Quelltext der Seite Tonwert

Der Begriff '''Tonwert ''' bezieht sich auf die unterschiedlichen Stufen zwischen Hell und Dunkel eines Farb- oder Schwarzweiß-Bildes, sei es auf einem [[Transparenz (Physik)|transparent]]en [[Träger (Foto)|Träger]] (Film), in einem digitalen [[Datensatz]] oder auf einem Aufsichtsbild, fotografisch oder gedruckt. Er beschreibt bei einem [[Bildelement]] (Punkt) einen [[Farbwert|Farb-]] oder [[Grauwert]] innerhalb eines vorgegebenen Farb- bzw. [[Graustufe]]n<nowiki/>spektrums, angegeben in 0 – 100&nbsp;%. Dabei bedeutet:
* 100&nbsp;% maximale Dunkelheit bzw. Farbbedeckung (Vollton) des Abbildungsmediums
* 0&nbsp;% komplette Transparenz des Films bzw. des Blankopapiers bei [[Druckraster|Raster]]<nowiki/>drucken.

Der Tonwert wird aus [[Densitometrie (Farbdichtemessung)|Messungen der optischen Dichte]] bzw. des [[Reflexionsgrad]]es (früher: [[Remission (Physik)|Remission]]) bestimmt und nach der [[Murray-Davies-Formel]] aus diesen Messwerten berechnet. Er wird nach dem [[Prozess Standard Offset]] mit dem Symbol <math>A</math> gekennzeichnet.

== Tonwert auf Kopierfilm ==
[[Datei:Halftoning introduction.svg|mini|Rechts Halbtonbild, links stark vergrößertes Raster]]
Der Tonwert ist hier eine Bezeichnung für den Grauwert bei [[Halbtonbild|Halbton]]<nowiki/>vorlagen. Alle Tonwerte zwischen Lichtern (hellen Bildpartien) und Tiefen (dunklen Bildpartien) entsprechen verschiedenen [[Schwärzung (Fotografie)|Schwärzung]]s<nowiki/>graden. Der Tonwert ist ein relatives Maß, das Werte zwischen voller Transparenz eines verwendeten Filmmaterials (0&nbsp;%) und voller Schwärzung unter den gewählten Arbeitsbedingungen (100&nbsp;%) kennt.

Wichtig in diesem Zusammenhang ist auch die optische Dichte, ein [[wahrnehmung]]s<nowiki/>gerechtes Maß für die Intensität einer Schwärzung.
Bei einem [[Positivfilm]] wird der scheinbare Anteil der bedeckten Fläche in Prozent angegeben, bei einem [[Negativfilm]] dagegen wird angegeben, wie viel Prozent zu 100&nbsp;% Tonwert fehlen.

== Tonwert in der digitalen Bildtechnik ==
[[Datei:Curves none applied.png|mini|Foto und dessen Helligkeitswert-Verteilung im Programm [[GIMP]]]]
Der Tonwertbereich eines [[RGB-Farbraum|RGB]]-[[Farbkanal]]s [[Digitales Bild|digitaler Bild]]<nowiki/>dateien umfasst einen Bereich, der durch die [[Bittiefe]] vorgegeben ist; z.&nbsp;B. ergeben sich bei 8&nbsp;[[Bit]] 2<sup>8</sup>=256 [[diskret]]e Werte für jede Farbe. Wie bei (Positiv-)Film und im Druck entspricht in der digitalen Bildtechnik der niedrigste Tonwert der Eigenschaft ''Farbe nicht vorhanden'', der höchste Tonwert entspricht ''Farbe maximal vorhanden''. Da hier die drei Farbkanäle jedoch [[Additive Farbmischung|additiv]] und nicht wie bei (Positiv-)Film und im Druck [[Subtraktive Farbmischung|subtraktiv]] kombiniert werden, entspricht in der digitalen Bildtechnik
* RGB&nbsp;=&nbsp;(0,0,0) [[Schwarz]]
* RGB&nbsp;=&nbsp;(255,255,255) [[Weiß]].

Für einige Anwendungsbereiche genügt die Abstufung in 256&nbsp;Farbwerte nicht mehr. So bieten [[Scanner (Datenerfassung)|Digitalscanner]] je Farbkanal einen Tonwertbereich von 16&nbsp;Bit (entsprechend 2<sup>16</sup>=65.536&nbsp;Abstufungen) und mehr. Hochwertige [[DSLR-Kamera]]s des Jahres&nbsp;2009 haben einen theoretischen [[Tonwertumfang]] von 14&nbsp;Bit, effektiv ist er u.&nbsp;a. aufgrund der Vorgänge im [[Analog-Digital-Umsetzer|AD-Wandler]] kleiner. Auch für [[High Dynamic Range|HDR]]-Bilder kann ein höherer Tonwertumfang nützlich sein. Während [[JPEG]]-Bilder meist auf 8&nbsp;Bit pro Farbkanal begrenzt sind, können 16-Bit-Daten z.&nbsp;B. im [[Tagged Image File Format|TIFF]]-Dateiformat gespeichert werden.

