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Farbmanagement bei der Filmdigitalisierung von Archivgut

Roland Dreyer

Eine ausführliche Darstellung finden Sie bei: Roland Dreyer: Der Farbmanagement-Workflow bei der Filmdigitalisierung von Archivgut. In: Kulturgut aus Archiven, Bibliotheken und Museen im Internet. Neue Ansätze und Techniken (Werkhefte der Staatlichen Archivverwaltung Baden-Württemberg). Stuttgart 2004.

Überblick

Farbmanagement ist bis zum heutigen Tage ein Verfahren, das selbst von gestandenen Fachleuten der Druck- und Reprotechnik nur selten verstanden, geschweige denn richtig angewendet wird. Das liegt zum Teil an der Komplexität der Materie, zum Teil aber auch an der völligen Überschätzung der Möglichkeiten des Farbmanagements. Wenn ein Bild bereits bei der Erfassung beschädigt wird, ist die Hoffnung, die Fehler mit Farbmanagement beheben zu können, etwa genauso berechtigt, wie jene, die verspricht, eine zerborstene Schaufensterscheibe mit Klebeband reparieren zu können.

1. Grundlagen des Farbmanagements

1.1 Fehler bei der Farberfassung

Das in der ausführlichen Darstellung (s.o.) beschriebene Vektormodell der Farbpräsentation erleichtert es ungemein, die Fehler bei der Erfassung von Farbe zu systematisieren. Es gibt im Wesentlichen drei Fehlermechanismen, die sich im Regelfall überlagern:

1. Clipping

Farbvektoren werden ab einer bestimmten Länge einfach beschnitten, weil der Farbkörper des Wiedergabemediums kleiner ist als der des Originals. Dadurch kommt es zu irreversiblem Informationsverlust, weil aus einer zuvor unterscheidbaren Menge unterschiedlich langer Vektoren eine ununterscheidbare Menge gleicher Farbvektoren wird. In der Praxis zeigt sich das als Sättigungsverlust.
Beispiel: einem weiß-blauen Himmel fehlen in der Reproduktion die tiefblauen Töne.

2. Verschiebung

Farbvektoren erfahren eine Verschiebung, ändern also ihre Richtung im Farbraum. Dadurch ändert sich der Farbton.
Beispiel: Die neutralgraue Wolke im Original bekommt in der Reproduktion einen Grünstich.

3. Verzerrung

Farbvektoren werden nicht-linear abgebildet. Man stelle sich ein thermisch-mechanisch deformiertes Zentimetermaß aus Folie vor, das am Anfang kürzere, in der Mitte normale und am Ende längere Skaleneinheiten hat als das Original.
Beispiel: Eine dunkle Bildpartie verliert in der Reproduktion ihre Zeichnung und wird zu einer homogenen schwarzen Fläche.

Diese Fehlermechanismen greifen bei allen Bilderfassungssystemen vom Auge über den Film bis zur Digitalkamera, sind also analoger Natur.

Durch die Digitalisierung tritt ein weiteres Ungemach hinzu, das auf vertrackte Weise mit diesen analogen Fehlern interagiert. Digitalisierung bedeutet, dass eine kontinuierliche Skala mit (nahezu) unendlich vielen Werten in Klassen oder Stufen eingeteilt wird. Die Ausgangswerte werden nun durch ihre Stufen-Nummer repräsentiert: die zuvor (nahezu) unendliche Menge von Werten wird auf eine kleine Anzahl von Werteklassen reduziert. Das nennt man Quantisierung. Der damit einhergehende Informationsverlust wird, wie in der Nachrichtentechnik üblich, mit dem Begriff Quantisierungsrauschen beschrieben.

Die Anzahl der verfügbaren Klassen wird von der binären Wortlänge diktiert. Sehr üblich sind Binärworte mit 8 Ziffern: 8 bit können 28 = 256 Klassen nummerieren. So werden eine Grauskala (alle Helligkeitswerte von schwarz bis weiß) oder die Farbkomponente eines RGB-Farbvektors mit in allen digitalen Bildformaten mit 256 Stufen quantisiert.

Dies sollte eigentlich genügen, wenn man sich vergegenwärtigt, dass unser Sehvermögen maximal 128 Stufen unterscheiden kann. Doch das Problem liegt in den vielen nicht-linearen Prozessen wie der vorgenannten Farbvektorverschiebung: dabei wird eine Skala über eine nicht-lineare (also gekrümmte) Funktionskurve auf eine andere Skala abgebildet.

Die Quantisierungsfalle

Hat die Ausgangsskala ebenso viele Stufen wie die Zielskala, kommt es je nach Kurvenkrümmung zu einer fatalen Situation: als ob man an einer Stelle neun Eier gleichmäßig auf sieben Körbe, an einer anderen Stelle aber ein Ei auf drei Körbe verteilen müsste.

