Wie bereits in diesem Artikel dargestellt, ist das Behandeln von akustischen Verzerrungen für eine unverfälschte Wiedergabe des Klangbildes durch die Lautsprecher erforderlich. Allerdings wird es, aufgrund der Beeinflussung der Schallwelle durch die genannten raumabhängigen Interferenzen, nie möglich sein, eine exakte Kopie der Wiedergabe in unterschiedlichen Räumen zu erzeugen.

Ähnlich verhält es sich mit der Lichtwelle. Die von der Lichtquelle des Anzeigegerätes emittierten Lichtwellen werden teilweise von den rauen Oberflächen des Raumes als Streulicht reflektiert. Der Betrachter nimmt folglich nicht nur die 1. Reflexion des Lichtes über die Leinwand (oder das Direktlicht über den Fernseher), sondern auch Reflexionen höherer Ordnung als Streulicht wahr. Das wahrgenommene Bild wird demnach von den Oberflächen des Raumes beeinflusst. Eine exakte Kopie des Bildes wird in unterschiedlichen Räumen so nicht darstellbar sein.

Allerdings durchdringt die elektromagnetische Lichtwelle des sichtbaren Lichtes, im Gegensatz zur Schallwelle, die meisten Oberflächen nicht. Sie interagiert vielmehr mit der auftreffenden Oberfläche auf elementarer Ebene: Die Energie der Lichtwelle wird, abhängig vom Material der Oberfläche, unterschiedlich stark absorbiert. Die verbleibende Energie wird in Form von Photonen emittiert und erzeugt so das wahrgenommene Streulicht. Eine Behandlung der Oberfläche mit einem (sehr dunklen) Material, das keine Photonen und somit kein sichtbares Streulicht emittiert, ist möglich. Werden unterschiedliche Räume nun entsprechend behandelt, wird in diesen Räumen ausschließlich die Erstreflexion der Lichtwellen die Betrachtenden erreichen und identische Bilder werden in unterschiedlichen Räumen identisch darstellbar sein. Dieser Umstand ermöglichte das Entstehen von Industrieempfehlungen für die Bildwiedergabe. Wird das Anzeigegerät in einem solchen Raum auf die entsprechende Empfehlung kalibriert, können Filme mit den Farben wiedergegeben werden, welche die Filmemachenden für diese vorgesehen haben. Eine praktische Anleitung zur Umsetzung dieser Empfehlungen findet sich am Ende des Artikels.

Für jedes Medium existiert eine eigene Empfehlung:

MediumEmpfehlungPrimärfarbenSekundärfarben
(berechnet)		WeißpunktGamma
DVDITU-R BT.601 (525)
Rot: (0,63|0,34)
Grün: (0,31|0,595)
Blau: (0,155|0,07)		Gelb: (0,4209|0,5067)
Cyan: (0,2306|0,3262)
Magenta: (0,3144|0,1606)		D65: (0,3127|0,329)
CCT: 6504,3148 K
(geschätzt)		ITU-R BT.1886
DVDITU-R BT.601 (625)
Rot: (0,64|0,33)
Grün: (0,29|0,6)
Blau: (0,15|0,06)		Gelb: (0,4172|0,5018)
Cyan: (0,2197|0,3287)
Magenta: (0,3271|0,1576)		D65: (0,3127|0,329)
CCT: 6504,3148 K
(geschätzt)		ITU-R BT.1886
2D-BDITU-R BT.709
Rot: (0,64|0,33)
Grün: (0,3|0,6)
Blau: (0,15|0,06)		Gelb: (0,4193|0,5053)
Cyan: (0,2246|0,3287)
Magenta: (0,3209|0,1542)		D65: (0,3127|0,329)
CCT: 6504,3148 K
(geschätzt)		ITU-R BT.1886
3D-BDITU-R BT.709
Rot: (0,64|0,33)
Grün: (0,3|0,6)
Blau: (0,15|0,06)		Gelb: (0,4193|0,5053)
Cyan: (0,2246|0,3287)
Magenta: (0,3209|0,1542)		D65: (0,3127|0,329)
CCT: 6504,3148 K
(geschätzt)		ITU-R BT.1886
UHD-BDITU-R BT.2020
Rot: (0,708|0,292)
Grün: (0,17|0,797)
Blau: (0,131|0,046)		Gelb: (0,4465|0,5374)
Cyan: (0,1465|0,3446)
Magenta: (0,3682|0,1471)		D65: (0,3127|0,329)
CCT: 6504,3148 K
(geschätzt)		ITU-R BT.1886


