Blackdot

Materialien zum Farbensehen

Diese Seite beschreibt anhand von Spektren und verschiedenen Farbkugeln und Farbkreisen sowie Demonstrationsbildern zu Farbkörpern, Farbensehen und Farbfehlsichtigkeit etc. das Phänomen des menschlichen Farbensehens und der (vorwiegend digitalen) Farbfotografie

Farben entstehen im Kopf
Die Welt, wie sie von der Physik beschrieben wird, kennt keine Farben - nur Strahlungen, Energie und Masse. Farben und Gestalten entstehen erst im Kopf - das heißt, im Gehirn. Sie sind ein Artefakt des Sehsystems.

Spektren

Spektrum Kodak DX7630
Bild oben: Halogen-Spektrum der Kodak DX7630. Der Anstieg von Blau am langwelligen Ende des Spektrums erklärt zwar, warum hier das Rot etwas bläulich erscheint, nicht aber, warum - siehe weiter unten - diese Kamera die Primeln violett wiedergibt - rätselhaft.
Spektrum Kodak DX7630 hell
Bild oben: Halogen-Spektrum der Kodak DX7630 überbelichtet. Nur so läßt sich ein einigermaßen deutlicher Anstieg von Rot am kurzwelligen Ende des Spektrums provozieren - aber reicht das aus, um die Violett-Wiedergabe zu erklären? Im Rotbereich erscheint nun eine deutliche bläuliche Verfärbung, die eindeutig falsch ist.
Biolux-Spektrum Kodak DX7630
Bild oben: Biolux-Spektrum der Kodak DX7630. Diese spezielle Tageslicht-Leuchtstoffröhre hat einen intensiveren Anteil kurzwelligen Lichtes - hier wird der Anstieg von Rot am kurzwelligen Ende des Spektrums deutlicher, so dass schon eine Ahnung von Violett entsteht. Die typische intensive Grünbande von Leuchtstoffröhren erzeugt eine leichte Überbelichtung im mittleren Bereich, was man an der gekappten glatten Grünkurve erkennt. Der Buckel rechts in der Blaukurve rührt von einer Leuchtstoffbande der Lampe her. Ob der leichte Anstieg von Rot, der schließlich bei den kürzesten Wellenlängen zur Wiedergabe von Violett führt, von einem Nebenmaximum des Rot-Filters herrührt oder ob er rechnerisch hinzugefügt ist, läßt sich schwer sagen. Allerdings ist eher anzunehmen, dass es sich um eine Filtercharakteristik handelt, da er nicht synchron mit dem Abfall der Grünkurve auf Null einsetzt - denn woran sollte die Kamera sonst den Unterschied in der Wellenlänge erkennen? Auch für das menschliche Auge ist das Violett nur relativ schwach erkennbar, da hier die Empfindlichkeit auch der blauen Zapfen (S-Zapfen) schon stark reduziert ist.
Biolux-Spektrum Kodak DX7630 überbelichtet
Bild oben: Biolux-Spektrum der Kodak DX7630 überbelichtet. Erst bei einer gewissen Überbelichtung wird das Violett am rechten Ende deutlicher. Es bleibt aber auch bei den fehlerhaften Anstiegen am linken Rand bei Rot - allerdings entstand diese Aufnahme nicht unter optimalen Bedingungen (Fremdlichteinfall).
Diskonituierliches Spektrum
Bild oben: Manche einfacheren Consumer-Digitalkameras haben Schwierigkeiten, das Spektrum in kontinuierliche Farben aufzulösen (Kodak DX 4330). Offensichtlich überlappen sich hier die Empfindlichkeitskurven der Sensoren nicht genügend (Spekrometrische Kurven unten im Bild). Bei einer anderen Kamera (Olympus C2000Z, Bild unten) entsteht ein sehr viel natürlicherer Eindruck, da die Sensorkurven sehr breit sind und sich weit überlappen.
Spektrum einer Halogenglühbirne
Mit einer hochwertigen Digitalkamera fotografiertes Spektrum einer Halogen-Glühbirne, erzeugt mit einem Beugungsgitter (CD). Das Spektrum beginnt mit einem etwas gelblich erscheinenden Rot und endet mit einem dunklen Blau. Das menschliche Auge sieht hier eher noch einen Violett-Ton (Bild darunter) - die "Wahrnehmung" der Kamera weicht davon ab. Um diesen Eindruck auf dem Bildschirm zu erzeugen, muss man dem "blauen" Ende der Spektrumsabbildung wieder etwas Rot beimischen (siehe Spektrometerkurven). Dennoch fehlen auch für das Auge zwischen dem roten und dem violettblauen Ende Übergangsfarben ...
Regenbogenspektrum
Farbkreis mit Purpurbrücke links oben
... die in einem Farbkreis mit den Purpurtönen den Kreis schließen. Dieser Farbkreis wurde technisch hergestellt. Hier erscheint auch das Gelb reiner als im Foto oben.

Das Tristimulus-Prinzip

Es gibt ein Argument, das sowohl auf Kameras mit Dreifarb-Sensoren wie auf die biologischen Sensoren (Zapfen) in der Netzhaut zutrifft: Aufgrund ihrer sehr breitbandigen Spektren können diese Sensoren nicht erkennen, welche Wellenlänge ein absorbiertes Photon hatte. Es ändert sich zwar die Wahrscheinlichkeit, mit der dieses absorbiert wird und eine Reaktion auslöst, in Abhängigkeit von Wellenlänge und Absorbtionscharakteristik bzw. Filterkurve, aber aus dem einzelnen Ereignis ist kein Rückschluß möglich.

So könnte zum Beispiel eine Erregungs- oder Messgröße von 100 im Rot-Sensor bedeuten, dass Licht der Intensität 100 mit einer Frequenz, die beim Gipfel der Empfindlichkeitskurve des Rotsensors liegt, empfangen wurde. Es könnte aber genauso gut bedeuten, dass Licht mit einer Intensität von 1000 bei einer Frequenz empfangen wurde, bei der die Empfindlichkeit auf ein Zehntel abgefallen ist - wobei man nicht einmal weiß, ob dies eine höhere oder niedrigere Frequenz ist. Oder es ist Licht der Intensität 10000 bei einer Frequenz links oder rechts des Maximums, für welche die Empfindlichkeit nur noch ein Hundertstel beträgt.

Eine "Farbwahrnehmung" kann daher nur durch einen Vergleich der Reizstärke zwischen allen drei Rezeptoren in einem bestimmten Bereich der Netzhaut erfolgen. Auch dieser ergibt keine klaren Aussagen über die Lichtwellenlängen, denn es können sich aus sehr verschiedenartigen Kombinationen von Energieverteilungen im Lichtspektrum gleiche Reizzustände ergeben. Umgekehrt können gleiche Reizzustände auf einem bestimmten Netzhautareal sehr unterschiedliche Farbempfindungen ergeben, je nachdem, wie die Situation in der Umgebung ist - darauf werde ich später noch näher eingehen.