== Tonwertkorrektur ==
[[Datei:Helligkeit Kontrast Gamma.png|mini|Tonwertkorrektur durch Änderung der Helligkeit, des Kontrasts und/oder Gamma-Werts]]
Eine ''Tonwertkorrektur'' ist in diesem Zusammenhang eine mathematische [[Funktion (Mathematik)|Funktion]]&nbsp;f(x), welche die Helligkeitsverteilung einzelner Farbkanäle bzw. des Gesamtbildes verändert, zum Beispiel:
* Eine [[Linearität (Physik)|lineare]] Funktion („Gerade“) f(x)&nbsp;=&nbsp;x lässt die Tonwerte unverändert.
* Eine Korrekturfunktion, die gegenüber der Geraden eine leichte S-Form aufweist, verstärkt den Bild[[kontrast]]. Spiegelt man die Kurve an der Diagonale f(x)&nbsp;=&nbsp;x, wird der Kontrast in demselben Maße abgeschwächt.
* Eine lineare Korrekturfunktion („Gerade“) f(x)&nbsp;=&nbsp;1&nbsp;-&nbsp;x „invertiert“ die Helligkeitswerte hin zu einem [[Negativfilm|Negativbild]].
* Eine einfache [[Potenzfunktion]] f(x)&nbsp;=&nbsp;x<math>^\gamma</math> ([[Gammakorrektur]]) verändert Hell- und Dunkelwerte nicht-linear.
* Die Tonwertkorrektur kann schließlich auch [[Unstetigkeit|unstetig]] über eine Tabelle ([[Lookup-Tabelle]]) erfolgen.

[[Datei:Hopper historp.png|mini|Tonwertkorrekturen.<br />Oben: Originalbild<br />Mitte: Tonwertspreizung<br />Unten: Tonwertausgleich]]
Nicht korrekt belichtete Bilder nutzen den zur Verfügung stehenden Grauwertbereich nicht aus: die dunkelsten Bildbereiche sind nicht schwarz, sondern grau, oder die hellsten nicht weiß.

Eine [[Tonwertspreizung]] (engl. ''[[Histogramm|histogram]] normalization'') verschiebt den dunkelsten Punkt auf den Schwarzpunkt und den hellsten auf den [[Weißpunkt]]. Die Werte dazwischen werden [[Lineare Interpolation|linear interpoliert]].

Ein [[Punktoperator (Bildverarbeitung)#Histogrammäqualisation|Tonwertausgleich]] (engl. ''histogram equalisation'') transformiert ebenfalls die Extremwerte auf schwarz und weiß. Die Werte dazwischen werden aber so umgerechnet, dass die Tonwerte gleichmäßig auf die Grauwerte verteilt sind; die Summenfunktion über die Grauwerte steigt linear an.

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== Tonwert in der Drucktechnik ==
Der Tonwert <math>A</math> ist ein Maß dafür, wie gedeckt eine Farbfläche einem [[Normalbeobachter]] erscheint. Dabei gibt es die Vorstellung, dass eine Farbfläche aus einem Anteil voll gedeckter Farbe (Vollton) und farbfreien Stellen besteht und das Auge diese unterschiedlichen Anteile nicht auflösen kann. In der Wirkung auf das Auge (und auf optische Messgeräte) gibt es dazu noch ein physikalisches Phänomen, den [[Lichtfang]]. Beide zusammen bilden den Tonwert.

Er ist ein optisches und kein geometrisches Maß. Daher wurde er früher auch „optisch wirksame Flächendeckung“ <math>F_\text{D}</math> genannt. Er wird nach der [[Murray-Davies-Formel]] berechnet und kann mit Hilfe von [[Densitometer]]n gemessen werden. In manchen Messgeräten wird er noch immer fälschlicherweise als „Flächendeckung“ bezeichnet.
[[Datei:Tonwerte-Diagramm.svg|mini|Diagramm Tonwert, Flächendeckungen und optische Dichten im Druck]]
Der Tonwert gilt, streng genommen, immer für eine Farbe, Schwarz, Cyan, Magenta oder Yellow. Eine unbedruckte Fläche hat den Tonwert 0&nbsp;%, eine Volltonfläche 100&nbsp;%. In der [[Druckersprache]] wird ein 25%iger Tonwert als Viertelton bezeichnet, ein 50%iger Tonwert als Halbton bzw. halber Ton und ein 75%iger Tonwert als Dreiviertelton.

Dagegen bezeichnet [[Halbtonbild|Halbton]] in der [[Fotografische Technik|fotografischen Technik]] alle ''nicht'' gerasterten, homogen eingefärbten Farbfelder; ein Rasterton wird dort als Halbton-''Simulation'' bezeichnet.

Werden die Tonwerte aller Farben einer Bildstelle zusammengerechnet, so erhält man die Tonwertsumme, auch bekannt unter der Bezeichnung [[Gesamtfarbauftrag]]. So kann es sein, dass eine Druckfläche z.&nbsp;B. mit 300&nbsp;% Gesamtfarbauftrag charakterisiert wird.

