Zur Farbmessung beleuchtet ein Farbmessgerät eine Probe, misst die im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm abgestrahlte oder reflektierte Lichtmenge und quantifiziert sie als Farbmesswert. Die Farbmessung ist notwendig zur Spezifikation, Quantifizierung, Kommunikation und Rezeptierung von Farben sowie zur Prüfung der Farbqualität für farbkritische Arbeiten. Da jeder Mensch eine andere Farbwahrnehmung hat, ist die Farbmessung präziser als die visuelle Beurteilung.
Was ist ein Farbmessgerät?
Es gibt zwei Arten von Farbmessgeräten: Kolorimeter und Spektralfotometer.
Ein Kolorimeter „sieht“ Farbe wie das menschliche Auge. Dabei verwendet es drei verschiedenartige Farbrezeptoren zur Mischung von Rot, Grün und Blau und Erzeugung des für uns wahrnehmbaren Farbbereichs. Durch die Quantifizierung der Tristimuluswerte von Rot, Grün und Blau (Farbmetrik) kann ein Kolorimeter die Position einer Farbe im Farbraum bestimmen.
Ein Spektralfotometer bietet eine präzisere Farbmessung, weil es Farbe im gesamten sichtbaren Spektrum erfasst und das Licht in sehr schmale Farbbänder filtert. Diese Farbbänder werden durch die Optik des Geräts in einen Empfänger geleitet, wo sie analysiert und als individuelle Reflexionskurve der Farbe (Spektralfotometrie) erfasst und aufgezeichnet werden.
Obwohl ein Densitometer die Prozessfarben CMYK – Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz – des Vierfarbdrucks – erkennen kann, misst es die Dichte und nicht die Farbe und ist daher nicht als Farbmessgerät anzusehen.
Welche Arten von Farbe können gemessen werden?
Farbmessgeräte können die Farbe von nahezu allem, einschließlich Flüssigkeiten, Kunststoffen, Papier, Metall und Stoffen, erfassen und quantifizieren. Die gängigste Farbmessgeometrie ist 0°/45° oder 45°/0° und schließt den Glanz bei der Messung aus, um die menschliche Farbwahrnehmung bestmöglich zu imitieren. Ein Gerät mit 0°/45°-Geometrie kann Farbe auf den meisten ebenen, matten und glatten Oberflächen messen.
Eine andere gängige Messgeometrie ist die Kugelgeometrie. Sie dient zur Farbmessung auf strukturierten Oberflächen und schließt den Glanz bei der Messung ein. Sie eignet sich hervorragend für die Rezeptierung von Druckfarben, Pigmenten und Farbstoffen.
In Branchen, in denen Effektfarben wie Perlglanz- und Metallic-Farben zum Einsatz kommen (wie bei Kosmetika oder der Oberflächenveredelung von Fahrzeugen, die je nach dem Betrachtungswinkel scheinbar die Farbe ändern), sollte ein Mehrwinkel-Farbmessgerät verwendet werden, um die (Art der) Farbwirkung aus verschiedenen Winkeln zu erfassen.
Wer misst Farbe?
Farbmessgeräte kommen in vielen Branchen zum Einsatz, wie u. a. in der Elektronik-, Konsumgüter-, Textil- und Bekleidungs-, Lebensmittel-, Foto-, Anstrichmittel-, Kunststoff- und sogar Arzneimittelindustrie. Markenartikler und Designer nutzen Farbmessgeräte zur Spezifikation und Kommunikation von Farbe. Hersteller verwenden sie, um eine Zielfarbe zu messen und sie mit der Farbe des von ihnen hergestellten Produkts zu vergleichen. Hersteller verwenden die von einem Farbmessgerät ermittelten Spektraldaten, um die Farbe von eingehenden Rohmaterialien zu evaluieren, Rezepturen für Farbmittel wie Farbstoffe und Druckfarben zu erstellen und sicherzustellen, dass die Farbe der an verschiedenen Standorten hergestellten Teile bei der Montage übereinstimmt.
Welche Geschichte hat die Farbmessung?
Frühe 1700er Jahre: die Farben des Lichts.
Isaac Newton verwendete ein Glasprisma, um nachzuweisen, dass sich ein weißer Lichtstrahl in eine Vielzahl von Einzelfarben des sichtbaren Spektrums teilen lässt. Dank seiner Experimente mit der Brechung und Biegung eines Lichtstrahls, um das Licht in seine einzelnen Bestandteile zu zerlegen, haben wir eine sinnvolle Methode zur Beschreibung des für uns wahrnehmbaren Farbspektrums – ROY G.BIV, d. h. Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett. Seine Arbeit hat auch zur Festlegung der Normlichtarten wie u. a. Tageslicht (D50 und D65) beigetragen.
1920er Jahre: Farbräume
Diese Grafik zeigt die Menge an roter, grüner oder blauer Lichtenergie, die benötigt wird, um eine beliebige Farbe im sichtbaren Spektrum zu erzeugen.
Bei ihren Experimenten wollten W. David Wright und John Guild ermitteln, wie viel rote, grüne oder blaue Lichtenergie zur Wahrnehmung jeder Farbe im sichtbaren Spektrum notwendig ist. Dank ihrer Arbeit wissen wir, dass es eine Verknüpfung zwischen den Farbwellenlängen im sichtbaren Spektrum und den für das menschliche Auge wahrnehmbaren Farben gibt. Die Commission International de l’Eclairage (CIE) hat die Forschungsarbeit von Guild und Wright als RGB-Farbraum 1931 veröffentlicht, aus dem der CIE-1931-XYZ-Farbraum hervorgegangen ist. Das etwa zur gleichen Zeit wie der CIE-1931-Farbraum veröffentlichte CIE-Chromatizitätsdiagramm war der Versuch, Farben auf einer 2-dimensionalen grafischen Skala darzustellen.
1940er Jahre: Farbmessstoleranzen
Als erster untersuchte David MacAdam, wie stark eine Farbänderung sein muss, damit ein Normalbeobachter sie erkennen kann. Er änderte den Buntton, die Sättigung und die Helligkeit von Master-Proben, bis seine Beobachter einen Unterschied erkennen konnten. Anschließend zeichnete er die Ergebnisse in das CIE-Chromatizitätsdiagramm ein. Auf diese Weise entstand das erste Toleranzdiagramm. Er stellte fest, dass die Verteilung der übereinstimmenden Punkte die Form einer dreidimensionalen Ellipse hat und dass die Ellipsoide je nach der Position der Farbe im Farbraum unterschiedlich groß waren. Dadurch war nachgewiesen, dass der Buntton und die Sättigung einer Farbe – die sogenannte Chromatizität – unabhängig von der Helligkeit sind und die Basis bzw. X-Achse des CIE-Chromatizitätsdiagramms bilden. 
Diese Wahrnehmbarkeitsgrenzen um jedes Farbziel zeigen, wie groß der Unterschied sein darf, bevor das menschliche Auge ihn bemerkt.
In den 1940er Jahren entwickelte Richard Hunter ein neues Tristimulus-Farbmodell. Dieser Farbraum, den er Hunter Lab nannte, verwendet drei Achsen, um den fast einheitlichen Abstand zwischen den wahrgenommenen Farbunterschieden darzustellen. Bei diesem Farbmodell entwickelte Hunter eine Methode zur Darstellung der genauen Farbkoordinaten im Farbraum und Charakterisierung des gesamten Farbabstands – Delta E.
31 Jahre später veröffentlichte die CIE ein aktualisiertes Modell – CIE L*a*b* – mit nur geringfügigen Änderungen an der ursprünglichen mathematischen Formel von Hunter. Heute ist CIE L*a*b* die empfohlene Methode zur Kommunikation von Farbmesswerten und die mathematische Formel, die in vielen unserer Farbmessgeräte angewendet wird.
Tolerierung in CIE L*a*b*
