotype-Hell ontwikkeld. Voor speciale toepassingen is er ook nog een gewijzigde versie voor vijfkleurendruk. De rasterwaarden worden weergegeven in het rastersysteem dat in de verschillende recorders wordt toegepast. Hier moet bij het wijzigen van de calibratieroutines rekening mee gehouden worden. In CPC 21 zijn de gegevens van deze kleurmeetstrips en van de drukcontrolestrips van het oudere densitometrische meetstation CPC 2-01 opgeslagen. 28
Indien gewenst kunnen door de gebruiker zelf nog gegevens van andere drukcontrolestrips met de hand worden ingevoerd. 4.12 Kleurregeling met Heidelberg CPC 21 Bij CPC 21 kan worden gekozen uit drie kleurregelingsmethoden: spectrofotometrische grijsveldregeling, spectrofotometrische volvlak- of rasterregeling of densitometrische volvlak- of rasterregeling. 4.12.1 Spectrofotometrische grijsveldregeling Zoals in hoofdstuk 2.4 is beschreven, is de kleurbalans bepalend voor de optische indruk van een gedrukt beeld. Storingen in de kleurbalans treden in de grijze rastervelden bijzonder duidelijk naar voren. Het ligt daarom voor de hand de grijsvelden zowel te gebruiken voor de meettechnische kwaliteitsbeoordeling als voor de controle en regeling van de oplagedruk. De spectrofotometrie is voor dit doel uitstekend geschikt. De drukinktkleuren cyaan, magenta en geel kunnen daarom het beste door middel van spectrofotometrische grijsveldregeling (bij voorkeur in het driekwarttoongebied) worden geregeld. Als streefwaarden kunnen zowel interne standaardwaarden worden gebruikt als vanaf de proefmeetstrip ingelezen waarden. De correlatie tussen kwaliteitssturing en beeldwijziging is optimaal als de kleurseparaties vervaardigd zijn met een voor de inkt/papier-combinatie aangepaste onderkleurenreductie (UCR) en GCR ( onbont met kleurtoevoeging). De neutrale kleuren zijn daarbij het minst afhankelijk van wijzigingen in de kleurbalans. 29
Hierboven is een monitorbeeld van CPC 21 afgebeeld. In het a-b-vlak links bovenaan is de ligging van de gewenste kleurlocatie weergegeven. In dit voorbeeld ligt deze dicht bij het middelpunt, dus bijna op de grijsas. In het midden van het monitorbeeld is het gebied rondom de gewenste kleurlocatie vergroot afgebeeld. De drie cirkels vormen de grenzen van de drie E-tolerantieklassen (nauwe, gemiddelde en ruime toleranties). Aan de rechterkant is de helderheidsas afgebeeld, eveneens gerelateerd aan de gewenste kleurlocatie. Ook hier zijn weer drie tolerantieklassen ingetekend. Elk kruisje staat voor een meetwaarde. In het hier afgebeelde voorbeeld wijken de gemeten kleurlocaties van de verschillende inktzones in de richting van geelgroen qua kleurtoon en lichter qua helderheid af. Als de afwijkingen groter zijn dan de toegestane E-tolerantie, dan berekent de computer automatisch de vereiste correcties voor cyaan, magenta en geel. Daarvoor worden naast de spectrale meetwaarden van het grijsveld ook de spectrale meetwaarden van de eenkleurenvolvlak- en eenkleurenrastervelden van cyaan, magenta en geel alsmede 30
de spectrale meetwaarden van de volvlaktrappingvelden geanalyseerd. Op deze manier wordt met alle relevante factoren rekening gehouden. Het uitvoeren van de correcties in de drukpers gebeurt daarna automatisch via het afstandsbesturingssysteem voor de inktgeving CPC 1. 4.12.2 Spectrofotometrische volvlakregeling De spectrofotometriche volvlakregeling wordt vooral aanbevolen voor het meten van zwart en extra kleuren. Zwart is in de eerste plaats van invloed op de helderheid. Omdat helderheidsafwijkingen door de mens eerder worden getolereerd dan kleurafwijkingen, kan zwart aan de hand van volvlakvelden worden geregeld. In de praktijk is gebleken dat daarmee de invloed van zwart op de kleurbalans voldoende in kaart wordt gebracht. Ook hier geldt dat het effect mede afhankelijk is van de soort kleurseparatietechniek waarmee het vierkleurenbeeld is opgebouwd. Extra kleuren worden meestal alleenstaand en in vlakken afgedrukt. Daarom ligt het voor de hand ook extra kleuren op basis van volvlakvelden te controleren. Dit blijkt in de praktijk goed te voldoen. Maar ook bij de volvlakregeling hebben de spectrale meting en de spectrofotometrische beoordeling belangrijke voordelen ten opzichte van de densitometrische regeling. Er wordt namelijk exact gecontroleerd, of de gewenste kleurtoon bereikt wordt. Bovendien kunnen de gewenste kleurlocaties zowel als getalswaarde als via meting van een proef worden ingevoerd. Dit is bij de densitometrische methode met relatieve waarden hierbij niet mogelijk. CPC 21 geeft al na de eerste meting aan of de gewenste kleurlocatie met de gegeven kleur bereikt kan worden of niet. Als de kleurlocatie niet kan worden bereikt, wordt de te verwachten kleurafstand E kan uitgerekend en weergegeven. 31