Es ist diese prinzipiell unlösbare 8 bit-Klippe, die die meisten Versuche von Farbmanagement in der digitalen Bilderwelt scheitern lässt. Man kann sich noch so viele Farbraumvarianten ausdenken: so lange man nur 3 x 8 bit für die Verarbeitung von RGB-Bildern zur Verfügung hat, ist Schiffbruch - sprich eine sichtbare Beschädigung des Bildes - unvermeidbar.

Die Beschränkung auf acht bit hat ihre historischen Wurzeln in der Datenverarbeitung: früher konnten die Computer größere Datenwörter nur mit erheblicher Mühe verarbeiten und speichern. Heute gibt es keinen Grund mehr, Bilder auf 3 x 8 = 24 bit zu kastrieren, wenn sie noch in irgendeiner Weise nichtlinear prozessiert werden müssen. Und das müssen sie praktisch immer, denn bereits die Anzeige auf einem Display ist ein nichtlinearer Prozess. Nur dann, wenn man diesen einen Ausgabeprozess genau kennt, kann man mit maßgeschneidert aufbereiteten acht bit eine einwandfreie Bilddarstellung erzielen. Wirklich nur dann.

Weiß man, dass in der Praxis jeder der zig Millionen Monitore auf der Welt seine eigene Sichtweise hat, die nicht nur von seinen Einstellungen, sondern auch von Umgebungsbeleuchtung (damit von der Tageszeit), der Kondition des Betrachters und - bei TFT-Displays - auch seinem Blickwinkel abhängt, ahnt man, wie vielfältig unlösbar die Probleme des Farbmanagements sind.

1.2 Erfassung von Farbfehlern

Unbeschadet der beschriebenen Problematik ist der Ansatz der Farbfehlerkorrektur weitgehend unstrittig: man muss den Fehler, also die Abweichung von SOLL und IST, zuerst quantitativ erfassen, bevor man ihn zu korrigieren versucht.
Greifen wir dazu wieder auf das Vektormodell zurück. Jeder einzelne Bildpunkt in einem Original hat seinen Farbort im Farbkörper. Gleiches gilt für die Bildpunkte in der Reproduktion. Für jeden Farbort im Original lässt sich also der Verlagerungsprozess durch einen Verschiebungsvektor beschreiben.
In der Reproduktionspraxis ist das recht einfach. Man nimmt dazu eine colorimetrisch ausgemessene Vorlage mit verschiedenen Farbfeldern, deren Farbort bekannt ist. Diese Vorlagen sind als so genannte IT8-Targets international genormt.

Screenshot IT8-target-Faust.
Abb. 1: IT8-target-Faust.

Reproduziert man dieses IT8-Target analog oder digital auf ein anderes Medium (Film, Monitorbild), so kann man diese Abbildung ebenfalls colorimetrisch mit einem Spektralphotometer ausmessen. Über ihre geometrische Lage ist die Zuordnung der einzelnen Farbfelder in Original und Reproduktion unproblematisch. So erhält man einen direkten Vergleich von SOLL- und IST-Werten für alle Farborte, die auf dem IT8-Target vorhanden sind. Der Nutzwert dieses Vergleichs ist also umso größer, je mehr Felder ein Target hat, und je vollständiger der Farbkörper des Originals repräsentiert wird. Es müssen also möglichst alle kritischen Farben am Rand des Farbkörpers vorhanden sein: ganz helle wie ganz dunkle, gesättigte und ungesättigte und natürlich alle Farbtöne.

Aus diesem Soll-Ist-Vergleich erhält man dann ein so genanntes Farbprofil, dessen datentechnischer Aufbau vom internationalen Standardgremium ICC vorgeschrieben ist. Dieses ICC-Farbprofil beschreibt also die Abweichungen, die ein spezifischer Reproduktionsprozess erzeugt. Bis hierhin ist das alles noch recht unproblematisch, wenn man über die für eine Profilierung benötigten Instrumente, Vorlagen und EDV-Programme verfügt und gelernt hat, mit ihnen umzugehen. Dass man für eine vollständige Kalibrierungsausrüstung mit Spektralphotometer mehrere tausend Euro bezahlen muss, sei nur am Rande erwähnt.

1.3 Farbmanagement in der Praxis

Die Historie des ICC

Im Jahr 1993 gründeten eine Reihe von Industrieunternehmen, darunter Adobe, Agfa, Apple, Kodak und Microsoft, das International Color Consortium ICC mit dem Ziel, einen offenen, hersteller- und plattformunabhängigen Standard für den Austausch von Farbdaten und zwischen Anwendungsprogrammen auch über Betriebssystemgrenzen hinweg zu schaffen.

