Farboptimierung mit ColorLogic ZePrA und ColorAnt

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Farboptimierung beim HLC Colour Atlas mit ColorLogic ZePrA und ColorAnt

Der HLC Colour Atlas wurde gemäß DIN SPEC 16699 „Offene Farbkommunikation“ konzipiert und hergestellt. Eine kleine sowie eine XL-Version stehen in digitaler Form als kostenloser Download zur Verfügung. Auf GMG/Epson-Proofsystemen sehr genau gedruckte Versionen können bei der proof GmbH bezogen werden. Bei der Vorbereitung der Farbwerte für die gedruckte Version kamen ColorLogic ZePrA und ColorAnt zum Einsatz.

Der freieFarbe CIELAB HLC Colour Atlas XL
Beispielseite Hue 130

Ziele

  • Das Produktionsteam von freieFarbe e.V. hat sich für die Optimierung der Einzelfarben des HLC Colour Atlas hohe Ziele gesetzt:
  • Als Gamut des Epson SC-Px000V Drucksystems sollten diejenigen HLC/Lab-Farben ermittelt werden, die mit einem DeltaE00 < 1 verlässlich reproduziert werden können.
  • In der Designphase des HLC Farbatlas sollen alle abgebildeten Farben automatisiert eingemessen, mit den HLC/Lab-Optimalfarbwerten verglichen und ein Qualitätsreport erstellt werden.
  • Auf Basis der Messergebnisse soll für jede einzelne Farbe eine Farboptimierung (Iteration) vorgenommen und wiederum ein Qualitätsprotokoll ausgegeben werden.
  • Die optimierten Farben sollen in verschiedenen Dateiformaten exportiert werden können. So z.B. als spektrale CxF-Daten oder CGATS-konforme Textdateien, die Geräte-Farbwerte enthalten.
  • Die Lösung soll auch bei großen HLC/Lab-Farbbibliotheken mit tausenden von Einzelfarben funktionieren.

ZePrA und ColorAnt als Werkzeuge

Im Rahmen des Projektes haben wir für die Farboptimierung der Einzelfarben verschiedene Lösungen erprobt. Am Ende haben wir nur eine Lösung gefunden, mit der wir alle Schritte durchführen konnten: ColorLogic ZePrA in Kombination mit ColorLogic ColorAnt.
Aufgrund unserer sehr speziellen Aufgabenstellung nutzen wir für einige Funktionen der ColorLogic Programme auf ungewöhnliche Weise. Im Sinn der offenen Farbkommunikation bieten wir nachfolgend einen Blick hinter die Kulissen.

1. Abschätzung der druckbaren Farben HLC/Lab Farben mittels des Druckerprofils

Zunächst wurde über ein eigenes Programm eine Farbbibliothek des HLC/Lab-Farbraums generiert, die den gesamten mathematisch darstellbaren Lab-Farbraum repräsentiert.
Solch eine Farbbibliothek im CGATS-Format lässt sich in ZePrA als Sonderfarbbibliothek importieren und für ein gewähltes Druckerprofil eine bestmögliche Umsetzungen berechnen. Druckerprofile können RGB-, CMYK-oder Multicolor-Profile sein.

ZePrA zeigt nach der Berechnung eine große Tabelle an, die für jede Farbe das DeltaE der theoretisch bestmöglichen Annäherung zeigt. Je nach Drucksystem sind in der Regel weniger als 50% des HLC/Lab-Farbraums mit einem DeltaE00 < 2 darstellbar. Die große Tabelle lässt sich aus ZePrA heraus als Report im PDF oder XML-Format exportieren. Wir wählen das XML-Format, importieren den Report in ein Tabellenkalkulationsprogramm und sortieren die Farben nach DeltaE00-Farbabstand. Anschließend löschen wir in der Tabellen-Kalkulation alle Farben mit einem Delta E00 > 2.
Die resultierende Tabelle zeigt jetzt alle HLC/Lab Farben, die mit hoher Wahrscheinlichkeit mit einem Delta E00 < 2 wiedergegeben werden können. Weiterhin enthält diese Tabelle die Gerätefarben (DeviceColors) für den Druck. Mit einem passenden Header wird daraus eine CGATS-konforme Farbbibliothek, die erneut in ZePrA als Sonderfarbtabelle geladen werden kann.