Die [[Tonwertzunahme]] ist ebenfalls ein Begriff aus der Drucktechnik. Sie bezeichnet den Effekt, dass [[Rasterpunkt]]e auf dem bedruckten [[Bogen (Bedruckstoff)|Bogen]] verfahrensbedingt größer sind als auf der [[Druckvorlage]], das Druckbild also dunkler ist. Die Tonwertzunahme wird wie der Tonwert in Prozenten angegeben. Eine Rasterfläche, die mit einer Flächendeckung von 80&nbsp;% angelegt ist, erzeugt im Druck eine Deckung von z.&nbsp;B. 85&nbsp;%. Hinzu kommt der Lichtfang, beispielsweise ebenfalls mit einem Beitrag von 5&nbsp;%. Die Tonwertzunahme würde in diesem Fall 10&nbsp;% betragen.

== Tonwerte messen und berechnen ==
=== In einem Film ===
Bei Schwarz-Weiß-Filmen misst man mit einem [[Densitometer|Durchsicht-Densitometer]] die optischen Dichten. Man [[Kalibrierung|kalibriert]] das Gerät an einer transparenten und an einer flächig geschwärzten Stelle und misst danach die Raster- bzw. Bildpartien, die man beurteilen möchte.

=== Auf einem Druck ===
[[Datei:Densitometer 01.jpg|mini|Densitometer zur Ermittlung der optischen Dichte von [[Aufsichtsvorlage]]n]]
[[Datei:Spektraldensitometer für Einzelmessung.jpg|mini|Spektraldensitometer für die Einzelmessung densitometrischer und [[Farbmetrik|farbmetrischer]] Größen.]]

Mit einem [[Spektralfotometer]] misst man in einem Bild oder Druck:
* den [[Reflexionsfaktor]] <math>R_\text{B} = \frac{I_\text{B}}{I_\text{0}}</math> einer unbedruckten Fläche des [[Bedruckstoff]]s (Blanko) mit
** dem [[Lichtstrom]] <math>I_\text{B}</math> über der unbedruckten Fläche
** dem Lichtstrom <math>I_\text{0}</math> über [[Weißstandard]]
* den Reflexionsfaktor <math>R_\text{V} = \frac{I_\text{V}}{I_\text{0}}</math> einer vollflächig bedruckten Fläche (Vollton) mit
** dem Lichtstrom <math>I_\text{V}</math> über dem Vollton
* den Reflexionsfaktor <math>R_\text{R} = \frac{I_\text{R}}{I_\text{0}}</math> der beabsichtigten Messstellen (Raster) mit
** dem Lichtstrom <math>I_\text{R}</math> über der Rasterfläche.

Daraus kann man die [[Reflexionsgrad]]e für die Rasterfläche und für den Vollton berechnen, indem man die Messungen über Raster und Vollton jeweils auf das Blankopapier bezieht:

:<math>\beta_\text{R} = \frac{R_\text{R}}{R_\text{B}} = \frac{I_\text{R}}{I_\text{B}}</math>
:<math>\beta_\text{V} = \frac{R_\text{V}}{R_\text{B}} = \frac{I_\text{V}}{I_\text{B}}</math>.

Die entsprechenden optischen Dichten sind [[wahrnehmung]]s<nowiki/>gerechte, [[Logarithmische Größe|logarithmische Maß]]e:

* optische Dichte im Raster:  <math>D_\text{R} = -\log \beta_\text{R} = \log \frac{1}{\beta_\text{R}}</math>
* optische Dichte im Vollton: <math>D_\text{V} = -\log \beta_\text{V} = \log \frac{1}{\beta_\text{V}}</math>.

Aus diesen Werten berechnet man mit der Murray-Davies-Formel den Tonwert <math>A</math>, ausgedrückt in&nbsp;%:

:<math>A = \frac{1-10^{-D_\text{R}}}{1-10^{-D\text{V}}} \cdot 100\,\%</math>

Man kann die optischen Dichten auch mit einem [[Densitometer]] oder modernen [[Spektraldensitometrie|Spektraldensitometer]] messen und sie direkt in die Murray-Davies-Formel einsetzen. Moderne Messgeräte geben alle gewünschten Messwerte aus, auch den Tonwert.

== Siehe auch ==
* [[Tonwertskala]]
* [[Tonwertrichtigkeit]]
* [[Aufsteilung]]
* [[Posterisation]]

== Weblinks ==
* [http://www.scandig.eu/TonwerteHistogramm.html Tonwerte, Histogramm und Tonwertkurve]

== Literatur ==
* Helmut Kipphan (Hrsg.): ''Handbuch der Printmedien. Technologien und Produktionsverfahren.'' Springer, Berlin u. a. 2000, ISBN 3-540-66941-8.

[[Kategorie:Reproduktionstechnik]]
[[Kategorie:Farbenlehre]]
[[Kategorie:Messgröße der Drucktechnik]]