CIE-XYZ als Profile Connection Space

Die ICC-Profile sind seitdem essentieller Bestandteil eines Color-Management-Systems (CMS). Das ICC-Profil ist wie ein Fingerabdruck eines Geräts zur Aufnahme und Wiedergabe von Farben: es beschreibt den gerätespezifischen Farbraum und die Farbfehler des Eingabegeräts, indem es ihn bei einem Eingabegerät auf einen geräteunabhängigen Austauschfarbraum oder Profile Connection Space PCS abbildet oder umgekehrt die Übersetzung vom PCS auf den Gerätefarbraum des Ausgabegeräts vornimmt und dabei dessen Farbverschiebungen berücksichtigt.

Als Profile Connection Space sieht der ICC-Standard den CIEXYZ-Raum von 1931 vor. CIEXYZ ist eineindeutig, also in beiden Richtungen eindeutig auf CIE-Lab abbildbar. Im Austauschfarbraum lassen sich die Farbkörper oder Farbumfänge (Gamuts) der Geräte direkt miteinander vergleichen.

Wie umfangreich ein ICC-Profil ist, hängt ganz von den abzubildenden Farbräumen ab. Ein Monitorprofil kommt mit neun Werten aus, da der RGB-Raum des Monitors mit einer einfachen 3x3-Matrix in XYZ umgerechnet werden kann. Bei einem Scanner sind dagegen die nichtlinearen Zusammenhänge nur über eine Tabelle (LookUp-Table) darstellbar, die einige hundert Werte umfassen kann. Im Einzelfall kann das Profil durchaus mehr Speicherplatz beanspruchen, als das Bild, dem es beigefügt ist.

Profile gehen übrigens gerne verloren, weil nicht jedes Programm damit umgehen kann. Es sei auch daran erinnert, dass das Standardprogramm Adobe Photoshop beim Update von Version 5.0 auf 5.5 und 6.0 jeweils eine völlig neue Philosophie beim Umgang mit Farbprofilen mit sich brachte. Die Chancen dafür, dass der Anwender bei der nächsten Photoshop-Version wieder umlernen muss, stehen nicht schlecht.

Für die digitale Erhaltungsspeicherung könnte deshalb ein anderes Konzept viel praktikabler sein: die Farbdaten werden im referenzierten Farbraum CIE-Lab oder dem - zu CIE-Lab sehr verwandten und nicht proprietären - Farbraum PhotoYCC der Kodak Photo CD abgespeichert, so dass die kritische Speicherung von Aufnahme-Farbprofilen überflüssig ist. Voraussetzung ist dafür allerdings, dass die Luminanzinformation nicht durch eine 8 bit Quantisierung unwiederbringlich beschädigt wird. Leider gibt es derzeit kein standardisiertes Dateiformat, das CIE-Lab-Daten mit mehr als 3 x 8 bit speichert.

Auf die Rendering Intents kommt es an

Nun kommt das eigentliche CMS zum Zuge, indem es den Eingabefarbkörper auf den - im Regelfall deutlich kleineren - Ausgabefarbkörper abbildet. Bei diesem Gamut Mapping gibt es vier verschiedene Strategien, die das ICC als Rendering Intents bezeichnet:

Absolute Colorimetric Rendering setzt nahezu identische Farbräume von Vorlage und Reproduktion voraus.

Relative Colorimetric Rendering erfolgt durch Gleichsetzung der Weißpunkte von sehr ähnlichen Farbräumen.

Perceptual ist wohl das meist gebrauchte Verfahren, bei dem durch Gamut Mapping und Angleich der Gradationen eine wahrnehmungsmäßig annehmbare Übereinstimmung von Vorlage und Druck angestrebt wird.

Saturation Preserving ist nur bei Vorlagen mit hochgesättigten Farben wie in Präsentationsgrafiken sinnvoll.

Profile selbst erstellen

Während das eigentliche CMS in der Regel in der Applikationssoftware und/oder im Betriebssystem integriert ist, steht der Praktiker der Vorstufe vor der Aufgabe, seine eigene Hardware zu profilieren. Gerätetypische Hardwareprofile gehören zwar heute schon zum Lieferumfang vieler Scanner und Drucker, aber bezogen auf das einzelne Gerät gibt es immer leichte Abweichungen vom typischen Profil.

Hier kommen die Profil-Editoren zum Zug, mit denen individuelle Profile erstellt oder vorhandene Profile feinjustiert werden können; letzteres ist im Regelfall bedeutend einfacher und zeitsparender als die komplette Neuerstellung eines Profils. Vor allem zwei Komponenten sind für die Kosten solcher Editoren verantwortlich: für die Profilierung von Eingabegeräten benötigt man kalibrierte Aufsichts- und Durchsichts-Vorlagen, so genannte Targets, nach dem Standard IT8. Die Produktion solcher Targets ist nicht ganz billig; die günstigste Bezugsquelle ist derzeit Wolf Faust, Frankfurt, der als einziger auch aufgezogene IT8-Targets im A4-Format anbietet.