Ungeachtet dieser Feinheiten lautet das Grundprinzip: Wenn nur ein oder zwei Rezeptoren angesprochen werden, sehen wir einen bestimmten Farbton, der dann rein erscheint, wenn seine Helligkeit in Bezug auf seine Umgebung hoch ist. Wenn mehr als zwei Rezeptoren angesprochen werden, erscheint die Farbe blasser oder - wie man sagt - verweißlicht.


Kurzfassung zur Farbenlehre

Rot und Blau Rot und Grün
Der Farblichtverlauf "Rot nach Blau" ergibt die Farben von Violett bis Lila (links), der Farblichtverlauf "Rot nach Grün" erzeugt die Farben von Orange über Gelb bis Gelbgrün.
Blau und Rot Rot und Grün und Blau
Ein Farblichtverlauf "Blau nach Grün" läßt die Übergänge im Bereich Türkis (Cyan) erscheinen, ein Verlauf aller drei Grundfarben Rot, Grün und Blau (RGB-Technik) erzeugt im Gleichgewichtsfalle das Weiß.
Ausschnitt aus den Verläufen über Weiß

Farbkreise

Farbkreis nach Weiß
Farbkreis nach Weiß Spektralanalyse
Alle reinen Farben, gemischt nach Weiß (gefüllter Farbkreis oben). Die Spektralanalyse eines Schnittes waagrecht durch den Mittelpunkt (Weißpunkt) zeigt den Verlauf der RGB-Anteile. Der Violettton links setzt sich aus 100% Blau (255), etwa 50% Rot (127) und 0% Grün zusammen. Zur Mitte hin steigen alle Anteile auf 100% an. Nach rechts fällt Blau auf 0 und Rot auf die Hälfte ab, Grün bleibt bei 100%. Daraus entsteht das Gelbgrün am rechten Rand.

Farbkreis nach Grau mit Beschriftung
Farbkreis nach Grau Spektralanalyse
Alle reinen Farben, gemischt nach Grau, mit Winkeleinteilung, Farbnamen und den RGB-Anteilen. Hier treffen sich alle Linien in der Mitte bei 50% (127). Die rote Linie fällt an den Rändern auf den Wert 96 ab, da der Rotanteil bei Violett und bei Gelbgrün bereits abgenommen hat - bei Gelb wäre er noch 255, wie auch bei Magenta (siehe weitere Schnitte unten).

Farbkreis nach Schwarz
Farbkreis nach Schwarz Spektralanalyse
Alle reinen Farben, gemischt nach Schwarz. Hier treffen sich in der Mitte alle Linien auf der Nulllinie.

Sind Farbreize im Vergleich zu ihrer Umgebung insgesamt schwach, werden die Farben nicht einfach dunkler, sondern ändern ihre Qualität in einer Weise, die man "Verschwärzlichung" nennt. So wird aus Orange Braun, aus Weiß Grau.


Farbkreis nach Grau mit Messwerten
Farbkreis nach Grau mit Angabe einiger RGB-Werte sowie verschiedene Ansichten einer "Farbkugel" (dreidimensionaler Farbkörper)

Farbkugeln

Farbkugel Magenta-Rot-Gelb
Farbkugel Magenta-Rot-Gelb
Die verschiedenen Farbkreisbeispiele zeigen, dass sich nicht alle Farben systematisch auf einer Fläche anordnen lassen - man muss eine bestimmte Auswahl treffen. Um alle Farben übergangslos anzuordnen, braucht man eine dreidimensionale Figur. Hier ist als "Farbkörper" eine Kugel gewählt, die sich am leichtesten aus dem Farbkreis ableiten läßt. Am Äquator sind alle reinen, voll gesättigten Farben aufgetragen. Am Nordpol ist die Kugel weiß, am Südpol schwarz.
Ein horizontaler Schnitt durch die Bildmitte zeigt einen ganz anderen Verlauf der Spektralkurven - Rot behält fast über den gesamten Bereich, außer an den äußersten Rändern, den Maximalwert. Blau nimmt von links zur Mitte hin auf Null ab, während ab hier Grün von Null auf den Maximalwert ansteigt.
Farbkugel Grün-Cyan-Blau
Farbkugel Grün-Cyan-Blau
Dreht man die Farbkugel um 180 Grad, schaut also gewissermaßen auf die Rückseite, erscheinen andere Farben. Wir sehen allerdings in dieser Darstellung nicht ganz bis zum Horizont des Äquators ...
Die sichtbaren Farben wechseln von links Grün über Cyan (Türkis) in der Mitte nach Blau rechts. Nur an den äußersten Rändern kommt etwas Rot ins Spiel. Es scheint also, als wäre auf dieser Seite der Farbkugel kein Rot mit im Spiel - doch das täuscht!
Farbkugel Grün-Cyan-Blau senkrechte Spektrallinien
Hier ist das Bild der Farbkugel in derselben Ansicht wie oben wiederholt, nur leicht abgedunkelt, damit man das senkrecht darübergelegte Spektrogramm besser erkennt. Es zeigt den Verlauf der Farbkomponenten vom Nord- zum Südpol auf der Mitte der sichtbaren Oberfläche. Wie zu erwarten steigen Blau und Grün von unten vom Nullpunkt aus an - bis zum Maximum, das in Äquatorhöhe erreicht wird. Ab hier bis zum weißen Südpol bleibt das auch so. Überraschenderweise steigt aber plötzlich die Rot-Komponente ebenfalls an - bis auch sie am Südpol das Maximum erreicht. Dies bewirkt die "Verweißlichung" der Farben. Ganz korrekt ist der Verlauf nicht, denn Rot sollte schon unmittelbar oberhalb des Äquators mit ins Spiel kommen.
Farbkugelschnitt Violett-Grau-Grün
Farbkugelschnitt Violett-Grau-Grün
Schneidet man die Farbkugel in der Mitte durch, so sieht man, dass vom Nord- zum Südpol eine Grauachse verläuft. Links und rechts befinden sich Komplementärfarben - hier Violett und ein Gelbgrün. Im Mittelpunkt - also auf der Grauachse - treffen sich alle Kurven bei 50% oder 127.
Farbkugelschnitt Blau-Grau-Orange
Farbkugelschnitt Türkis-Grau-Orange
Dreht man die Farbkugel vor dem Durchschneiden, so erhält man andere Komplementärfarben, die sich am Äquator um 180 Längengrade versetzt gegenüberliegen, hier eine Art Türkis-Blau und Orange. In der Mitte wieder die Grauachse.
Farbkugelschnitt Blau-Grau-Gelb
Farbkugelschnitt Blau-Grau-Gelb
Hier ein Schnitt von Blau nach Gelb. Es mag Ihnen so erscheinen, als wäre der Mittelpunkt nicht wirklich Grau. Schneiden Sie in eine Pappschablone ein rundes Loch, nicht allzu groß, und betrachten Sie dadurch bestimmte Abschnitte - Sie werden festellen, auf der Mittelachse befinden sich nur Grautöne!
Farbkugelschnitt Rot-Grau-Türkis
Farbkugelschnitt Rot-Grau-Türkis
Und schließlich noch ein Schnitt von Rot über Grau nach ... Türkis!

