Fachdidaktikseminar SS 07
Farbe reproduzieren
Christian Roithner
Farbe reproduzieren
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Wie mischt man Farbe?
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Wie reproduziert man Farbe?
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Wo wird dies in der Technik verwendet?
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Kathodenstrahlröhre
LCD Bildschirme
Plasma Bildschirme
Farbdrucker
Scanner
Lichtfarben und Körperfarben
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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
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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
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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
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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
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Mit drei Farben (rot, grün, blau) kann man
jede Farbe innerhalb des Dreiecks
(Farbebene) erzeugen
Die Additive Farbsynthese
arbeitet daher mit der
Dreifarbentheorie von
Young und Helmholtz
RGB Farbraum
Subtraktive Farbsynthese
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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
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Aus systemtheoretischer Sicht ist die
subtraktive Farbsynthese eine
Hintereinanderschaltung von Filtern.
Bedingt durch die
Rezeptorenarten unseres
Sehsinns, findet man
drei 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
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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?
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Malerei
Verschiede Farbsysteme:
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Textilbranche
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Designer
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HSV
RGB
CMYK
CIELab
XYZ
XyY
YUV
YIQ
Folcotone
TruMatch
Pantone
HKS
HSV-System
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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
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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 RGBFarbmodell verstanden
werden.
CIELab-System
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CIELab beinhaltet alle
Farben die vom
menschlichen Auge
wahrgenommen werden
kann.
Lab steht für
L=Helligkeit
(Luminace), a= RotGrün-Information
b= Blau-GelbInformation
Pantone-System
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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
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Kathodenstrahlröhre
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LCD Bildschirme
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Plasma Bildschirme
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Farbdrucker
Kathodenstrahlröhre
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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. Glühkathoden
2. Elektronenstrahlen
3. Bündelungsspulen
4. Ablenkspulen
5. Anodenanschluss
6. Lochmaske
7. Fluoreszenzschicht mit roten,
grünen und blauen Subpixeln
8. Nahansicht der Fluoreszenzschicht
Farbfernseher
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Auf der Bildschirminnenseite wird der
Leuchtstoff aufgebracht.
Beim Farbfernseher sind dies senkrecht
angeordnete nebeneinander liegende rot,
grün und blau fluoreszierende
Leuchtstoffstreifen
Farbfernseher
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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
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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
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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
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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
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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
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Fernseher
Notebooks, Laptops,
Taschenrechner
Digitaluhren
Mobiltelefone
Plasma
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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
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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
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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
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Tintenstrahldrucker
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Laserdrucker
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Scanner
Tintenstrahldrucker – BubbleJet Methode
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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
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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
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Im Prinzip gleich wie der Schwarz-WeißLaserdruck, 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
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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
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Bildschirme und Scanner arbeiten nach dem
RGB-System, Drucker aber nach dem CMYKSystem -> Farben werden nicht gleich
dargestellt
Wie stimmt man die Farben die auf dem
Bildschirm erscheinen mit den Farben des
Druckers ab?
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Mittels teurem Abstimmprogramm
Gewünschte Farbe ausdrucken (Tinten-, Laserdrucker)
und dann wieder einscannen
Scannen
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Datenerfassungsgerät, welches ein Objekt auf eine
systematische regelmäßige Weise abtastet oder
vermisst
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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