2. Messtechnische Optimierung der Sonderfarb-Bibliothek

Im Menüpunkt „Sonderfarben Optimieren“ erlaubt ZePrA die messtechnische Optimierung einer kompletten Sonderfarb-Bibliothek, bezogen auf ein Druckprofil. ZePrA generiert dazu aus der Sonderfarbtabelle – je nach Anzahl der Farben – einen oder mehrere Testcharts zur Farbmessung.

Die Messung kann mit einer Vielzahl von Messgeräten der Firmen X-Rite, Techkon oder Konica-Minolta erfolgen. Wahlweise kann sie direkt in ZePrA oder im Programm ColorLogic ColorAnt erfolgen. Wir wählen die Variante ColorAnt, die es uns erlaubt, die Messdaten nicht nur in ZePrA zu verwenden, sondern in den verschiedensten Formaten inkl. Spektraldaten zu exportieren. Damit lassen sich optimierte Farbbibliotheken für die unterschiedlichsten Programme erzeugen, was für den Produktionsworkflow des HLC Colour Atlas unabdingbar ist.
Ein weiteres spezielles Feature von ZePrA ist die Fähigkeit, auch sehr große Farbbibliotheken messtechnisch zu optimieren. Für den HLC Color Atlas XL haben wir erfolgreich eine Farbbibliothek von 15.000 Farben für die Messung mit einem X-Rite i1Pro2 Spektralfotometer und iO2 Messtisch aufbereitet und eingemessen. Genauso gut geht es aber auch mit mit 3 oder 200 Farben.
Sind die Farben eingemessen, so berechnet ZePrA auf Basis des Druckerprofils neue optimierte Gerätefarben und Testcharts, die dann erneut eingemessen werden.

Für alle Farben, die innerhalb des druckbaren Gamuts liegen, lässt sich so in der Regel ein DeltaE00 < 0,5 erreichen. Hiermit liegt man im Bereich der Wiederholgenauigkeit des Drucksystems und der eingesetzten Messtechnik.

Da unsere Farbbibliothek zum Start der Optimierung Farben enthielt, die mit DeltaE00 < 2 im Gamut des Druckerprofils liegen, enthält auch die optimierte Farbbibliothek nach mehreren Iterationen noch einige Farben, die nur mit einem DeltaE00 > 1 reproduziert werden.

In einem Tabellenkalkulationsprogramm führen wir nun die spektralen Messdaten aus ColorAnt und den Qualitätsreport aus ZePrA zusammen. Anschließend können wir in einem weiteren Schritt alle Farben selektieren, deren DeltaE00 <= 1 ist.

Die Ergebnisse sind eine spektrale Farbbibliothek und ein daraus generierter Farbatlas, bei dem die gedruckten HLC-CIELAB-Farben verschiedener Atlas-Chargen mit einem DeltaE00 <=1 reproduziert werden.

Das Programm ColorAnt bietet darüber hinaus vielfältige Möglichkeiten, spektrale Farbbibliotheken in Lab-Farbbibliotheken mit einer definierten Lichtart (z.B. D50) zu wandeln oder beim Speichern verschiedenen Datenformate wie z.B. CxF3, CGATS, Adobe-Palettenformate oder Named-Color-ICC-Profil zu wählen.

 
Sämtliche 13.328 Farben des HLC Colour Atlas XL wurden mit Colorlogic ZePrA und dem X-Rite i1iO2 Messtisch mehrfach eingemessenen und optimiert.
Nach dem Einmessen der Sonderfarben für HLC Colour Atlas XL produziert ZePrA einen Qualitätsreport für sämtliche Farben.
Die Sonderfarben wurden mit ZePrA mehrfach optimiert.

 

Fazit

ZePrA und ColorAnt sind beim freieFarbe e.V.  zentrale und geeignete Arbeitsmittel zur Optimierung der HLC-Farbbibliotheken und der dazugehörigen Farbatlanten. Die hiermit erzeugten Farbbibliotheken lassen sich in einer Vielzahl von Datenformaten exportieren und können daher auch außerhalb der ColorLogic-Programme universell eingesetzt werden.