CIE Chromaticity Diagramm

Spektrum mit Frequenz- und Wellenlängenbeschriftung
Theoretische Darstellung des sichtbaren Spektrums - obere Skala Frequenz in THz (Tera-Hertz), unten Wellenlänge in nm (Nanometer)
CIELUF
((Text vorläufig)) Techniker und Wissenschaftler benutzen zur Beschreibung von Farben diese eigenartige Figur, die salopp auch "Schuhsohle" oder "Hufeisen" (horse shoe) genannt wird.
Der mit den Wellenlängen des Lichtes skalierte Kurvenzug stellt alle reinen Spektralfarben dar (420 nm bis 680 nm). Die gerade Linie von unten nach rechts oben zeigt die sogenannte Purpurbrücke - den Übergang jener anscheinend auch reinen Farben zwischen den Enden des Regenbogen-Spektrums. Ihnen kann man keine Wellenlängen zuordnen, da sie "irreal" sind.
Der gekrümmte Verlauf des linken und oberen Randes der annähernd dreieckigen Figur rührt daher, dass man die auf ihrem Rand befindlichen reinen Farben zwar durch monochromatische Lichter darstellen kann, dass sie sich aber nur in verringerter Sättigung durch zwei oder mehr davon verschiedene Lichter nachmischen lassen. Ausgedrückt wird dies durch gerade Verbindungslinien zwischen zwei oder drei solcher Farblichter (siehe Bild unten, das den Ausschnitt aus dem Farbraum zeigt, der sich durch Bildschirm-Phosphore darstellen läßt). Natürlich kann die Wiedergabe hier das nur andeuten, da sie ihrerseits durch optische (Monitor) oder drucktechnische Wiedergabe erfolgt, deren Farbraum selbst eingeschränkt ist.
CIELUF SMPTE

Farbbalkendiagramme, Farb-Gradationskurven

Testbild mit Farbverläufen
Testbild mit Farbverläufen. Die 16 Graustufen sind exakt gleichläufig in ihren RGB-Werten. Die farbigen Balken entstehen durch Verbiegen einzelner Gradationskurven (rechts, siehe deren Farbton). Das ganz weiße Feld hat die zweifache Breite.
Testbild mit Farbverläufen
Testbild mit Farbverläufen von Schwarz nach Rot, Orange, Gelb, Grün, Cyan, Blau, Violett und Magenta, jeweils in 16 Stufen.
Farbkreis mit Probekreisen

Farbenblindheit

Eine Einführung

Skater - Grünblind
"Farbenblinde" sind meistens nicht völlig farbenblind. Am häufigsten ist die sogenannte Rot-Grünblindheit, die bei etwa acht Prozent der Männer auftritt (bei Frauen sehr viel seltener, in der Literatur findet man auch abweichende Angaben). Davon gibt es zwei Formen - Deuteranopen oder Grünblinden fehlen die grünempfindlichen Zapfen oder sie funktionieren nicht richtig. Oft ist Grün für sie nicht gänzlich aus der Welt, aber sie können es kaum von Braun oder Grau unterscheiden, auch sehen für sie unterschiedliche Grünnuancen sehr ähnlich aus. Sie scheinen aber Gelb zumindest in manchen Fällen gut zu erkennen, andere Farben wie Rot oder Blau werden klar erkannt.
Skater - VollständigRotGrünblind
Bei vollständiger Unfähigkeit, Rot und Grün zu unterscheiden, unter gleichzeitiger Annahme, dass die Person Weiß und Grau (also unbunte Farben) wahrnehmen kann, läßt sich eigentlich nur die obige Farbwelt vorstellen. Es gibt keinen Unterschied zwischen Grün und Braun, zwischen Rot und Gelb, und auch Blau und Violett sehen gleich aus.
Skater - Rotblind
Etwas anders sind die Auswirkungen bei der Protanopie (Rotblindheit), die ebenfalls bei einem Prozent der Männer auftritt. Die rotempfindlichen Zapfen fehlen. Dunkelrot wird mit Schwarz verwechselt, Violett mit Blau, Braun mit Grün. Die hier wiedergegebenen Darstellungen können nur eine Annäherung geben und uns vermuten lassen, wie solche "Teilfarbenblinde" die Welt wahrnehmen. In diesen Bildern sind zumindest einige der Effekte für Normalsichtige erfahrbar, über die bei Farbfehlsichtigen berichtet wird.
Sehen Grünblinde den Farbkreis so?
Vollständig grünblinde Menschen haben im Spektrum eine "unbunte Stelle", also monochromatische Farben, die sie nicht von Weiß unterscheiden können. Ich kannte eine Frau, der die türkisfarbenen Leuchtziffern einer elektronischen Uhr "weiß" erschienen. Für solche Menschen könnte der Farbkreis wie oben dargestellt erscheinen.

Farbfehlsichtigkeit (Farbenblindheit)

