E5 Farboptik und chromatische Wahrnehmung

Thema

Wie das Photorezeptionsmodell beschreibt, reagiert jeder der drei Zapfentypen in der Netzhaut – S-, M- und L-Zapfen – je nach seiner spezifischen spektralen Empfindlichkeit mit unterschiedlicher Intensität auf dasselbe Licht. Die letztendlich wahrgenommene Farbe hängt nicht von der vollständigen spektralen Zusammensetzung des Lichts ab, sondern nur von der Kombination dieser drei Reaktionen: der Reaktion der S-, M- und L-Zapfen. Daher behandelt dieses Modell die Farbwahrnehmung als Tristimulusmodell: Es reduziert jedes Licht, unabhängig von seiner spektralen Zusammensetzung, auf nur drei Werte, einen für jeden Zapfentyp. Diese drei Werte bestimmen die wahrgenommene Farbe.

Je ähnlicher die Reaktionen zweier verschiedener Lichtreize auf die drei Zapfentypen sind, desto ähnlicher sind auch die von diesen beiden Lichtreizen erzeugten Farben. Bei identischen Reaktionen werden sie sogar als exakt dieselbe Farbe wahrgenommen. Dieses Phänomen wird als Metamerie bezeichnet und tritt selbst dann auf, wenn die beiden Lichtquellen völlig unterschiedliche spektrale Zusammensetzungen aufweisen. Das visuelle System vergleicht diese spektralen Zusammensetzungen nämlich nie direkt, sondern nur die drei Reaktionen, die jede Lichtquelle in den S-, M- und L-Zapfen hervorruft. Zwei metamere Lichtquellen täuschen das Auge somit gleichermaßen, sodass es eine einzige Farbe wahrnimmt, obwohl physikalisch zwei unterschiedliche Lichtkombinationen vorliegen.

Da die wahrgenommene Farbe nur durch drei Werte bestimmt wird, kann sie als Punkt in einem Farbraum dargestellt werden: einem dreidimensionalen Raum, in dem jede Achse einer der drei Zapfenreaktionen entspricht. Indem die Helligkeitsinformation von den drei Reaktionen getrennt und nur das Verhältnis zwischen ihnen beibehalten wird, reduziert sich dieser Farbraum auf eine zweidimensionale Ebene. Die Position einer Farbe in dieser Ebene sind ihre Farbkoordinaten. Um sicherzustellen, dass verschiedene Institutionen und Hersteller dieselbe Farbe auf dieselbe Weise beschreiben können, basiert dieses Modell auf einem international standardisierten Tristimulusmodell, das auf der durchschnittlichen Reaktion der drei Zapfentypen eines typischen menschlichen Betrachters beruht. Dies gewährleistet, dass das Zahlentripel und die daraus berechneten Farbkoordinaten unabhängig vom Messdurchführenden konsistent sind.

Wenn zwei oder mehr Lichtstrahlen sich mischen und gemeinsam das Auge erreichen, entspricht das Zahlentripel, das sie in den S-, M- und L-Zapfen hervorrufen, der Summe der Tripel, die jeder Lichtstrahl einzeln erzeugen würde. Dank dieser Summe ermöglicht uns dieses Modell, die wahrgenommene Farbe bei der Mischung mehrerer Lichtstrahlen vorherzusagen, ohne die vollständige spektrale Zusammensetzung der Mischung kennen zu müssen. So lassen sich Farbmischungen simulieren: Man addiert einfach die Tripel der einzelnen Lichtstrahlen, jeweils einzeln. Dasselbe Prinzip nutzt ein Bildschirm, um nahezu jede wahrgenommene Farbe mit nur drei Primärfarben in unterschiedlichen Anteilen wiederzugeben, anstatt die exakte spektrale Zusammensetzung des realen Lichts dieser Farbe abzubilden.

Fehlt einer der drei Zapfentypen im Auge oder ist seine spektrale Empfindlichkeit beeinträchtigt, entspricht das Zahlentripel, das dieses Auge auf dasselbe Licht erzeugt, nicht mehr dem Tripel, das ein Auge mit allen drei Zapfentypen erzeugen würde. Zwei zuvor als unterschiedliche Farben wahrgenommene Lichter werden nun als dieselbe Farbe wahrgenommen: Genau diesen Verlust der Unterscheidung erfasst und klassifiziert das Farbsehmodell. Aus demselben Grund wird jedes Instrument, das Farben zuverlässig messen oder wiedergeben muss – vom Bildschirm bis zum Kolorimeter – anhand dieses Tristimulusmodells kalibriert. Dabei werden die Sensoren oder Primärlichter so lange angepasst, bis die von ihnen erzeugte Triade aus drei Reaktionen der Triade entspricht, die reales Licht in einem Auge mit normal funktionierenden Zapfentypen (S, M und L) hervorrufen würde.

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