RGB zu CMYK: Wie Farbdaten vom Bildschirm zur Druckmaschine gelangen

Ein Bild kann auf dem Monitor des Designers korrekt aussehen, auf dem Bildschirm des Kunden matt und auf dem gedruckten Bogen wieder anders, selbst wenn jede Datei dieselben Farbwerte enthält. Der Grund dafür ist, dass RGB und CMYK Farben in zwei verschiedenen Sprachen beschreiben. Keines der beiden Modelle ist eine absolute physikalische Skala. Beide sind an das Gerät gebunden, das die Farbe erzeugt, sodass dieselben Daten auf jedem Scanner, Monitor, Proofgerät und jeder Druckmaschine zu einem anderen visuellen Ergebnis führen.

Was ein Farbraum beschreibt

Ein Farbraum ist die Teilmenge des sichtbaren Lichts, die ein gegebenes Modell darstellen kann. RGB verhält sich wie ein Einheitswürfel in einem dreidimensionalen Koordinatensystem, und jede Achse steht für eine Primärfarbe. Da jeder Farbraum nur ein Ausschnitt dessen ist, was das Auge sehen kann, deckt kein einzelnes Modell das gesamte sichtbare Licht ab. Drei unabhängige Attribute definieren eine Position innerhalb dieses Raums, und die Wahl unterschiedlicher Attribute führt zu unterschiedlichen Räumen. Das beschriebene Objekt ändert sich nicht; der Raum ist nur der Rahmen, mit dem es gemessen wird. Farbräume fallen in zwei große Familien: den primärfarbenbasierten Typ wie RGB, CMY und CMYK sowie die Typen, die Farbe von Helligkeit trennen, wie YCC, YUV und Lab.

Das RGB-Modell und additive Mischung

Rot, Grün und Blau sind die drei Primärfarben des Lichts. Das Auge nimmt Farbe über drei Arten von Zapfenzellen wahr, die am stärksten um 630 nm, 530 nm und 450 nm reagieren. Der größte Teil des sichtbaren Spektrums kann durch Mischen dieser drei Lichter in unterschiedlichen Anteilen nachgebildet werden. In der Bildreproduktion trägt jeder Kanal üblicherweise 256 Stufen, wobei 0 kein Licht und 255 das stärkste Licht bedeutet. Gleiche Werte aller drei Kanäle erzeugen Weiß, während Rot bei 255 mit Grün und Blau bei 0 reines Rot ergibt. RGB ist ein additives Modell: Licht addiert sich zu Licht, sodass mehr davon die Helligkeit und Energie erhöht. Gleiches Rot und Grün ergeben Gelb, gleiches Grün und Blau ergeben Cyan, gleiches Rot und Blau ergeben Magenta, und alle drei zusammen ergeben Weiß. Die Diagonale von Schwarz nach Weiß ist die Grauachse, und jeder Pixel eines Graustufenbildes liegt auf dieser Linie.

Das CMYK-Modell und subtraktive Mischung

Der Druck verwendet Farbstoffe und Pigmente, die Licht absorbieren, anstatt es zu emittieren. Cyan, Magenta und Gelb sind die subtraktiven Primärfarben, sodass ein CMY-Wert aus CMY = 1 - RGB ermittelt werden kann. Theoretisch reproduzieren die drei Farben zusammen den vollen Bereich des RGB-Würfels, und 100 Prozent jeder Farbe sollten Schwarz ergeben. Reale Farben bleiben dahinter zurück. Eine gelbe Farbe sollte alles Licht von 500 nm bis 700 nm reflektieren und 400 nm bis 500 nm absorbieren, doch die Farbe auf der Druckmaschine reflektiert im oberen Band zu wenig und absorbiert im unteren Band zu wenig, sodass sie mit einem leichten Magenta- und Cyan-Stich druckt. Cyan und Magenta verhalten sich genauso. Ohne Schwarz ergeben 100 Prozent aller drei Farben ein schlammiges Braun statt eines echten Schwarz. Das Hinzufügen einer Schwarzplatte stellt die Dichte wieder her und hält Grautöne neutral, weshalb CMYK für Farbe, Toner und Lack verwendet wird, während CMY allein selten erwähnt wird. CMYK ist ein angewandter Raum: Seine Zahlen beschreiben die Punktfläche auf der Druckmaschine, typischerweise von 0 bis 100 Prozent, sodass C0 M0 Y0 K0 weißes Papier und C0 M0 Y0 K100 Schwarz ist.