Abbildung 1: ITU-R-Empfehlungen auf der CIE-Normfarbtafel

Zeigt die ITU-R-Empfehlungen für die Medien auf der CIE-Normfarbtafel.

Die Primärfarben werden über das Wertepaar 𝑥 und 𝑦 beschrieben. Die Koordinaten stehen für einen Farbort mit einer bestimmten Wellenlänge des Lichtes auf der CIE-Normfarbtafel (siehe Abb. 1). Für die Kalibrierung wird die Normfarbtafel um eine 3. Koordinate 𝑌 erweitert, welche die Luminanz (Helligkeit) repräsentiert. Die Koordinaten der für die Kalibrierung ebenfalls relevanten Sekundärfarben werden durch das additive Mischen von zwei Primärfarben über deren Koordinaten berechnet.

Der Weißpunkt steht für die Wahrnehmung einer grauen Fläche bei einer Beleuchtung und wird ebenfalls über Koordinaten auf der CIE-Normfarbtafel angegeben. Diese graue Fläche erscheint in der Praxis, abhängig von der Beleuchtung, unterschiedlich getönt. Der Einfluss der Beleuchtungsart auf den Farbton wird ausgeglichen, indem die Lage des Weißpunktes auf die Beleuchtungsart abgestimmt wird. So kann die Unbuntfarbe „Weiß“ über den Weißpunkt für die entsprechende Beleuchtungsart definiert werden. Zum Beispiel definiert der geltende Weißpunkt der in der Tabelle aufgezeigten Medien die Unbuntfarbe „Weiß“ für die Beleuchtungsart „klarer blauer Nordhimmel der Mittagszeit“.

Für die Kalibrierung ebenfalls von Bedeutung ist die mögliche Lage des Weißpunktes auf der Schwarzkörperkurve der CIE-Normfarbtafel. Auf deren Verlauf sind die Farben als korrelierte Temperatur (Correlated Color Temperature) in Kelvin angegeben. Diese Temperatur kann entweder über einen idealen thermischen Strahler (auch Schwarzer Körper genannt) ermittelt oder mit der 2013 von Ohno entwickelten Methode sehr genau aus den Koordinaten geschätzt werden.

Als Letztes ist der Gamma-Wert (𝛾) zu berücksichtigen. Dieser dient der Korrektur der Luminanz von Bildern und ist aufgrund des nicht-linearen Helligkeitsempfinden des Menschen notwendig. Die vom Menschen empfundene Helligkeit steigt in dunklen Bereichen steiler und in hellen weniger steil an. Allerdings werden die verschiedenen Helligkeitsabstufungen einzelner Farben der Pixel eines Bildes mit linearem Zusammenhang gespeichert.

Abbildung 2: Gamma-korrigierte und lineare Luminanz

Zeigt den Unterschied zwischen gamma-korrigierter und linearer Luminanz.
Quelle

D. h. ein Bild mit einer Farbtiefe von 8 Bit hat für jede Primärfarbe 256 lineare Helligkeitsabstufungen. Ein Pixel der Farbe Grau mit dem RGB-Tripel (128/128/128) hat demnach eine Luminanz von 50 %. Der gleiche Pixel des mit einem Gamma-Wert von 2,2 korrigierten Bildes hat mit einem Tripel von (56/56/56) nun eine Luminanz von 22 %. Der mathematische Zusammenhang ergibt sich im einfachsten Fall über folgende Transferfunktion:

\begin{align*} V_{out}={V_{in}}^{\gamma} \end{align*}

wobei 𝑉𝑜𝑢𝑡 das gamma-korrigierte Ausgangssignal, 𝑉𝑖𝑛 das Eingangssignal und 𝛾 den Gamma-Wert darstellt.