Eine detailliertere Darstellung

Skaterfestival in Bayrischzell - Farbaufnahme
Skatertreff in Bayrischzell - so sieht ein normal farbsichtiger Mensch die Szene. Es kommen in der Landschaft viele differenzierte Grüntöne vor - rechts ein gelbliches Grasgrün, im Hintergrund verschieden dunkle Grün und Blau- oder Graugrüntöne durch die Bäume und Baumgruppen, besonders auf den Berghängen, wo sie in der Ferne immer bläulicher werden.
Beachten Sie den violetten und den türkisfarbenen Kinderwagen im Vordergrund, das orange Hemd des Mannes links, das rote der Frau rechts, deren braune Haare sowie das rote Feuerwehrauto links hinten.
Normales Farbsehvermögen
Hier ist das Foto der Szenerie in der Umgebung einiger Testbilder zu sehen. Links oben das CIE-Farbdreieck, dessen geschwungener Kurvenzug die Spektralfarben darstellt. Die schräge gerade Linie wird "Purpurbrücke" genannt, sie stellt scheinbar reine Farben dar, die nicht im Lichtspektrum vorkommen - vergleiche das Spektrum rechts mit der Skalierung in Frequenz (Terahertz oben) und Wellenlänge in Nanometern (unten).
Die quadratischen getüpfelten Bilder dienen der Untersuchung von Farbfehlsichtigkeiten, es sind sogenannte pseudoisochromatische Tafeln zur Erkennung der Farbenfehlsichtigkeit (Nach Stilling-Hertel)
Die 9 ist lesbar sowohl für Normalsichtige als auch für alle Formen der Farbenfehlsichtigkeit (erste Tafel oben).
Normalsichtige erkennen in erster Linie die Farbunterschiede und lesen CH; Farbuntüchtige lesen nach den Helligkeitsunterschieden 31 (zweite Tafel oben rechts).
Die graue 5 wird bei Rotgrün-Störung infolge der hierbei erhöhten Kontrastwirkung als grünlich angesehen (dritte Tafel links unten).
Bei Blaugelb-Störung ist die 92 nicht erkennbar (vierte Tafel unten).
Das gesamte Testbild wird im folgenden einigen Transformationen unterzogen, die Störungen des Farbensehens nachbilden sollen. Inwieweit die Wiedergabe wirklich dem entspricht, was (teilweise) "Farbenblinde" sehen, bleibt Spekulation.
Rotblindheit
Rotblindheit (PROTANOPIE) - Rot wird nicht wahrgenommen, es fehlt der L-Zapfen. Dadurch treten Verwechslungen auf: Rot mit Gelb, Braun mit Grün bzw. jede Farbe miteinander. Weiterhin: Violett mit Blau und Dunkelrot mit Schwarz. (Nach www.egbeck.de/skripten, Farbensehen, Biologiekurs Klasse 12.)
Vergleichen wir diese "Fallbeschreibung" mit dem Bild: Das orangefabene Shirt des Mannes links, das in den schattenwerfenden Falten ins Rot spielt, erscheint einheitlich gelbgrünlich-grau. Das Feuerwehrauto links im Hintergrund ist genauso grau wie das T-Shirt des zweiten Mannes rechts, das bläulich-rote Hemd der Frau rechts sieht dunkelblau, fast schwarz aus. Die unterschiedlichen Grüntöne von Gras und Bäumen sind alle einheitlich graugrün und nicht vom eigentlich orangen Hemd des Mannes links zu unterscheiden. Die rötlich braunen Haare der Frau rechts heben sich überhaupt nicht mehr vom Grün der Fichten im Hintergrund ab. Der Lila-Kinderwagen links ist bläulicher, der Türkise rechts daneben grau.
Im Prüffeld rechts oben lese ich eine fette "31", die "5" links unten ist überhaupt nicht mehr zu erkennen. Im Spektrum, das am Anfang dunkel ist, gibt es zwischen Gelb und Blau einen weißen Bereich.
Letzteres ist eine Beobachtung an Dichromaten (Menschen, die statt drei nur zwei Grundfarben unterscheiden können): Für sie gibt es im Spektrum eine Stelle, die sich nicht von der Anweisenheit aller Wellenlängen (also Weiß) unterscheidet. Wenn sie diese als "unbunt" erkennen und ebenso noch Grau und Farben unterscheiden, muß ihr Empfindungsraum etwa so ausbalanciert sein wie in diesem Bild. Ob sie aber die Farbtöne im Rot-Grün-Bereich des Spektrums so schmutziggrün sehen wie hier Normalsichtige oder nicht vielleicht in leuchtendem Orange, bleibt eine offene Frage (siehe anders erzeugtes Bild weiter unten).
Bei diesem Demonstrationsbild wurde die rote, d.h. langwellige Lichtinformation nicht als Farbe berücksichtigt, stattdessen wurde die Helligkeitsinformation von Grün zusätzlich dem roten Kanal im RGB-System zugeschlagen, sonst würden wir Normalsichtige in dem Bild kein Grau (Straße) oder Weiß sehen.
Totale Gleichheit Rot-Grün
Dieses Bild sieht auf den ersten Blick fast genauso aus wie das obige. Jedoch ist das Feuerwehrauto links im Hintergrund jetzt nicht mehr schwarz, sondern ebenfalls gelbgrün. Das Hemd der Frau rechts ist nicht mehr schwarzblau, sondern grünlich-grau. Der zweite Kinderwagen ist nicht mehr grau sondern genauso violettblau wie der erste links. Die "5" auf der Testtafel links unten ist jetzt zu lesen, rechts oben aber sind weder die "31" noch das "CH" klar zu erkennen. Die "9" links oben, die im Bild "Rotblind" oben noch klar zu erkennen war, ist sehr undeutlich geworden.
Auch dieses Bild simuliert eine Rot-Grün-Schwäche, geht aber nicht davon aus, dass es keine für "Rot" zuständigen L-Zapfen gibt, sondern dass deren Information mit den für "Grün" zuständigen M-Zapfen vermischt wird. Das kann daran liegen, dass sich die evolutionär spät entwickelte leicht unterschiedliche Farbabsorbtion durch einen Gendefekt wieder egalisiert hat, oder dass der nachgeschaltete neuronale Rot-Grün-Unterscheidungsmechanismus nicht funktioniert. Es wird nur die Summeninformation Rot+Grün gegen Blau im Gelb-Blau-Antagonismis ausgewertet.
Unterscheidungsschwäche Rot-Grün, Rot zu hell und eher orange
In diesem Fall werden zwar Rot, Grün und Gelb erkannt, aber nicht so klar unterschieden wie bei Normalsichtigen. Das ist ein bei Männern recht häufiger Defekt. Das Feuerwehrauto und das Shirt der Frau sind eher orange und nur wenig vom gelborangen Hemd des Mannes links unterschieden, sie erscheinen zu hell. Die Grüntöne des Rasens im Hintergrund sowie verschiedener Baumgruppen dahinter unterscheiden sich weniger klar. Die Testziffern bzw. -Buchstaben sind zwar zu erkennen, aber nicht so deutlich wie bei Normalsichtigen. Im Spektrum sind Rot und Orange praktisch gleich, Gelb und Violett werden aber erkannt und deutlich unterschieden.
Diese Variante beruht darauf, dass der "Rot"-Rezeptor zwar normal arbeitet, der "Grün"-Rezeptor seine Signale aber zur Hälfte in den Rot-Kanal einspeist oder zu schwach empfindet.
Unterscheidungsschwäche Rot-Grün, Rot zu dunkel
Auch hier sind Rot und Grün noch unterschieden, die Rot-Töne erscheinen aber zu dunkel, ein wenig schwärzlich.
Diese Variante beruht darauf, dass der "Rot"-Rezeptor zu schwach arbeitet oder seine Signale zur Hälfte in den Grün-Kanal einspeist. Die Grün-Varianten sind einigermaßen nuanciert, auch Gelb wird klar erkannt, Rottöne werden aber schlecht unterschieden und als zu dunkel empfunden.
Grünblind
Dieses Bild geht von einer hypothetischen Grünblindheit (DEUTERANOPIE) aus, die es in dieser Form beim Menschen meines Wissens nicht gibt. Das ist wohl allein deshalb nicht der Fall, weil die Absorbtionsmaxima des L- und des M-Zapfentyps beide eher im "grünen" Wellenlängenbereich liegen, so dass ein derartiger, der Rot-Blindheit vergleichbarer "Blackout" im Grünbereich wohl nicht vorkommen dürfte. Falls aber doch, und dies könnte ein wenig der Situation von Dichromatischen Säugetieren wie Hunden oder Katzen entsprechen, darf man sich das wohl nicht so vorstellen, dass ein solches Lebewesen leuchtendes Rot und Blau wahrnimmt, sondern eher so etwas wie Orange und Blau oder Blauviolett im Unterschied zu Weiß und Grau. Aus dem Orange könnte sich dann später die Rot-Grün-Unterscheidung der Primaten entwickelt haben. Doch ist dies reine Spekulation ... ausgenommen der bekannte Umstand, dass viele Säugetiere nur lang- und kurzwelliges Licht unterscheiden, also eine Art reines Rot(Orange?)-Blau-Sehen besitzen.
Die "echten" DEUTERANOTOPEN" sehen wahrscheinlich eher so wie in den beiden vorangegangenen Bildern versinnbildlicht. Insgesamt versteht man unter "Rot-Grün-Blinden" alle verschiedenen Fälle von Protanopen und Deuteranopen.
Blaublind
Es gibt aber beim Menschen - wenn auch nur sehr selten, etwa 1 bis 2 Fälle auf 100.000, übrigens ohne Geschlechterunterschied, eine sogenannte Blaublindheit oder TRITANOPIE. Dazu heißt es: "Blau wird nicht wahrgenommen. Hier fehlt der S-Zapfen. Der "Tritane" verwechselt Rot mit Orange, Blau mit Grün, Grüngelb mit Grau sowie auch Violett und Hellgelb mit Weiß".
Diese Beschreibung trifft auf das vorliegende Bild nur teilweise zu, siehe daher die beiden nachfolgenden. Hier wird davon ausgegangen, dass kurzwelliges Licht gar nicht wahrgenommen wird und daher dunkel erscheinen müßte. Wiederum verlangt die Annahme, dass Tritanope Farben von Weiß oder Grau unterscheiden können, dass wir die verbleibenden Farben in komplementärer Richtung verschieben. Das resultiert in diesem Fall zu einem Rot und Türkis, dessen Übergang Weiß ergibt, während reines Blau oder Blauviolett als Schwarz erscheint, wie an dem violetten linken Kinderwagen zu erkennen.
Blaugelbblind
Dieses Bild - wie auch das nächste - geht eher davon aus, dass mit dem Blau-Gelb-Antagonismus etwas nicht stimmt, kurzwelliges Licht also zwar "gesehen" wird, aber nicht als Blau erkannt. Es trägt damit zwar eine Helligkeitsinformation, aber wegen des Ausfalls der Farbigkeit "Blau" im Unterschied zu "Gelb" gibt es kein Gelb ...
Blaugelbblind
Auch hier wird angenommen, dass die betreffenden Personen für kurzwelliges Licht nicht völlig "blind" sind, so dass ihnen Blau nicht als Schwarz erscheint. Vielmehr können sie den kurzwelligen Anteil nicht als Farbe, sondern nur als Helligkeitswert erkennen. Damit entfällt ebenfalls das "Gelb"-Phänomen, der Übergang von Rot nach Grün führt über Weiß, es gibt keine durch Mischung entstehende dritte Farbe. Lediglich die Helligkeitsanteile durch die kurzwellige Strahlung sind hier anders gewichtet.