Spektrophotometer ist unverzichtbar

Der zweite Kostenfaktor ist die Messtechnik für die Kalibrierung der Ausgabegeräte: Monitorfarbmessgeräte und Densitometer. Sie sollten nach Möglichkeit den Empfehlungen des Softwareherstellers entsprechen oder am besten gleich von ihm bezogen werden, damit die Datenübernahme beim Ausmessen der mitgelieferten Testdateien möglichst einfach ist.

In jedem Fall lohnt es sich, das Schulungs- und Trainingsangebot des CMS-Anbieters zu nutzen, es ist auch oft schon im Preis von mehreren Tausend Euro enthalten. Das beste CMS nützt nämlich nichts, wenn man nicht richtig damit umgehen kann. Auf einen Punkt sollte man bei der Wahl eines Profil-Editors unbedingt Wert legen: die Fähigkeit, Verknüpfungsprofile (device link profiles) zu erstellen. Solche Verknüpfungsprofile beschreiben die Abbildungseigenschaften einer ganzen Prozesskette und werden benötigt, um zum Beispiel den Workflow vom Original über den Mikrofilm, den Scan bis zum Druck in einem einzigen Profil abbilden zu können.

1.4 Farbmanagement zwischen Mythos und Realität

Mit dem Durchbruch des Desktop Publishing in den neunziger Jahren hat die Farbreproduktion den Elfenbeinturm der handwerklichen Druckkunst verlassen. Entsprechend schrecklich waren denn auch die ersten Druckresultate preiswerter Farbdrucker. Das Colormanagement, integriert bis auf Betriebssystemebene, brachte hier natürlich einen gewaltigen Fortschritt und genoss alsbald den Ruf, das Allheilmittel gegen Farbverschiebungen zu sein. Dem ist aber nicht so.

Die Unterscheidung zwischen korrigierbaren und unkorrigierbaren Abbildungsfehlern ist nur mit intimer Kenntnis der fotografischen Informationstheorie zu treffen. Grundsätzlich sind Fehler unkorrigierbar,

Zu korrigieren sind nur solche Fehler, die durch Redundanz abgefedert werden: dazu zählen etwa Farbortverschiebungen in einem 12 bit Farbkanal (TIFF 48 bit) innerhalb des Gamuts des Wiedergabemediums, die über eine nichtlineare Korrekturfunktion auf einen analogen Kanal (Beispiel: Farbkorrektur am Monitor) oder auf einen digitalen 8 bit Farbkanal abgebildet werden. Das ist in der Praxis aber nur eine kleine Untermenge unter den vorkommenden Abbildungsfehlern.
Um es weniger wissenschaftlich zu formulieren: Man stelle sich eine Farbvorlage als zartes Weinglas vor: bei jedem Umzug kann die Zahl der Sprünge stets nur größer werden - es gilt das Entropiegesetz. Die Rolle der schützenden Holzwolle übernimmt in der digitalen Bilderfassung die Quantisierungstiefe. Ist die Vorlage erst einmal heil in die Bildaufnahmekiste gekommen, schützen 12 bit einfach besser vor Beschädigung. Auch wenn am Ende nur aus 8 bit getrunken wird.

2. Praktische Aspekte des Kulturgutschutzes

2.1 Direktverfilmung auf Farbmikrofilm

Für die Erhaltungsspeicherung sind herkömmliche chromagene Filme wegen ihrer heute auf wenige Jahre beschränkten Haltbarkeit bekanntermaßen ungeeignet. Der weltweit einzige, für eine farbige Sicherheitsverfilmung in Betracht kommende Filmtyp ist der Ilfochrome Micrographic® des Herstellers Ilford Imaging GmbH mit Sitz in Marly, Schweiz. Das Filmmaterial ist auch heute noch unter seinen früheren Namen Cibachrome bekannt.

Screenshot Ilfochrome van Gogh Fiche.
Abb. 2: Ilfochrome van Gogh Fiche.

Die Entwicklungsgeschichte des farbigen Mikrofilms Cibachrome/Ilfochrome® geht auf das Silberfarbbleichverfahren (silver dye bleach process) des Ungarn Béla Gáspár zurück und wurde bereits in den fünfziger Jahren abgeschlossen. Dieses Filmmaterial ist in seiner spektralen Empfindlichkeit für Glühlampenlicht mit einer Farbtemperatur von 3200 Kelvin ausgelegt.

Diagramm Ilfo Sensitivity CLM1K.
Abb. 3: Ilfo Sensitivity CLM1K.

Geringe Filmempfindlichkeit bedingt hohen Lichtbedarf

Da die generelle Lichtempfindlichkeit dieses Filmmaterials bei nur 0,5 ...1 ASA bzw. 1 DIN liegt, ist eine erhebliche Lichtmenge für die Direktbelichtung erforderlich: mehr als die hundertfache Lichtmenge, die ein herkömmlicher (chromagener) 100 ASA Film benötigt. Die Filmspezifikationen von Ilford empfehlen Glühstrahler mit 1500 bis 2000 Watt pro A4-Fläche (0,06 m², also 24 bis 32 kW/m². Die Belichtungszeiten für ein A4-Original bei 25-facher Verkleinerung liegen bei 0,5-1 Sekunde.

Eine der wenigen Lampentypen, die wegen ihrer Farbtemperatur von 3200 Kelvin unmittelbar für die Ausleuchtung in der Farbmikrographie geeignet sind, ist die Argaphoto PF 318 E (500 W, Best.Nr. 9232 190 45500) von Philips, für die allerdings lediglich eine Lebensdauer von nur 100 Stunden angegeben wird. Die Firma Zeutschel, Tübingen, setzt in ihren Farbmikrofilmkameras vier Halogenstrahler des Typs Osram 64580 (3400 Kelvin, 1000 Watt, 35 000 Lumen, 15 h Lebensdauer) im Kurzzeitbetrieb ein.

Abbildung von typischen Halogenlampen: links unten die Halogenstäbe, die in vielen Mikrofilmkameras eingesetzt werden.
Abb. 4: Typische Halogenlampen: links unten die Halogenstäbe, die in vielen Mikrofilmkameras eingesetzt werden.

Licht- und Wärmebelastung in der Archivreprografie

Die faktische Beleuchtungszeit ist bei (unüblichem) Dauerlicht um ein Vielfaches höher und entspricht der Gesamtzeit, der das Original für Positionierung etc. in der Kamera liegt. Diese erhebliche Licht- und Wärmebelastung ist für zahlreiche Archivalien, etwa mit Buchmalereien ausgestattete Handschriften oder Frühdrucke auf Pergament nicht unbedenklich. Deshalb wird auch von Archivexperten dringend empfohlen, auf alternative Aufnahmetechniken zu wechseln. Soll der analoge Workflow der Direktverfilmung beibehalten werden, bieten sich nur wenige Möglichkeiten an, die Wärmebelastung für das Archivgut zu reduzieren.

Einsatz kalter Lichtquellen

In Frage kommen nur Leuchtstoffröhren mit höherer Farbtemperatur und einem Farbwiedergabeindex Ra >98 (Beispiel: LS-Röhren des Typs Color Control daylight 98 von Just). Diese LS-Röhren haben eine Farbtemperatur von 5000 Kelvin und entsprechen in ihrer relativen spektralen Wellenlängenverteilung der Referenzlichtart D 50, die von der CIE für die Bemusterung von Drucken, Fotografien und Dias vorgeschrieben wird. Die Referenzlichtart D 50 entspricht einer natürlichen Tageslichtphase mit einer Farbtemperatur von 5000 K.

Zur Korrektur auf 3200 Kelvin ist ein Konversionsfilter vom Typ R11 mit 11,3 Mired erforderlich. Das entspricht dem Gelatine-Filtertyp Kodak Wratten 85 oder einer Kombination von DekaMired-Filtern von Tiffen, die in Sets mit 1.5, 3, 6, und 12 DekaMired sowohl für positive (B-Serie) als auch negative (R-Serie) Farbtemperaturverschiebungen angeboten werden.

Nachteil: Jedes Filter im Objektivweg verschlechtert die Abbildungseigenschaften des Objektivs! In der Large Format und Mikro-Fotografie kann sich das durchaus negativ auf die Ortsfrequenzauflösung des Objektivs auswirken. Zudem erhöht sich die erforderliche Belichtung um 2/3 Blendenstufen.

Einsatz von Wärmeschutzfiltern

Wärmeschutzfilter im Lichtweg reflektieren die Wärmestrahlung, anstatt sie zu absorbieren, und haben dadurch einige Vorteile gegenüber wärmeabsorbierenden Glasfiltern. Der Spiegel besteht aus einer harten, dielektrischen Beschichtung der Oberfläche eines polierten Pyrex-Substrats. Die Transmissionscharakteristik geht aus der Spektralkurve hervor. In der hier benötigten Größe sind Wärmeschutzfilter extrem teuer bzw. gar nicht erhältlich; Hersteller ist LOT-Oriel.

Diagramm zum IR-Schutzfilter von LOT-Oriel.
Abb. 5: Das IR-Schutzfilter von LOT-Oriel.

Einsatz von Kaltlichtspiegeln

Kaltlichtspiegel arbeiten umgekehrt wie Wärmeschutzfilter: Sie reflektieren sichtbares Licht und lassen Infrarotstrahlung durch. Bei einem Einfallswinkel von 45° hat ein guter Kaltlichtspiegel eine hohe mittlere Reflexion im Spektralbereich des sichtbaren Lichts. In der hier benötigten Größe sind Kaltlichtspiegel extrem teuer bzw. gar nicht erhältlich; Hersteller ist LOT-Oriel.

Diagramm zum Kaltlichtspiegel von LOT-Oriel, der nur im VIS-Bereich reflektiert.
Abb. 6: Der Kaltlichtspiegel von LOT-Oriel reflektiert nur im VIS-Bereich.

Nachteil der beiden letztgenannten Lösungen: Der Einfluss auf die Farbwiedergabe muss spektrophotometrisch überprüft werden, da eine Reihe von unkalkulierbaren Faktoren das Spektrum des Nutzlichts verändern können. Korrekturen sind gegebenenfalls mit Präzisionsfiltern von Schott möglich.

Einsatz neuartiger Lichtquellen

Sehr vielversprechend klingen Berichte über eine erst 1990 erfunden Lichtquelle: die Cluster-Lampe. Solche Lampen werden elektrodenlos mit Mikrowellen (2.45 GHz) angeregt. Im Betrieb dissoziieren die molekularen Dotierungssubstanzen im sehr kleinen Leuchtkörper. Dadurch entstehen gesättigte Metalldämpfe, die als Nebel, d.h. kleinste, heiße Metalltröpfchen (sog. Cluster) auskondensieren. Aufgrund der hohen Temperatur dieser Cluster (ca. 4000 K) emittieren solche Lampen thermische Strahlung wie Glühlampen, allerdings bei wesentlich höherer Temperatur von 4000-4500 K. Dies liefert sonnenähnliche Strahlung mit einer im Vergleich zu Glühlampen drei- bis vierfach besseren Lichtausbeute.

Schwefel-Lampen bestehen aus einer golfball-großen Glaskugel, die mit Schwefel, Argon und Quarz gefüllt ist. Angeregt durch Mikrowellen aus einem Magnetron mit 5900 Watt Nennleistung emittiert die sich mit 600 Upm drehende Kugel UV-freies sonnenlichtartiges Licht: 450 000 Lumen, also 76 Lumen/Watt. Zum Vergleich: eine normale Glühlampe hat eine Ausbeute von 15 Lumen/Watt. Über Reflektoren lässt sich dieser Lichtstrom über röhrenartige Systeme (light pipes) sehr einfach verteilen. Die Lebensdauer soll über 10 000 Stunden betragen.

Diagramm zum Spektrum der Schwefellampe, das dem Sonnenlicht sehr nahe kommt.
Abb. 7: Das Spektrum der Schwefellampe ist dem Sonnenlicht sehr nahe.

Interessant scheinen auch Edelgas- und Edelgas-Halogenid Excimerlampen auf der Basis von Barrierenentladungen (stille Entladungen). Mit dieser Technologie können quecksilberfreie flache oder beliebig geformte Leuchtstofflampen gebaut werden. Im Augenblick - Frühjahr 2002 - ist das alles aber noch Zukunftsmusik. Die derzeit verfügbare Flächenleuchte Osram Planon hat keine besonders guten Farbwiedergabeeigenschaften (Ra=89) und mit 6500 Kelvin eine für die Archivreprografie zu hohe Farbtemperatur.

Einflussfaktoren auf die Farbkonsistenz von Leuchtstofflampen

Mit theoretischen Idealwerten für die Farbwiedergabequalität einer Lichtquelle ist leider noch längst keine Garantie für die Praxis verbunden. Es gibt eine Reihe von Faktoren, die einen Strich durch die theoretische Farbmetrik machen können.

Es muss nicht immer der rote Vorhang am Fenster sein, der einen Farbstich verursacht, wenn er zugezogen wird. Auch eloxierte Alu-Reflektoren können einzelne Wellenlängen absorbieren oder verstärken, was - nicht immer - als irisierender Regenbogeneffekt wahrgenommen werden kann.

Die Raumtemperatur hat einen massiven Einfluss auf das Emissionsverhalten von Mehrbanden-Leuchtstoffröhren. So kann sich die Farbtemperatur über die Jahres- und Tageszeit hinweg oder allein schon durch die Zugluft einer offenen Tür ändern. Notfalls auch innerhalb einer Lampenbatterie, wenn sie etwas in ihrer Neigung verstellt wird.

Erst etwa zehn Minuten nach dem Zünden haben Leuchtstofflampen ihre endgültige Farbtemperatur erreicht.

Erst seit 1997 sind die Farbtemperaturen von Leuchtstoffröhren genormt. Dennoch können typengleiche Lampen unterschiedlicher Hersteller durchaus auch unterschiedliche Farbeigenschaften aufweisen.

Entladungslampen schwanken in Helligkeit und Farbzusammensetzung mit doppelter Netzfrequenz, bei kurzen Belichtungszeiten kann starkes Farb- oder Helligkeitsflimmern durch die unterschiedliche Belichtung der Einzelbilder auftreten. Deshalb werden elektronische Vorschaltgeräte (EVG) eingesetzt, die mit Hochfrequenz arbeiten. Die Restwelligkeit des EVG kann ebenfalls die Farbwiedergabe verändern. Im Fotobereich gilt: nur das beste EVG ist gut genug! Dass Dimmen auch bei L-Röhren die Farbtemperatur senkt, sollte bekannt sein.

L-Röhren benötigen eine Einbrennzeit von 100-200 Stunden, um auf ein stabiles Farbverhalten zu kommen. Mit zunehmendem Alter geht dann der Lichtstrom zurück.

Gerade im Bereich der Archivreprografie gibt es eine weitere Schwierigkeit bei der Verfilmung großer Vorlagen. Dieses Skalierungsproblem wächst exponentiell mit der Größe der zu verfilmenden Vorlage. Bedingt durch die räumlich inhomogene Lichtverteilungskurve (Indikatrix) einer zentralen Lichtquelle ist eine gleichmäßige Ausleuchtung nur in einem relativ kleinen Raumwinkel gegeben. Deshalb muss man bei großen Vorlagen auch den Abstand der Lichtquelle proportional zur Vorlage vergrößern.

In der Praxis setzt aber nicht nur die Raumhöhe hier Grenzen, sondern auch die benötigte Lichtleistung, die quadratisch (!) mit dem Abstand zur Vorlage wächst. Kann man also ein A4-Format mit einer 1000 Watt Lampe aus 1,5 m Abstand gut ausleuchten, braucht man theoretisch für ein A2-Format (4-fache Größe) eine Leuchte mit 16 KW in 6 m Höhe.

Praktiker werden hier einwenden, dass es dafür ja Diffusorschirme für die Beleuchtung gibt, mit denen im Idealfall eine gleichmäßige und ausreichend helle Beleuchtung auch bei geringem Lampenabstand möglich ist. Das ist zwar richtig, hat aber einen unangenehmen Nebeneffekt: es entsteht dadurch ein Problem zweiter Ordnung, das es in sich hat:
Wenn nämlich die Maße des Diffusorschirms, der Abstand zur Vorlage und die Größe der Vorlage im gleichen Größenbereich von 1 bis 2 Metern liegen und auch die Raumdecke nicht viel weiter entfernt ist, kommt es zu Reflexionen zwischen Vorlage und Umfeld, die nicht nur die fotografisch wirksame Beleuchtungsstärke, sondern - schlimmer noch - auch die spektrale Zusammensetzung des Lichts massiv beeinflussen. Bösartigerweise so, dass sich die Farbwiedergabeprobleme noch verschärfen.

Beispiel:
Eine feine Bleistiftzeichnung auf hellweißem Papier braucht eigentlich eher weniger Licht, damit die graue Strichzeichnung nicht ausbricht. Sie bekommt aber unter den vorgenannten Bedingungen durch die Reflexionen noch mehr Licht. Das könnte eine Kamera mit Belichtungsmessung ja gerade noch abfangen.

Nun gibt es im Archivwesen auch stark vergilbte Vorlagen, die das Aufnahmelicht farbselektiv reflektieren und ihren eigenen Farbstich auf die Beleuchtung übertragen. Ein vorhandener Farbstich verstärkt sich also dadurch und eine dunkle Vorlage bekommt noch weniger Licht! Da die Filmkamera mit Weißabgleich erst noch erfunden werden muss, kommt es auf diese Weise zu dem fatalen Phänomen, dass in ein und derselben Filmserie von einem Fiche zum nächsten gravierende Farbstiche und Belichtungsabweichungen auftreten.

Im filmzentrischen Weltbild des deutschen Archivwesen gibt es nur einen Ausweg aus diesem Dilemma: die Fotowerkstatt muss in einer hohen Kirche aufgebaut werden, wenn große Vorlagen farbig verfilmt werden müssen. Die Kirche muss nicht beheizt sein - das besorgen die Fotolampen.

Fazit

Farbmanagement in der Mikrographie steht und fällt mit der richtigen Beleuchtung. Es kann gar nicht genug betont werden: Farbfehler, die durch spektrale Abweichungen wie etwa spektrale Peaks bei fluoreszierenden Lichtquellen, spektrale Einbrüche durch Reflexionen und Spiegelungen oder durch eine ungleichmäßige Ausleuchtung verursacht werden, lassen sich nicht mit Methoden des digitalen Farbmanagements beheben! Derartige Fehler sind aber in der Praxis ebenso schwer zu erkennen wie zu vermeiden, zumal das für die Verfilmung eingesetzte Personal in der Regel nicht über das farbphysikalische und fototechnische Grundwissen und die photometrischen Messmittel verfügt, die zur Fehlererkennung unbedingt erforderlich sind.

Die extreme Unempfindlichkeit des Farbmikrofilms bedingt zudem eine starke Licht- und Wärmebelastung der Archivalien, die nur mit erheblichem Aufwand und dann meist auf Kosten der Farbwiedergabequalität oder gar überhaupt nicht vermieden werden kann. Diese Licht- und Wärmeschäden dürfen bei der Verfilmung wertvoller Kulturgüter nicht vernachlässigt werden.

Es empfiehlt sich daher, über den Umstieg auf einen digitalen Workflow nachzudenken. Dies bedeutet, wie noch zu zeigen ist, ausdrücklich nicht den Verzicht auf den Farbmikrofilm als analoges Langzeitspeichermedium. Ganz im Gegenteil: aus digitalen Daten kann der Farbmikrofilm erheblich schneller und in wesentlich höherer Qualität als bei der Direktverfilmung belichtet werden. Die Münchner Firma ARRI arbeitet derzeit zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik (Freiburg) an einer Anpassung ihres Laser-Cinefilmbelichters für diesen Zweck.

2.2 Scannen von Farbmikrofilm

Der Ilfochrome-Film hat eine außergewöhnlich hohe Ortsfrequenzauflösung von 100 lp/mm. Für die Digitalisierung des gesamten Informationsgehalts sind Scanner erforderlich, die eine Abtastauflösung von 5000 dpi (Schrittweite 5-6 µ) haben und zudem mit den im Archivbereich eingesetzten Formaten (35 mm Rollfilm unperforiert und A6- Makrofiche) umgehen können. Traditionelle Hersteller von Mikrofilmscannern wie etwa Sunrise haben die Fertigung von Farbscannern schon lange mangels Nachfrage eingestellt.

Diagramm zum farbigen Mikrofilm von Ilford.
Abb. 8: Der farbige Mikrofilm von Ilford sollte mit 5000 ppi gescannt werden, um alle Informationen zu erfassen.

In letzter Zeit kamen einzelne Scanner auf den Markt, die zum einen die geforderte Auflösung haben und zum anderen mit ungeschnittenen und unperforierten Filmrollen mechanisch durch eine Spulvorrichtung und elektronisch durch eine automatische Bildranderkennung (Auto-Frame-Detection) umgehen können. Zwei davon haben sich auch im praktischen Test als geeignet für die Mikrofilmdigitalisierung erwiesen:

Allerdings sind die Preise für solche Geräte immer noch sehr hoch und für ein einzelnes Archiv kaum erschwinglich.

Fazit: Qualitätskontrolle ist unverzichtbar

Das Scannen von Mikrofilm setzt nicht nur eine staubfreie Umgebung, sondern auch einen absolut staubfreien Mikrofilm voraus. Andernfalls sind massive Bildartefakte unvermeidbar. Entweder scannt man jungfräulichen Film, der zuvor noch nie betrachtet wurde, oder man benutzt aufwendige Filmreinigungssysteme unmittelbar vor dem Scan.

Die Praktiker in den Archiven mögen sich fragen, inwieweit und ob diese Anforderungen überhaupt erfüllbar sind. Die prinzipielle Randbedingung, dass sich bei einem analog-digitalen Workflow über den Film zu den Informationsverlusten durch den Scan noch diejenigen der Direktverfilmung multiplikativ ergänzen, wird dadurch beinahe zweitrangig. Hinzu kommt, dass einige Fehler bei der Verfilmung erst nach dem Scannen erkennbar werden, wenn eine Korrektur also längst nicht mehr möglich ist.

Das Farbmanagement ist prinzipiell nicht geeignet, Fehler bei der Bilderfassung zu beheben. Aus diesem Grund sollte die Nutzung eines ISO-zertifizierten Qualitätskontrollsystems bei der Farbmikroverfilmung und der Retrodigitalisierung in Betracht gezogen werden. Über die Qualitätsbetrachtung würde sich die Diskussion über einen alternativen digitalen Workflow vermutlich zwangsläufig ergeben.

Mit speziellen digitalen Reproscannern können auch sehr große Vorlagen und Gemälde mit einem winzigen Bruchteil der für die Direktverfilmung benötigten Lichtbelastung in höchster Qualität digitalisiert werden. Der selbe Ilfochrome Farbmikrofilm lässt sich bereits heute unter Laborbedingungen mit Lasersystemen hochauflösend (6 µ, 30 bit) und mit einer Bildqualität belichten, die deutlich über den heutigen analogen Verfilmungsergebnissen liegt. Und sollte der Ilfochrome-Film in einigen Jahren nicht mehr produziert werden, weil dann auch die letzten Tornado-Kampfflugzeuge auf digitale Kartenprojektionssysteme umgerüstet sind, stehen bereits heute Fotopapiere mit vergleichbarer Langzeitstabilität für die Archivierung zur Verfügung.