Die Empfehlungen der aufgeführten Medien verweisen für die Gammakorrektur auf die Transferfunktion in der ITU-R-Empfehlung BT.1886. Im Gegensatz zur reinen Potenzfunktion berücksichtigt diese auch den Schwarz- und Weißwert des Anzeigegerätes und ist wie folgt gegeben:

\begin{align*} L=a{(max[(V+b),0])}^{2,4} \end{align*}

wobei 𝐿 die Luminanz des Anzeigegerätes in cd/m², 𝑉 das Eingangssignal und der Exponent der Potenzfunktion mit der Konstante 2,4 den Gamma-Wert darstellt.

Über die Variable 𝑎 fließt der Schwarzwert in die Funktion mit ein:

\begin{align*} a={({L_W}^{1/2,4}-{L_B}^{1/2,4})}^{2,4} \end{align*}

und über Variable 𝑏 der Weißwert:

\begin{align*} b=\frac{{L_B}^{1/2,4}}{{L_W}^{1/2,4}-{L_B}^{1/2,4}} \end{align*}

Hierbei steht 𝐿𝑊 für den Weißwert (gemessen über die Farbe Grau bei 92 % Luminanz) und 𝐿𝐵 den Schwarzwert (gemessen über die Farbe Grau bei 6 % Luminanz).

Der graue Pixel mit dem RGB-Tripel (128/128/128) und einer Luminanz von 50 % hat bei einem Anzeigegerät mit einem Weißwert von 120 cd/m² und einem Schwarzwert von 0,03 cd/m² über die Transferfunktion der Empfehlung BT.1886 nun eine gamma-korrigierte Luminanz von 20 % bzw. 24 cd/m².

Einige Anzeigegeräte lassen keine Gammakorrektur nach BT.1886, sondern ausschließlich über die reine Potenzfunktion, zu. Hier ist es sinnvoll, den Schwarz- und Weißwert des Gerätes zu messen, und die Steigung über 9 Graustufen mit dem Logarithmus des normalisierten Eingangssignals (10 – 90 %) auf der Abszisse und dem Logarithmus der normalisierten Luminanz aus der Transferfunktion auf der Ordinate zu berechnen und zu mitteln. Dies entspricht dem mittleren Gamma-Wert der reinen Potenzfunktion.

Berechnung des mittleren Gamma-Wertes für die reine Potenzfunktion
aus der Transferfunktion nach BT.1886
Schwarzwert: cd/m²Weißwert: cd/m²
Gamma-Wert:

Mit der folgenden Anleitung kann das jeweilige Anzeigegerät auf die entsprechende Empfehlung kalibriert werden.

Folgende Hard- und Software wird benötigt:

  • Anzeigegerät
  • Computer
  • Spektralfotometer
  • Kolorimeter
  • Kalibrierungssoftware
  • Kalibrierungsmuster

1. Aufwärmen der Geräte:

Die Messgeräte und das Anzeigegerät werden eine halbe Stunde aufgewärmt. Hierzu muss das Anzeigegerät lediglich eingeschaltet und die Messgeräte über einen USB-Port mit Strom versorgt werden. (Einige LED-Projektoren verfügen über einen integrierten Farbsensor, der den Farbraum der LEDs gegenüber temperatur- und alterungsbedingten Veränderungen beim Einschalten des Projektors korrigiert. Ist ein solcher Sensor verbaut, muss der Projektor nach dem Aufwärmen aus- und wieder eingeschaltet werden.)