Farbrätsel

Welche Farben sind richtig?

Stellen Sie sich vor, eine Raumsonde landet auf einem Planeten in einem anderen Sonnensystem und funkt von dort Farbbilder zur Erde. Durch einen technischen Fehler geht aber die Information verloren, welche Datenbytes zu welcher Farbe gehören. Würden die irdischen Weltraumforscher eine Chance haben, die Bilder jemals in den "richtigen" Farben darzustellen? Kehren wir den Versuch einfach um - eine Raumsonde von Außerirdischen landet auf der Erde und fotografiert allerlei seltsame Objekte, es passiert aber genau die eben geschilderte Panne. Wie erkennt man, welche Farbzuordnung richtig ist? Immerhin gibt es bei nur drei Farbkanälen bereits sechs verschiedene Anordnungen:

Welches sind die richtigen Farben?
Sechsmal dürfen Sie raten: Wie sieht das quietschbunte Fahrrad wirklich aus? Irdische Beobachter könnten den Außerirdischen einen Tipp geben - denn es gibt ein Bilddetail, das zumindest etwas Klarheit schafft!
Hier ist die richtige Lösung leicht zu finden!
Einfach fällt die Wahl hingegen, wenn sich Objekte mit vertrauten Farben auf dem Bild befinden - oder haben Sie hier noch Zweifel, welche Darstellung die korrekte ist?
Grausam sehen falschfarbige Personen und Nahrungsmittel aus!
Regelrecht grausam sehen Gesichter und Speisen aus, wenn man die Farben vertauscht hat! Sie können ja einmal raten, wie die Zuordnung lautet. Korrekt wäre RGB für Rot, Grün, Blau. Das Bild links oben hat aber BGR, das heißt, für Rot wurden die Helligkeitsinformationen von Blau genommen, für Grün die von Grün (die Pflanze hinten ist richtig), und für Blau die von Rot. Von links oben nach rechts unten lauten die Tripel: BGR, GRB, BRG, RBG, GBR und RGB (auf den Bildern oben ist die Anordnung teilweise anders). Beachten Sie, dass bestimmte Farben, wie das Weiß des Geschirrs oder das Grau der Jacke beziehungsweise oben des Asphalts nahezu unverändert bleiben!

Das Violett-Rätsel

Das Lichtspektrum, wie man es etwa als "Regenbogen" sieht oder als Farbband auf einer CD, über die man schräg eine kleine Lichtquelle (etwa die Wendel einer Halogen-Glühlampe), ist an einem Ende rot, am anderen violett. Würde es von Rot nach Blau reichen, hätten wir lauter verschiedene Farben mit eigenständigem Charakter, die allmählich ineinander übergehen. Aber das Violett scheint so etwas wie Blau mit etwas Rot zu sein - so, als wollte das Sehen den Kreis schließen, der sich im Farbkreis darstellen lässt. Zu der Frage, wie das zustandekommt, gesellt sich das Phänomen, dass - zumindest früher - Digitalkameras mit Violett so ihre Probleme hatten. Ob sich das heute grundsätzlich geändert hat, müsste ich mal näher eruieren.

Violettblinde Kamera
Kaum zu glauben - aber wahr: Das abgebildete Stiefmütterchen ist für das Auge nahezu genauso violett wie das Farbfeld hinter den Blütenblättern rechts oben. Augenscheinlich ist die Kamera (Kodak DX 4330) für das leuchtende Violett der Blütenblätter nahezu farbenblind - sie gibt es als teilweise recht kühles Blau wieder, nur hier und da schlägt die Farbe in ein stumpfes Violett um. Warum das - im übrigen hier heller als im Original erscheinende - gedruckte Farbprobefeld dennoch violett aussieht, wird an anderer Stelle erklärt werden ...
Violette Primeln Violette Primeln, heller belichtet
Diese Primeln sehen für das Auge so aus wie der rechts unten eingeblendete violettblaue Balken. Die Kamera gibt die Blütenblätter aber überwiegend rein blau wieder - messtechnisch entält ihre Farbe keine anderen Anteile. In diesem Fall wird allerdings ein gedrucktes dunkles Violett (Hintergrund rechts oben) ähnlich wiedergegeben, es enthält allerdings messbare Grünanteile). Bei hellerer Belichtung (rechts), also eigentlich Überbelichtung, werden die dunklen Blüten leuchtend blau - aber keinesfalls violett.
Violette Primeln, Kodak DX4330 Violette Primeln, Kodak DX7630
Dieselben Blumen, einige Zeit später erneut fotografiert, diesmal - da sie inzwischen in den Blumenkasten gewandert sind - bei Tageslicht, bedeckter Himmel. Links noch einmal die Kodak DX4330, rechts die neue Kodak DX7630. Unten ein Schnappschuß mit der Canon Powershot Pro1.
Blick der Canon Powershot Pro1

Mehr über die damals benutzte Canon Powershot-Digitalkamera finden Sie hier.