Zo ziet het monitorbeeld van CPC 21 er uit bij een volvlakmeting. Links bovenaan is de ligging van de gewenste kleurlocatie in het a-b-vlak weergegeven. Het vierkantje in het middelpunt van het vergroot afgebeelde gebied in het midden van het monitorbeeld is de kleurlocatie met de kleinst mogelijke kleurafstand Ekan ten opzichte van de gewenste kleurlocatie, dat wil zeggen de beste met de gekozen kleuren bereikbare kleurlocatie. De theoretisch gewenste kleurlocatie is met een cirkeltje gemarkeerd en bevindt zich in dit voorbeeld onder de horizontale as en rechts van de verticale as. Als de afwijkingen groter zijn dan de toegestane E-tolerantie, dan berekent de computer ook nu weer automatisch de vereiste correcties. Daarbij wordt uitgegaan van de spectrale meetwaarden van de eenkleurenvolvlak- en eenkleurenrastervelden 32
4.12.3 Densitometrische volvlakregeling Spectrofotometers kunnen naast spectrale meetwaarden ook densiteitswaarden voor willekeurige kleurfilters uitrekenen. Als extra hulpmiddel voor de gebruiker worden daarom door Heidelberg CPC 21 onafhankelijk van de gekozen meetmethode ook de densiteitswaarden weergegeven. Het voordeel van deze werkwijze ligt in het feit dat de spectrofotometer met de hoogst mogelijke nauwkeurigheid de exacte CIE-waarden meet en in het geheugen opslaat. De afwijkingen worden ook in deze absolute waarden gemeten en daarna volgens vaste transformaties omgerekend naar de bekende densiteitswaarden. De apparatuur-onafhankelijke densiteitswaarden komen dan voor de drukker beschikbaar. Als de streefwaarden voor de densiteit al beschikbaar zijn, zoals bijvoorbeeld bij herhalingsorders, kan dan als alternatief voor densitometrische volvlakregeling worden gekozen. De densiteitswaarden worden door de CPC 21 omgerekend naar CIE-waarden en hierin wordt gemeten en geregeld. 33
4.13 Voordelen spectrale kleurmeting in offsetdruk Ter afsluiting een overzicht van de belangrijkste voordelen van spectrale kleurmeting in de offsetdruk: De meetwaarden stemmen in zeer hoge mate overeen met de visuele waarneming. De CIE-Lab-waarden zijn apparatuur-onafhankelijk en kunnen als numerieke, digitale informatie met andere systemen uitgewisseld worden. Spectrale kleurmeting is een kleurbeoordelingsmethode die in alle productiefasen kan worden toegepast: in de prepress-fase, bij het meten van de meest uiteenlopende soorten proeven en bij de kwaliteitscontrole aan het einde van het drukproces. Spectrale streefwaarden kunnen ook in de vorm van getallen worden overgenomen, waardoor koppeling met de prepress-fase mogelijk is. Spectrale streefwaarden kunnen worden overgenomen van kleurmonsters. Spectrale waarden in CIE-Lab kunnen als interne referentie voor beeldopslag en beeldmanipulatie gehanteerd worden. Spectrale kleurmeting is de enige mogelijkheid om tot een objectieve kleurbeoordeling te komen. Spectrale kleurmeting maakt een drukbeeldrelevante kleurregeling mogelijk (bijvoorbeeld aan de hand van grijsvelden), zonder kleurspecifieke ijkprocedures en zonder in de computer opgeslagen waarden. 34
Alle kleuren, ook zeer lichte extra kleuren, kunnen via spectrale kleurmeting correct en betrouwbaar worden geregeld. De toonwaardetoename (puntvergroting) kan ook bij extra kleuren via spectrale kleurmeting exact worden gemeten De regeling van de oplagedruk is betrouwbaarder, omdat ook veranderingen in het te bedrukken materiaal, kleurvervuiling en metamerie kunnen worden gemeten. Ook rasterdruk met meer dan vier kleuren kan nauwkeurig worden geregeld. De drukkwaliteit kan beter worden gekarakteriseerd en gedocumenteerd. Er wordt gewerkt met een kleurtoononafhankelijke maat voor kleurafwijkingen: E. Spectrale kleurmeting maakt het mogelijk betere kleurregelingsmodellen te ontwikkelen. De grafische industrie past zich hiermee aan bij het in alle kleurverwerkende industrieën gangbare kleurmetingsprincipe. De densitometrie is een vast onderdeel van de spectrale kleurmeting. Er is rekening gehouden met de trend naar het gebruik van meer dan vier drukinktkleuren. Ook gedrukte beeldplaatsen kunnen meettechnisch met de modellen worden vergeleken. 35
00.996.0701 NL (Kleur & kwaliteit) 01/97