2. Profilieren des Anzeigegerätes:

Das Spektralfotometer an den USB-Port anschließen und eine neue Messung in der Kalibrierungssoftware starten. Das Spektralfotometer sollte automatisch erkannt werden. Anschließend eine Weißkachelkalibrierung mit der zugehörigen Weißkachel durchführen. Eine Dunkelkalibrierung wird von der Kalibrierungssoftware unmittelbar im Anschluss automatisch durchgeführt. Hierfür darf kein Licht auf die Linse treffen, es genügt demnach, die Weißkachel weiterhin montiert zu lassen. (Die Aktivierung des Hochauflösungsmodus kann bei sehr schmallbandigen Lichtquellen, wie bspw. dem Laser, genauere Ergebnisse liefern. Weitere Informationen dazu finden sich hier.)

Die Positionierung des Spektralfotometers erfolgt auf Höhe des Referenzplatzes. Das Messgerät wird mit einem Kalibrierungsmuster (1 %-Fenster; 92 % Luminanz) der Farbe Grau positioniert, indem die mittig, parallele Ausrichtung zum Anzeigegerät über die höchste Lichtleistung (cd/m²) ermittelt wird.

Anschließend eine Punktmessung der drei Primärfarben und der Unbuntfarbe Weiß (entspricht der Farbe Grau mit 92 % Luminanz) mithilfe der entsprechenden Kalibrierungsmuster durchführen und das Ergebnis speichern.

Das Kolorimeter an den USB-Port anschließen und eine neue Messung in der Kalibrierungssoftware starten. Das Kolorimeter sollte automatisch erkannt werden. Anschließend den Typ des Anzeigegerätes wählen: Sample-and-Hold (LCD & LCoS) oder Impulse-driven (DLP).

Die Positionierung des Kolorimeters erfolgt auf Höhe des Referenzplatzes. Das Messgerät wird mit einem Kalibrierungsmuster (1 %-Fenster; 92 % Luminanz) der Farbe Grau positioniert, indem die mittig, parallele Ausrichtung zum Anzeigegerät über die höchste Lichtleistung (cd/m²) ermittelt wird.

Eine Punktmessung der drei Primärfarben und der Unbuntfarbe Weiß (entspricht der Farbe Grau mit 92 % Luminanz) mithilfe der entsprechenden Kalibrierungsmuster durchführen und das Ergebnis speichern.

Zuletzt die Messung mit dem Spektralfotometer in der Kalibrierungssoftware öffnen und als Referenz markieren. Anschließend die Messung mit dem Kolorimeter öffnen und die Korrekturmatrix erstellen und speichern.

3. Kalibrieren des Anzeigegerätes:

Zuerst wird der Weiß- und Schwarzwert des Anzeigegerätes auf Sicht kalibriert. Hierzu das entsprechende Kalibrierungsmuster (siehe Abb. 3 & 4) auf dem Anzeigegerät wiedergeben. Bei der Weißwertkalibrierung sollte die Farbe Grau mit einer Luminanz von 92 % (235/235/235) und alle Graustufen mit höherer Luminanz weiß erscheinen.

Abbildung 3: Kalibrierungsmuster (Weißwert)

Zeigt das Kalibrierungsmuster für den Weißwert.
Quelle

Bei der Schwarzwertkalibrierung sollte die Farbe Grau mit einer Luminanz von 6 % (16/16/16) und alle Graustufen mit geringerer Luminanz schwarz erscheinen.

Abbildung 4: Kalibrierungsmuster (Schwarzwert)

Zeigt das Kalibrierungsmuster für den Schwarzwert.
Quelle

Danach folgt die Graustufenkalibrierung und die Kalibrierung der Primär- und Sekundärfarben über die Kalibrierungssoftware.

Das Kolorimeter an den USB-Port anschließen und eine neue Messung in der Kalibrierungssoftware starten. Das Kolorimeter sollte automatisch erkannt werden. Anschließend den Typ des Anzeigegerätes wählen: Sample-and-Hold (LCD & LCoS) oder Impulse-driven (DLP). Die zuvor erstellte Korrekturmatrix sollte automatisch geladen werden.