Der Umstand, dass - zumindest manche - Digitalkameras kurzwelliges Licht, das uns als Violett erscheint, nicht richtig wiedergeben, wirft einige Fragen auf. Verwenden Digitalkameras die falschen Filterfarben? Oder wie kommt es zustande, dass Menschen diesen Wellenlängenbereich als Violett sehen?

Manchmal liest man, der Rot-Rezeptor im Auge habe ein Nebenmaximum im kurzwelligen Bereich. Das stimmt aber nicht. Die Kurven, welche dies nahezulegen scheinen, sind sogenannte Spektralwertkurven oder Primärvalenzen, die eine rein mathematische Konstruktion darstellen, auf deren Bedeutung ich später kurz eingehe.

Zunächst muß man sich ganz von der Vorstellung lösen, Lichtfrequenzen seien an sich "farbig" oder Filter, wie sie in Kameras und anderen Geräten eingesetzt werden, hätten eine bestimmte "Farbe". Das Farbensehen des Menschen beginnt schon in der Netzhaut des Auges als ein zunächst zweistufiger und ziemlich komplexer Prozess.


Zapfenabsorbtion

Absorptionskurven der farbenempfindlichen Zapfen in der Netzhaut des Menschen

Der S-Zapfentyp absorbiert im blauen Bereich (420 nm max.), der M-Typ im grünen Spektralbereich (534 nm max.) und der L-Typ im gelben und roten Bereich (564 nm max.).
Man nennt das Sehen mit 3 Zapfentypen trichromatisches Sehen.
Circa 2% aller Männer weisen eine Erbkrankheit auf: sie sind rot-grün-blind. Bei ihnen ist der rote oder grüne Zapfentyp defekt. Die Gene für die Rot- und Grünpigmente befinden sich auf dem X-Chromosom. Daher ist Rot-Grün-Blindheit bei Männern, die ja nur ein X-Chromosom besitzen, sehr viel häufiger als bei Frauen.

In der Netzhaut des Auges, dem eigentlichen lichtempfindlichen Organ, das den Hintergrund des Auges als dünne Schicht auskleidet, gibt es verschiedene Sensoren und miteinander verschaltete Ganglienzellen, die bereits hier - vor Ort - anfangen, die Reizinformationen vorzuverarbeiten. Die nur für das Nachtsehen zuständigen, sehr lichtempfindlichen Stäbchen lassen wir dabei außer Acht - sie können keine Farben unterscheiden und erblinden bei hellerem Licht.

Für das Erkennen von Farben sind die Zapfen verantwortlich. Man bezeichnet sie als S (für shortwave oder kurzwellig), M (middle) und L (longwave)-Typen.

Wie die Abbildung (oben, wird evtl. noch ausgetauscht) zeigt, haben die verschiedenen Zapfentypen eine unterschiedliche Empfindlichkeitsverteilung, ihre sogenannten Absorptionskurven sind aber sehr breitbandig und überdecken einander zum größten Teil. Daher gibt es kaum einen Bereich im Spektrum, auf den nur ein Zapfentyp reagiert, allenfalls kann man vom kurzwelligen Ende annehmen, dass hier nur die S-Zapfen ansprechen, und vom langwelligen Ende, dass nur die L-Zapfen reagieren. Dazu kommt, dass das Maximum der Emfpindlichkeit der L-Zapfen keineswegs im roten Bereich liegt - monochromatisches* Licht von 564 nm sieht gelbgrün aus, und das Maximum der M-Zapfen liegt mit 534 nm dicht daneben. Lediglich die S-Zapfen belegen einen deutlicher abgesetzten Bereich, haben ihr Maximum aber ebenfalls in einem Bereich, der die beiden anderen Zapfensorten noch deutlich anspricht. Die absorbierenden Farbstoffmoleküle (...) werden vom auftreffenden Licht ziemlich rasch abgebaut, sie bleichen sozusagen aus, und erholen sich nur, wenn der Lichteinfall verschwindet beziehungsweise sich ändert.

Bereits in der Netzhaut werden die Erregungs-Informationen umgesetzt, und zwar, was die Farbe anbelangt, vor allem zwischen den L- und M-Zapfen zum sogenannten Rot-Grün-Antagonismus. Der Ausgang dieser Zellen wird dann wiederum mit den Werten der S-Zapfen zum sogenannten Blau-Gelb-Antagonismus weiterverrechnet. Es werden also Informationen über die Gewichtung der Anregung verschiedener Zapfenarten an höhere Gehirnareale weitervermittelt, keine direkten Daten über empfangene Lichtwellenlängen. Es gibt auch noch einen Hell-Dunkel-Antagonismus, auf dem offensichtlich die Wahrnehmung von Schwarz und Weiß sowie von verschwärzlichten und verweißlichten Farben beruht, worauf ich später eingehen werde. Darüber hinaus hängen die erlebten Farbeindrücke noch von zahlreichen weiteren Umständen ab, wie dem sogenannten Simultankontrast*.

Besonders die historisch festgeschriebene Bezeichnung "Blau-Gelb"-Antagonismus ist etwas irreführend. Besser wäre der Name "Violett-Gelbgrün"-Gegensatz, denn die (überwiegend) alleinige Anregung der S-Zapfen erzeugt einen violetten Farbeindruck, wie er am Ende des Regenbogen-Spektrums entsteht.

Tatsächlich befinden sich die Farben in einer Art abstraktem mathematischen "Farbraum" aus drei Dimensionen, den unser Gehirn konstruiert (siehe Farbkörper). Versuchen Sie einmal, die ganze RGB-Diskussion (...) zu vergessen. Man findet leicht heraus, dass sich alle als "rein" empfundenen Farben in einem Kreis anordnen lassen (Farbkreis, Abbildung). Untersuchungen zeigen, dass man sich auf diesem Kreis drei beliebige Farbtöne aussuchen kann, um daraus alle anderen nachzumischen. Einzige Bedingung: Keine der Augangsfarben darf sich aus den beiden anderen mischen lassen. Das bedeutet im Endeffekt, dass das Dreieck aus den Verbindungslinien dieser Ausgangsfarben den Weißpunkt (siehe Abb. Farbkreis nach Weiß) einschließen muß. Genau genommen lassen sich nur die innerhalb des Dreiecks oder auf seinen Kanten liegenden Farben mischen. Man kann also aus Violett und Türkis ein (etwas verwässertes) Blau mischen, oder aus Gelb und Türkis ein Grün. Dreht man das Dreieck der Ausgangsfarben, so mischt man beispielsweise aus Blau und Rot ein Purpur oder Rotviolett, aus Blau und Grün ein Türkis (Cyan), oder aus Grün und Rot ein Gelb. Nimmt man mehr Rot als Grün, "zieht" das Rot den Mischwert an sich - er wird Orange. Nimmt man mehr Grün als Rot, "zieht" das Grün die Mischfarbe an sich, es kommt ein Gelbgrün heraus. Nimmt man von jeder der Ausgangsfarben einen Anteil, so wandert die Mischfarbe in das Innere des Dreiecks - im Falle des Gleichgewichts zwischen allen Farben, wenn diese gleichabständig um den Kreis verteilt sind, auf den Weißpunkt. (Noch zu definierende Abbildungen. Auf das CIE-Farbdreieck eingehen)

Wenden wir uns nun wieder dem Übertragungspaar Kamera-Bildschirm zu. Der Bildschirm enthält Phosphore oder andere Leuchtelemente, die - landläufig gesprochen - Rot, Grün und Blau leuchten. Dabei ist insbesondere das Blau nicht das Violettblau, das wir am Ende des Lichtspektrums sehen. Dennoch lassen sich durch gleichzeitiges Anregen des blauen und des roten Phosphors Farbtöne von Violett über Purpur bis Rot erzeugen. Allerdings kann das erzeugte Violett niemals ganz so leuchtend oder rein sein wie das aus rein kurzwelligem Licht (...).

So wie man innerhalb des von den Phosphorfarben erzeugten Farbraumes mit einem Computerprogramm jede beliebige Farbe erscheinen lassen kann, handelt es sich bei der Aufgabe, ein Bild farbig zu fotografieren, um ein reines Ansteuerungsproblem: Wie ermittle ich diejenigen Helligkeitswerte für die RGB-Werte, um die Farben möglichst naturgetreu wiederzugeben? Auf den ersten Blick ist das eine ziemlich einfache Aufgabe: Man unterteilt das Spektrum in drei Bereiche und mißt darin die Intensität der Motivbestandteile. Dass es so simpel nicht ist, werden wir noch sehen, doch bleiben wir zunächst bei diesem vereinfachten Ansatz.

Ein rotes, grünes oder blaues Objekt wiederzugeben ist demnach trivial: Es wird jeweils nur Licht aus dem Bereich des Spektrums empfangen, das dem Auge entsprechend erscheint. Durch Filter in der Kamera werden nur die dem Rot-, Grün- oder Blaukanal zur Übertragung zugeordneten Sensoren aktiviert. Was aber ist mit Mischfarben, zum Beispiel Gelb? Gelbe Farbstoffe reflektieren meistens in einem breiten Band, das grünes, gelbgrünes, gelbes, oranges und eventuell auch noch rotes Licht enthält (also Licht, dessen Wellenlänge wir normalerweise in diesen Farben sehen). Daher wird der Rot- und der Grünkanal in einem bestimmten Verhältnis angeregt. Dadurch können auch verschiedene Variationen von Zitronengelb, Postgelb, Orange oder Gelbgrün erfasst werden.

Etwas schwieriger wird es mit monochromatischen Lichtern - also wenn man ein Spektrum, das von einem Prisma oder Beugungsgitter erzeugt wurde, fotografiert. Dem Auge erscheinen hier kontinuierliche Übergänge, beliebige Paare von monochromatischen Lichtern, deren Frequenz einen Mindestabstand aufweisen, erscheinen in unterschiedlichen Farbtönen. Um das wiederzugeben, müssen die Empfindlichkeitskurven der Sensoren ähnlich geformt sein wie die Absorptionskurven der Pigmente der Zapfen in der Netzhaut. Dann wird ein Licht von 534 Nanometern vor allem den Grün-Kanal ansteuern, und eines von 564 mehr den Rot-Kanal. Und eines von 650 oder gar 700 Nanometern Wellenlänge praktisch nur noch den Rot-Kanal. (Hierzu Abbildungen mit Balkendiagrammen zur Anregungsgewichtung)

Was ist aber mit dem Violett-Problem? Praktische Versuche zeigen, dass die meisten Gegenstände, die violett oder lila aussehen, sowohl lang- als auch kurzwelliges Licht reflektieren oder aussenden, daher erscheinen sie auch mehr oder weniger farbgetreu auf dem Bildschirm, da sie den Rot- und den Blauphosphor ansteuern, was nach der geschilderten Farbenlehre einen Farbton erzeugt, der auf dem Farbkreis zwischen Blau und Rot liegt.

Erst der Versuch, ein echtes Lichtspektrum zu fotografieren - oder bestimmte Blumen, deren Blütenblätter für uns Violett aussehen, die aber nur kurzwelliges Licht reflektieren - offenbart eine Schwäche dieses Systems. Eine violette Primel kann in rotem Licht einfach "schwarz" erscheinen, sie wird dann ebenso wie das kurzwellige Ende des Spektrums nur den Blau-Sensor ansprechen. Auf dem Bildschirm oder einem gedruckten Foto erscheint die Blüte sehr wahrscheinlich in einem leuchtenden Blau - hübsch farbig, aber falsch!

Die Lösung könnte darin bestehen, statt es eines blauen einen violett leuchtenden Phosphor zu verwenden. Allerdings ist die Gesamtempfindlichkeit des Auges, auch speziell des S-Zapfentyps, in diesem Wellenlängenbereich stark reduziert, man müßte also eine recht hohe Strahlungsintensität aufwenden. Offenbar sind solche Phosphore nicht verfügbar, außerdem hat sich das RGB-System längst fest etabliert, nicht zuletzt durch die Farbfernseh-Verfahren. Stattdessen müßte eine Kamera aus dem Umstand, dass nur der Blau-Sensor Werte liefert, aber Rot und Gün "Null" melden, schlußfolgern, dass sie dem Bildsignal beziehungsweise den Farbbytes in ihrer Bilddatei etwas Rot zumischen sollte. Läge nämlich eine "blaue Farbe" vor, würde auch der Grün-Sensor miterregt - wenn er eine ähnliche Empfindlichkeitskurve aufweist wie der M-Zapfen im menschlichen Auge.


Spektren fotografieren

Spektrometeraufbau von oben Spektrometeraufbau von vorn
Einfacher offener Versuchsaufbau zum Fotografieren des Spektrums einer Halogen-Schreibtischlampe. Unter dem schwarzen Karton unten, in den ein vertikaler Schlitz geschnitten ist, liegt eine CD (in diesem Fall ein Rohling, möglichst silberfarben). Der Schlitz überdeckt nur eine Hälfte der Scheibe. Die Halogenlampe links oben wurde mit einem Pappzylinder verkleidet, in dessen vorderen Verschluss ein schmaler horizontaler Schlitz geschnitten wurde (2-3 mm breit), zu erkennen in der Aufnahme rechts. Vorsicht Brandgefahr! Nicht spielenden Kindern überlassen! Das weiße Blatt Papier, das auf dem dunklen Karton unten liegt, deutet an, dass man den Schlitz, hinter dem sich die CD befindet, auch ringsum weiß abdecken kann oder muß, wenn die Belichtungseinstellung der Kamera sonst nicht ausreicht, um ein Überbelichten des Spektrums zu vermeiden. Man geht mit der Kamera von schräg vorne oben so nah wie möglich an den Schlitz über der CD heran und richtet sie so aus, dass das Spektrum möglichst bildfüllend, aber unbeschnitten erfasst wird (die Bereiche oben und unten, an denen es ins Dunkle übergeht, sollen sich mit auf dem Foto befinden). Am besten macht man eine Belichtungsreihe, wobei vor allem in Richtung Unterbelichtung zu korrigieren ist. Wenn das Spektrum der einzige helle Bildinhalt ist und von Dunkel umgeben ist, neigt die Kamera dazu, es überzubelichten, was zu verfälschten Ergebnissen führt. Möglicherweise sollte man den aus der Halogenlampe austretenden Lichtstrahl sogar etwas vom Probeschlitz über der CD wegdrehen, da das Spektrum sonst zu grell ist. Wenn man die Aufnahme in einem Bildbearbeitungsprogramm mit einer Pipette ausmisst, sollten die Farbwerte an keiner Stelle 255 erreichen, sondern ganz knapp an dieser Grenze liegen (z. B. 254, dann weiß man, dass noch keine Überbelichtung vorliegt). Wenn das Bild unterbelichtet ist, kann es vorsichtig mit Tonwertausgleich korrigiert werden, so dass voll gesättigte Farben einen Maximalwert von 255 zu erreichen.
Wenn die Kamera nicht fokussiert, kann man einen Finger oder Bleistift quer über den Schlitz an der Lampe oben halten, um der Kamera eine "Kante" zum Fokussieren zu geben (Auslöser halb gedrückt halten), diesen dann wieder weggnehmen, ehe man auslöst. Der Weißabgleich sollte auf Automatik oder Kunstlicht (Tungsten) eingestellt sein.
Für bestimmte Zwecke kann noch ein komplizierterer Versuchsaufbau angemessen sein, den ich unten zeige.
Wenn man statt einer Halogenlampe eine Energiesparlampe (längliche Bauform, heute oft als Schreibtischlampe verwendet) benutzt, erhält man kein kontinuierliches Spektrum, sondern eines mit isolierten Banden. Das ist zwar interessant, eignet sich aber nicht zur Beurteilung der Wiedergabeeigenschaften einer Kamera hinsichtlich Gleichmäßigkeit der Farbabstufungen. Jedoch kann man die Qualität des Lichtes selbst beurteilen (siehe Bild unten). Außerdem lassen sich einzelne Banden identifizieren und in ihrer Wiedergabe konkret mit dem Augenschein vergleichen (siehe Bild unten).

Zur Erklärung: Die feine Linienstruktur der Tonspur auf der CD wirkt wie ein Beugungsgitter, das ähnlich wie ein Prisma das weiße Licht in seine Spektralanteile zerlegt. Hätte also Newton schon CDs zur Verfügung gehabt ...
Spektrometerbox von oben Spektrometer Nahaufnahme
Präzisere Ergebnisse erhalte ich mit meiner "Spektrometerbox". Sie ist hier aus einer Kaffeemaschinenverpackung hergestellt, die innen mit schwarzem Velours (Klebesamt) ausgeschlagen ist. In den oberen Deckel ist relativ weit vorne ein fünf Zentimeter und 3 mm hoher Schlitz parallel zur Vorderkante der Schachtel geschnitten. Er ist von einer Milchglasscheibe abgedeckt und wird von oben mit der Lichtquelle - hier eine Halogen-Schreibtischlampe - angestrahlt. Diese ist normalerweise von dem hier beiseite geschobenen Samtrest abgedeckt, auch ist der übrige Raum bei den eigentlichen Spektrenaufnahmen verdunkelt. Senkrecht darunter befindet sich ein CD-Rohling als reflektierendes Beugungsgitter am Boden der Kiste, mit einem breiteren Spalt in der darüberliegenden Abdeckung, der quer zum Spalt im Deckel ausgerichtet ist. Im rechten Bild ist die Ausrichtung der Kamera (hier Kodak DX7630) auf das erste Beugungsmaximum zu erkennen. Für die Kameras ist in die Vorderseite des Gehäuses ein genügend breiter Spalt geschnitten.
Das Bild auf dem rückwärtigen Kameradisplay ist zur Verdeutlichung stark herangezoom und daher nicht fokussiert, normalerweise verwendet man eine weitwinkligere Einstellung. Auch ist das Spektrum unten normalerweise aus dem seitlichen Blickwinkel dieser Aufnahme nicht zu sehen (es stammt von einer der Fotolampen vor der Box). In diesem Fall erfolgt der Lichteinfall senkrecht von oben auf die CD, die das Licht im ersten Beugungsmaximum nur um rund 14° ablenkt, so dass die Kamera ziemlich steil darauf blicken muss. Wegen der völligen Verdunkelung rund um den Strahlengang erhält man klarere Bilder, die Anordnung eignet sich aber nur für Kameras mit manueller Belichtungseinstellung, mit denen man genügend stark abblenden kann.
Spektrum einer Energiesparlampe
Spektrum einer Energiesparlampe (Lichtfarbe weiß? aus einer Schreibtischlampe). Durch die diskreten Banden kann man auch einen Ausdruck des Fotos, selbst wenn er nicht farbrichtig ist, mit dem Augenschein vergleichen, die Linien abzählen und mit der Wiedergabe am Bildschirm vergleichen. Demnach sollte am rechten Ende (blau) die kaum sichtbare erste blaue Bande violett sein. Es folgt eine schmale, helle und scharf begrenzte blaue Bande. Weiter links nach einigem Abstand ein breiteres, unscharf begrenztes Band, das Türkis ist (im Foto aber unverändert blau). Dann kommt ein breiterer schwarzer Bereich und darauf, etwas links von der Mitte, ein grünes Band. Nach einem schmäleren dunklen Bereich dann einige gestuft farblich unterschiedene zusammenhängende Bänder von gelb nach orange, die im Foto aber von grün über gelb nach orange verlaufen (alle Töne etwas dunkel, daher nicht rein). Schließlich ganz links ein kräftig rotes Rand mit einem dunkleren, ebenfalls rötlichen Feld links daneben.

Bild unten: Eine hochwertige Tageslichtleuchtstoffröhre ("Biolux" von Osram) zeigt ein wesentlich gleichmäßigeres und dichter besetztes Spektrum. Auch hier sieht die Kamera den violetten Rand des Spektrums nicht bzw. gibt ihn rein Blau wieder.
Spektrum einer Tageslichtleuchtstoffröhre

Farbesoterik

Beitrag der Esoteriker
In einem Esoterikladen in Neubeuern (Nähe Rosenheim), einem merkwürdig romantischen Ort mit Burg, sah ich im Schaufenster diese Einlassung zum Thema Farben - auch eine Art, sich damit auseinanderzusetzen! Wer dran glaubt - Hauptsache, es bringt ein paar Euro in die Kasse.

Serie über Grundlagen der digitalen Fotografie und Bildbearbeitung bei: http://www.heise.de/foto/.


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