Unter dem Normvalenzsystem versteht man eine international vereinbarte Methode der Farbkennzeichnung auf der Basis der additiven Farbmischung. Dabei definiert man einheitliche Primärvalenzen bzw. Normvalenzen durch spezielle Wellenlängen und einen farbmesstechnischen Normalbeobachter. Die Internationale Beleuchtungskommission ( Commission International de L’ Eclairrage = CIE) entwickelte 1931 dieses Normvalenzsystem, das deshalb auch die Bezeichnung CIE-System erhielt. Es handelt sich dabei um ein rein mathematisches System. Grundfarben sind drei monochromatische Strahlungen bestimmter Wellenlängen, die man auch als Primärvalenzen oder Normvalenzen bezeichnet. Sie definieren sich: Blau = 435,8 nm = X Grün = 546,1 nm = Y Rot = 700 nm = Z In der Normfarbtafel werden die Normvalenzen als Vektoren dargestellt, die Ebenen bilden, auf denen alle Mischfarben der begrenzenden Grundfarben liegen. Mit dem Wort Farbtafel wird eine Ebene bezeichnet, die alle drei Vektoren schneidet, senkrecht zur Grauachse steht und auf der sich alle Farben einer bestimmten Helligkeit befinden. Der Schwarzpunkt dient als Ausgangspunkt der Vektoren, er ist gleichzeitig der Nullpunkt. Die Sättigung der Primärvalenzen nimmt von diesem Punkt immer weiter zu, bis sie schließlich an der Begrenzungslinie des Systems den höchsten Sättigungsgrad erreicht. Diese Begrenzungslinie wir auch als Spektralfarbenzug bezeichnet, er führt über Violett, Blau, Grün und Gelb zu Rot. Die Gerade, welche die Farben Violett und Rot miteinander verbindet, wird als Purpurgerade bezeichnet. Hier sind die kurzwelligsten und langwelligsten Farben miteinander verbunden, die zusammen Purpur ergeben. Die Basis für den Farbort einer monochromatischen Spektralfarbe auf dem Spektralfarbenzug bildet die Gleichung: Orangerot + Grün + Violettblau = 1 Das bedeutet, dass jede Farbe einen kleineren Wert als 1 haben muss, da 1 die Summe aller drei Primärvalenzen und damit weißem Licht gleichzusetzen ist. Mit der mathematischen Bestimmung der drei Größen X, Y und Z, liegt der definitive Ort auf dem Spektralfarbenzug fest. Es reicht natürlich aus, nur zwei Zahlenwerte in das Koordinatensystem einzutragen, da der dritte Wert aus der Differenz der beiden übrigen zu 1 , berechnet werden kann. Zwar lässt sich jeder Farbton durch die drei Primärvalenzen erzeugen, aber nicht jeder Farbton erreicht seine volle Sättigung. Die Ursache besteht darin, dass eine Farbnuance, die aus zwei Primärvalenzen gemischt wurde, nicht auf einer Geraden liegt, sondern, entsprechend des Spektralfarbenzuges, auf einer Krümmung. Daraus folgt, dass Mischungen der jeweiligen Primärvalenzen, weniger gesättigt sein können als monochromatische Spektralfarben. Durch die Festlegung der Primärvalenz Grün auf den Wert 546,1 nm wird ein bestimmter Bereich des Farbenraumes nicht erfasst. Um auch die Farben zu erfassen, die sich außerhalb der geradlinigen Verbindungen zwischen den drei Punkten der Primärvalenzen befinden, schuf man ein mathematisches Bezugssystem, mit dessen Hilfe man die Berechnungen mit negativen Zahlenwerten umging. Durch dieses Bezugssystem, bei welchen zwischen den Bezugsgrößen X, Y und Z ein Farbenraum aufgespannt wird, ist es möglich jeden Punkt im unregelmäßig geformten Farbenraum durch positive Werte