Autor: Jan-Peter Homann, Screenshots: Matthias Betz
Mitarbeit: Eric A. Soder, Holger Everding[:en]

CIELAB boundaries – the borders of the CIELAB color space

Software programs that support Lab colours permit values like e.g. Lab (0, 100, 100). The example is usually displayed as a dark red, but it is completely meaningless, because in reality, no light in the world can produce such Lab values. In other words, a brightness 0 can have no other a;b values ​​than 0. „All cats are gray at night“. In the article, it is shown that only about 60% of the usual Lab coordinate space (0..100, -128..127; -128..127) consists of colors, the rest are Lab coordinates without meaning as colour.

It would be important to develop a suitable algorithm that corrects non-colour Lab coordinates when entered (= projected onto the body surface). This would increase the intelligibility and applicability of the CIELAB model. The task is solvable because the projection of the non-colour coordinates to the range of visible colors is similar to the gamut mapping of out-of-gamut colors.

Which are the borders of CIELAB?

The most intense shades we know are the rainbow colors. These so-called „monochromatic“ colors exhibit maximum intensity at a single wavelength interval. Example: a remission maximum in the interval 570-590nm leads to the CIELAB values (2 degrees D50)  Lab 55,91 8,58  96,38. This rainbow yellow is the most intense one, no yellow of this lightness can be more intense as there is no spectrum that can generate more intense values. The wider the maximum wavelength range is, the brighter is the most extreme possible color, until white light is generated by all wavelength ranges of maximum intensity.

According to Wilhelm Ostwald, the most extreme color shades possible are generated by so-called „rectangular spectra“: spectral distributions in which a more or less broad wavelength range has the maximum intensity and all other wavelength ranges have no intensity. Violet spectra are also included (beginning and end of the spectrum). In other words, only minimal (0) or maximum (1) intensity as well as a maximum of two jump points (0/1 or 1/0) within the visible wavelength range are permitted for rectangular spectra.

If this rule is applied to the conventional 10 nanometer stepwidth in the range 400-700 nanometer, 962 different rectangular spectra are obtained. Their Lab color values ​​form the outer shape of the CIELAB color space. All colors are inside this body. Lab coordinates lying outside are not colors, but purely theoretical computation variables that are not existing in the real world, because no spectrum can generate these colors.

 

CIELAB color space from above.

 

CIELAB colour space front view

 

Software Lab values and CIELAB color space

In reality, the usual limits for a and b (-128 … 127) are exceeded in several areas. The outermost conceivable green has, for example, a b-value of -164. Similarly, it is in the yellow range (b = 146). In other words, not all greens and yellows can be described by Lab in software.

The fact that Lab-enabled software can work with values ​​outside the CIELAB color space limits is far more serious. These are even displayed in color, which is completely nonsensical and confusing. For example, the coordinates (Lab 0 100 100) can be entered in Photoshop and the program displays a dark red preview. Even the healthy understanding of the human being states that at a brightness 0 no color of any intensity can be present: „At night all cats are grey“. This is confirmed by the rectangular colors: the only color of the brightness 0 is that in which no wavelength range has an intensity (a = 0 and b = 0).

Photoshop shows non-colors in color.

There is, therefore, a double need for improvement. An algorithm which, similar to the gamut calculations, would return an arbitrary color value as required to the outer limit of the CIELAB color space, but at least not display such color values ​​as a color.

List of boundary color values

The cielab-boundaries file contains a complete list of rectangle spectra at 10nm measurement interval under the following conditions:

  • 2 ° observer angle, light D50 (usual in prepress)
  • 10 ° observer angle, light D65 (customary for lacquer paints)
  • 2 ° observer angle, light D65 (usual sRGB parameter)

. The list can be included in the Digital Color Atlas where you see the CIELAB space navigable and zoomable in 3D. Here, at a glance is visible that the real color space is only about 60% of the CIELAB coordinate space.

Author: Holger Everding
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