Warum eine Konvertierung nötig ist

Die Vorbereitung einer RGB-Datei für den Offsetdruck bedeutet, ihre Farben in CMYK abzubilden. Die Branche nennt diesen Schritt noch immer Farbseparation. Zwei Probleme machen ihn schwierig. Erstens decken die beiden Räume unterschiedliche Volumina ab: Der RGB-Farbraum ist größer als der CMYK-Farbraum, sodass Farben außerhalb des Farbbereichs komprimiert werden müssen, um zu passen. Zweitens hängen beide Räume von der Hardware ab, sodass es keine absolute Referenz gibt. Ein geräteunabhängiger Raum wie Lab dient als Brücke zwischen ihnen.

Farbumfang, Tonwert- und Weißpunktzuordnung

Drei Zuordnungsstrategien steuern den Wechsel von einem Farbumfang zum anderen. Die Farbumfangskompression kann Farben innerhalb des Zielbereichs halten und den Rest durch die nächstliegende Entsprechung ersetzen, oder Farben außerhalb des Bereichs mit der höchsten erreichbaren Sättigung des Ausgabegeräts wiedergeben, oder diese Farben auf den Rand des Farbumfangs projizieren, sodass der Farbton erhalten bleibt und die Sättigung gleichmäßig abnimmt. Die Tonwertkompression gibt entweder die Helligkeit innerhalb des Bereichs wieder und hebt oder senkt den Rest bis zur Grenze, was den Kontrast in Lichtern und Schatten verflacht, oder sie überlagert die hellsten Werte beider Farbräume und passt die übrigen Stufen in einer weichen Kurve an. Die Weißpunktzuordnung projiziert entweder das Quellweiß auf das Ausgabeweiß, wie es ein Standardbeobachter unter D50-Licht und einem Gesichtsfeld von zwei Grad definiert, oder sie rechnet die Quellwerte relativ zum Weißgrad des Papiers oder Bedruckstoffs um, der das Bild tragen wird.

Wie die Farbe durch den Separationsworkflow läuft

Ein reflektierendes Original wird als L0 A0 B0 gemessen. Ein Scanner oder eine Digitalkamera wandelt dieses Licht in R1 G1 B1 um. Die Datei erreicht den Bildbearbeitungsplatz, wo ein Operator die Farbe korrigiert und R2 G2 B2 erzeugt. Für einen Digitalproof werden die Daten in R3 G3 B3 umgerechnet und an einen Drucker gesendet, und das Proofblatt liest sich als L1 A1 B1. Für die Druckmaschine wird dieselbe Farbe in die vier Farbkanäle umgerechnet und wird zu den Punktflächen Y1 M1 C1 K1. Nach Ausschießen, RIP-Verarbeitung und Filmausgabe tragen die Separationen die Punktflächen Y2 M2 C2 K2. Nach der Plattenherstellung lauten die Werte auf der Platte Y3 M3 C3 K3, und nach der Übertragung der Farbe auf den Bedruckstoff verbinden sich die endgültigen Punktflächen Y4 M4 C4 K4 mit dem Papier zur gedruckten Farbe L2 A2 B2. Jede Stufe kann die Farbe verschieben, weshalb die Kontrolle bei jedem Schritt wichtig ist.

Separationsmathematik und Schwarzaufbau

Die Separation beginnt mit dem Schwarzwert, denn die anderen drei Kanäle hängen von ihm ab. Photoshop bietet Unterfarbenreduzierung (UCR) und Graukomponentenersatz (GCR) zum Aufbau der Schwarzplatte. Die Unterfarbenreduzierung liest R, G und B, bildet die Zwischenwerte c, m, y und k und wendet dann eine Schwarzaufbaufunktion und eine Unterfarbenreduzierungsfunktion an. Das Ergebnis hängt von der Kombination aus Papier und Farbe, der Punktzunahme in den Mitteltönen jeder Platte, der Schwarzfarbengrenze und der Gesamtfarbengrenze ab. Aus einer Menge von RGB-Werten ergeben sich die Zwischenwerte c = 1 - R, m = 1 - G und y = 1 - B, und die Unterfarbenreduzierung legt den Schwarzwert als k = min(c, m, y) fest. Nach Anwendung der Schwarzaufbau- und Reduzierungsfunktionen werden die endgültigen Werte so angepasst, dass jeder Kanal innerhalb der Farbengrenze der Druckmaschine bleibt. Diese Balance richtig einzustellen hält die Schatten offen, bewahrt neutrale Grautöne und verhindert, dass die Gesamtfarbendeckung das übersteigt, was Bedruckstoff und Trockner verkraften.