auszudrücken. Im mittleren Bereich der Fläche liegt der Weißpunkt, der sich entsprechend der verwendeten Lichtart verändert, da jede Lichtart eine andere spektrale Zusammensetzung hat. Die geradlinige Verbindung zwischen Schwarz und Weiß wird als Unbuntachse (Grauachse) bezeichnet. Die monochromatischen Spektralfarben, die am Rand des Spektralfarbenzuges in höchster Sättigung vorliegen, werden zur Mitte hin heller, sie „verweißlichen", bis sie schließlich in ein unbuntes Weiß münden. Mit dem CIE-System soll eine Vereinheitlichung und Normung der Lichtfarben- und quellen, sowie der Körperfarben erzielt werden. Die empfindungsgemäße Gleichabständigkeit der Farben wird hier nicht berücksichtigt. Das CIELAB-System Ein bedeutender Nachteil des CIE-Systems ist, dass es keine empfindungsgemäße Gleichabständigkeit besitzt. Deswegen versuchte man in mehreren Transformationsprozeduren die Normfarbwerte X, Y und Z in ein empfindungsgemäß gleichabständiges System umzusetzen. Im Jahr 1976 empfahl die Commission Internationale de L’ Eclairrage eine Transformationsformel, die heute weit verbreitet ist und internationale Anerkennung findet. Die Normfarbwerte X, Y und Z, erhalten als transformierte Farbwerte die Kennzeichnungen L*, a* und b*. Die Verbindung zwischen den Normfarbwerten X, y und Z im CIE-System und den Farbwerten L*, a* und b* lassen sich mathematisch so darstellen:
L* = 116 (Y:Yn) (1:3) 16 10 a* = 500[ (X:Xn) (1:3) – (Y:Yn) (1:3) ] (11) b* = 200[ (Y:Yn) (1:3) – (Z:Zn) (1:3) ] (12) Xn, Yn und Zn sind in diesen Transformationsgleichungen die Koordinaten der verwendeten Normlichtart. Um zu vermeiden, dass L* negative Werte annimmt muss L* > 0,01 sein. Einschränkungen gibt es ebenfalls für a* und b* bei sehr dunklen Farben. Die positiven und negativen Richtungen der senkrecht aufeinanderstehenden a* und b* - Achsen definieren den roten, gelben, grünen und blauen Farbbereich. In den einzelnen Quadranten befinden sich die braunen, gelbgrünen, blaugrünen und violetten Farbnuancen. Das Maß für die Helligkeit wird durch die L* - Achse bestimmt, die senkrecht auf den a* und b* - Achsen steht, da die Transformationsgleichung nur Y enthält. Für die Farben der Unbuntachse gilt a* und b* = 0. Die Sättigung der Farben nimmt zu, je weiter entfernt sie von der Unbuntachse liegen. Der Radiusvektor vom Unbuntpunkt zum Farbort in der a*, b*- Ebene erhält die Kennzeichnung C* = Chroma = Buntheit. Den gleichen Zahlenwert C* haben alle Farben, die auf einem Zylinder um die Unbuntachse liegen Den gleichen Buntton = H* besitzen alle Farben, die auf einem Radiusstrahl liegen. Farben gleicher Helligkeit = L* befinden sich auf einer Ebene parallel zur a* und b* - Ebene. Im Gegensatz zum CIE-System ist die Gerade im CIELAB-System, auf der die Farborte liegen nicht gerade, sondern gekrümmt. Die Einführung der L*, a* und b* Koordinaten stellt eine erhebliche Erleichterung für die Praxis dar. Besonders deswegen, weil sich die Unterschiede im Farbton und im Sättigungsgrad wesentlich differenzierter darstellen lassen. Die Transformation der Normfarbwerte X, Y und Z ist zwar rechnerisch nicht ganz einfach, dies ist jedoch bei computergesteuerten Mess- und Berechnungsanlagen ohne Schwierigkeiten möglich.
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