Das Anzeigegerät wird nun mit den Werten aus der ITU-R-Empfehlung für das jeweilige Medium eingestellt. Für gewöhnlich kann der Farbraum direkt angegeben werden. Die Primär- und Sekundärfarben des jeweiligen Farbraumes sind dann bereits hinterlegt. Der Weißpunkt kann möglicherweise abweichen und ist über die korrelierte Farbtemperatur der Tabelle zu entnehmen. Sollte eine Gammakorrektur nach BT.1886 nicht möglich sein, kann vorerst ein unbestimmer Wert eingestellt werden (für die meisten Anzeigegeräte scheint ein Wert von 2,2 sinnvoll). In der Kalibrierungssoftware werden anschließend die Werte aus der Empfehlung als Referenz hinterlegt. Hier muss nur die Empfehlung angegeben werden, die zugehörigen Werte werden automatisch übernommen.

Die Positionierung des Kolorimeters erfolgt auf Höhe des Referenzplatzes. Das Messgerät wird mit einem Kalibrierungsmuster (1 %-Fenster; 92 % Luminanz) der Farbe Grau positioniert, indem die mittig, parallele Ausrichtung zum Anzeigegerät über die höchste Lichtleistung (cd/m²) ermittelt wird.

Nun folgt eine Punktmessung von 11 Stufen der Grautreppe mit jeweils 10 % Unterschied in der Luminanz. Die Kalibrierungsmuster (100 %-Fenster; 6 % Luminanz – 92 % Luminanz) der Farbe Grau werden wiedergegeben und die Messung durchgeführt. Sollte eine Gammakorrektur nach BT.1886 im Anzeigegerät nicht möglich sein, kann der gemessene Schwarz- (1. Graustufe) und Weißwert (11. Graustufe) bereits für die Ermittlung des mittleren Gamma-Wertes verwendet und ein Gamma-Wert im Anzeigegerät hinterlegt werden, der dem ermittelten Gamma-Wert am nächsten liegt. Weicht dieser vom hinterlegten Wert ab, muss die Weiß- und Schwarzwertkalibrierung sowie die Messung der Grautreppe erneut durchgeführt werden.

Anschließend ein Kalibrierungsmuster (100 %-Fenster; 92 % Luminanz) der Farbe Grau wiedergeben und eine Dauermessung der letzten Graustufe starten. Diese Graustufe wird nun über den Weißabgleich im Anzeigegerät durch Verstärkung (Gain) und Verschiebung (Offset) soweit korrigiert, bis der empfundene Farbabstand (Δ𝐸) zwischen dem gemessenen Wert und dem Referenzwert kleiner 2 beträgt. Erneut eine Messung der Grautreppe und gegebenenfalls Veränderungen am Weißabgleich vornehmen und durch eine Messung prüfen, bis das gewünschte Ergebnis erreicht ist. Der Schwarz- und Weißwert wird nun erneut überprüft und gegebenenfalls korrigiert. Sollte eine Korrektur der Werte notwendig sein, muss auch die Kalibrierung der Grautreppe wiederholt werden.

Mit der Kalibrierung der Primär- und Sekundärfarben fortfahren, indem die entsprechenden Kalibrierungsmuster auf dem Anzeigegerät wiedergegeben werden und die Punktmessung der Farben in der Kalibrierungssoftware durchgeführt wird. Anschließend eine Dauermessung der 1. Primärfarbe vornehmen und die Farbe über die 𝑥-, 𝑦- und 𝑌-Werte am Anzeigegerät soweit korrigieren, bis Δ𝐸 kleiner 2 ist. Anschließend eine Punktmessung der Unbuntfarbe Weiß (entspricht der Farbe Grau mit 92 % Luminanz) durchführen und mit den weiteren Primär- und Sekundärfarben fortfahren. Die Kalibrierung der Grautreppe wird nach der Kalibrierung der Primär- und Sekundärfarben erneut überprüft. Sollte der Weißabgleich geändert werden, müssen die Primär- und Sekundärfarben und ggf. sogar der Weiß- oder Schwarzwert erneut kalibriert werden.

Quellen: