Farbe

Entwicklung von Theorien des Farbsehens

Obwohl Aristoteles und andere alte Wissenschaftler bereits über die Natur von Licht und Farbsehen geschrieben hatten, wurde Licht erst Newton als Quelle des Farbgefühls identifiziert., 1810 veröffentlichte Goethe seine umfassende Farbtheorie, in der er physiologischen Effekten Farbe zuschrieb, die heute als psychologisch verstanden werden.

1801 schlug Thomas Young seine trichromatische Theorie vor, basierend auf der Beobachtung, dass jede Farbe mit einer Kombination von drei Lichtern übereinstimmen könnte. Diese Theorie wurde später von James Clerk Maxwell und Hermann von Helmholtz verfeinert. Wie Helmholtz es ausdrückt, “ wurden die Prinzipien von Newtons Gesetz der Mischung 1856 von Maxwell experimentell bestätigt., Youngs Theorie der Farbempfindungen blieb wie so vieles, was dieser wunderbare Ermittler im Vorfeld seiner Zeit erreicht hatte, unbemerkt, bis Maxwell darauf aufmerksam machte.“

Zur gleichen Zeit wie Helmholtz entwickelte Ewald Hering die gegnerische Prozesstheorie der Farbe und stellte fest, dass Farbenblindheit und Nachbilder typischerweise in Gegnerpaaren (rot-grün, blau-orange, gelb-violett und schwarz-weiß) auftreten., Letztendlich wurden diese beiden Theorien 1957 von Hurvich und Jameson synthetisiert, die zeigten, dass die Netzhautverarbeitung der trichromatischen Theorie entspricht, während die Verarbeitung auf der Ebene des lateralen genikulären Kerns der gegnerischen Theorie entspricht.

1931 entwickelte eine internationale Expertengruppe namens Commission internationale de l ‚ éclairage (CIE) ein mathematisches Farbmodell, das den Raum beobachtbarer Farben abbildete und jedem einen Satz von drei Zahlen zuordnete.,

Farbe im Auge

Die Fähigkeit des menschlichen Auges, Farben zu unterscheiden, beruht auf der unterschiedlichen Empfindlichkeit verschiedener Zellen in der Netzhaut gegenüber Licht unterschiedlicher Wellenlängen. Menschen sind trichromatisch—die Netzhaut enthält drei Arten von Farbrezeptorzellen oder Zapfen., Ein Typ, der sich relativ von den beiden anderen unterscheidet, reagiert am besten auf Licht, das als blau oder blauviolett wahrgenommen wird, mit Wellenlängen um 450 nm; Kegel dieses Typs werden manchmal als kurzwellige Kegel oder S-Kegel (oder irreführend blaue Kegel) bezeichnet., Die anderen beiden Typen sind genetisch und chemisch eng verwandt: Kegel mittlerer Wellenlänge, M-Kegel oder grüne Kegel sind am empfindlichsten für Licht, das als grün wahrgenommen wird, mit Wellenlängen um 540 nm, während die Kegel langer Wellenlänge, L-Kegel oder rote Kegel am empfindlichsten für Licht sind, das als grünlich wahrgenommen wird gelb, mit Wellenlängen um 570 nm.

Licht, egal wie komplex seine Wellenlängenzusammensetzung ist, wird vom Auge auf drei Farbkomponenten reduziert., Jeder Kegeltyp hält sich an das Prinzip der Univarianz, dh die Leistung jedes Kegels wird durch die Lichtmenge bestimmt, die über alle Wellenlängen auf ihn fällt. Für jede Position im Gesichtsfeld ergeben die drei Arten von Kegeln drei Signale, basierend auf dem Ausmaß, in dem jeder stimuliert wird. Diese Stimulationsmengen werden manchmal als Tristimuluswerte bezeichnet.

Die Antwortkurve als Funktion der Wellenlänge variiert für jeden Kegeltyp. Da sich die Kurven überlappen, treten einige Tristimuluswerte für eine eingehende Lichtkombination nicht auf., Zum Beispiel ist es nicht möglich, nur die mittleren Wellenlängenkegel (sogenannte „grüne“) zu stimulieren; Die anderen Kegel werden zwangsläufig zu einem gewissen Grad gleichzeitig stimuliert. Die Menge aller möglichen Tristimuluswerte bestimmt den menschlichen Farbraum. Es wurde geschätzt, dass Menschen etwa 10 Millionen verschiedene Farben unterscheiden können.

Die andere Art von lichtempfindlicher Zelle im Auge, der Stab, hat eine andere Reaktionskurve. In normalen Situationen, in denen Licht hell genug ist, um die Zapfen stark zu stimulieren, spielen Stäbchen praktisch keine Rolle beim Sehen., Andererseits werden bei schwachem Licht die Zapfen unterstimuliert, wobei nur das Signal von den Stäben übrig bleibt, was zu einer farblosen Reaktion führt. (Außerdem sind die Stäbe im „roten“ Bereich kaum lichtempfindlich.) Unter bestimmten Bedingungen der Zwischenbeleuchtung können die Stabantwort und eine schwache Kegelantwort zusammen zu Farbdiskriminierungen führen, die nicht allein durch Kegelantworten verursacht werden. Diese Effekte, kombiniert, sind auch in der Kruithof-Kurve zusammengefasst, Das beschreibt die Veränderung der Farbwahrnehmung und Lichtfreude als Funktion von Temperatur und Intensität.,

Farbe im Gehirn

Während die Mechanismen des Farbsehens auf der Ebene der Netzhaut in Bezug auf Tristimuluswerte gut beschrieben sind, ist die Farbverarbeitung nach diesem Punkt anders organisiert., Eine dominante Theorie des Farbsehens schlägt vor, dass Farbinformationen von drei gegnerischen Prozessen oder gegnerischen Kanälen, die jeweils aus der Rohausgabe der Zapfen konstruiert sind, aus dem Auge übertragen werden: ein rot–grüner Kanal, ein blau–gelber Kanal und ein schwarz–weißer „Luminanz“ – Kanal. Diese Theorie wurde von der Neurobiologie unterstützt und erklärt die Struktur unserer subjektiven Farberfahrung., Insbesondere erklärt es, warum Menschen kein „rötliches Grün“ oder „gelbliches Blau“ wahrnehmen können, und es sagt das Farbrad voraus: Es ist die Sammlung von Farben, für die mindestens einer der beiden Farbkanäle einen Wert misst eines seiner Extreme.

Die genaue Art der Farbwahrnehmung jenseits der bereits beschriebenen Verarbeitung und in der Tat der Status der Farbe als Merkmal der wahrgenommenen Welt oder vielmehr als Merkmal unserer Wahrnehmung der Welt—eine Art Qualia—ist eine Frage komplexer und fortgesetzter philosophischer Auseinandersetzungen.,

Nicht standardmäßige Farbwahrnehmung

Farbmangel

Wenn eine oder mehrere Arten von Farbsensorkegeln einer Person fehlen oder weniger als normal auf einfallendes Licht reagieren, kann diese Person weniger Farben unterscheiden und gilt als farbdefizient oder farbenblind (obwohl dieser letztere Begriff irreführend sein kann; fast alle farbdefizienten Personen können mindestens einige Farben unterscheiden). Einige Arten von Farbmangel werden durch Anomalien in der Anzahl oder Art der Zapfen in der Netzhaut verursacht., Andere (wie zentrale oder kortikale Achromatopsie) werden durch neuronale Anomalien in den Teilen des Gehirns verursacht, in denen die visuelle Verarbeitung stattfindet.

Tetrachromacy

Während die meisten Menschen trichromatisch sind (mit drei Arten von Farbrezeptoren), haben viele Tiere, die als Tetrachromate bekannt sind, vier Arten. Dazu gehören einige Arten von Spinnen, die meisten Beuteltiere, Vögel, Reptilien und viele Fischarten. Andere Arten reagieren empfindlich auf nur zwei Farbachsen oder nehmen überhaupt keine Farbe wahr; Diese werden Dichromate bzw., Es wird unterschieden zwischen retinaler Tetrachromatie (mit vier Pigmenten in Kegelzellen in der Netzhaut im Vergleich zu drei in Trichromaten) und funktioneller Tetrachromatie (mit der Fähigkeit, aufgrund dieses Netzhautunterschieds verstärkte Farbdiskriminierungen vorzunehmen). So viele wie die Hälfte aller Frauen sind Netzhauttetrachromate.: p. 256 Das Phänomen tritt auf, wenn ein Individuum zwei leicht unterschiedliche Kopien des Gens entweder für die mittel – oder langwelligen Zapfen erhält, die auf dem X-Chromosom getragen werden., Um zwei verschiedene Gene zu haben, muss eine Person zwei X-Chromosomen haben, weshalb das Phänomen nur bei Frauen auftritt. Es gibt einen wissenschaftlichen Bericht, der die Existenz eines funktionellen Tetrachromats bestätigt.

Synästhesie

Bei bestimmten Formen der Synästhesie/Ideästhesie führt das Wahrnehmen von Buchstaben und Zahlen (Graphem–Farbsynästhesie) oder das Hören musikalischer Klänge (Musik–Farbsynästhesie) zu ungewöhnlichen zusätzlichen Erfahrungen beim Sehen von Farben., Verhaltens-und funktionelle Neuroimaging-Experimente haben gezeigt, dass diese Farberfahrungen zu Veränderungen der Verhaltensaufgaben führen und zu einer verstärkten Aktivierung der an der Farbwahrnehmung beteiligten Gehirnregionen führen, wodurch ihre Realität und Ähnlichkeit mit echten Farbprozepten demonstriert werden, wenn auch auf einem nicht standardisierten Weg hervorgerufen.

Nachbilder

Nach der Exposition gegenüber starkem Licht in ihrem Empfindlichkeitsbereich werden Photorezeptoren eines bestimmten Typs desensibilisiert. Für einige Sekunden, nachdem das Licht aufgehört hat, signalisieren sie weiterhin weniger stark als sonst., Während dieses Zeitraums beobachtete Farben scheinen die von den desensibilisierten Photorezeptoren detektierte Farbkomponente zu fehlen. Dieser Effekt ist verantwortlich für das Phänomen der Nachbilder, bei denen das Auge nach dem Wegschauen weiterhin eine helle Figur sehen kann, jedoch in einer Komplementärfarbe.

Afterimage-Effekte wurden auch von Künstlern wie Vincent van Gogh verwendet.,

Farbkonstanz

Wenn ein Künstler eine begrenzte Farbpalette verwendet, neigt das Auge dazu, dies zu kompensieren, indem es eine graue oder neutrale Farbe als Farbe sieht, die im Farbrad fehlt. Zum Beispiel erscheint in einer begrenzten Palette, die aus Rot, Gelb, Schwarz und Weiß besteht, eine Mischung aus Gelb und Schwarz als eine Vielzahl von Grün, eine Mischung aus Rot und Schwarz als eine Vielzahl von Lila und reines Grau erscheint bläulich.

Die trichromatische Theorie ist streng wahr, wenn sich das visuelle System in einem festen Anpassungszustand befindet., In Wirklichkeit passt sich das visuelle System ständig an Veränderungen in der Umgebung an und vergleicht die verschiedenen Farben in einer Szene, um die Auswirkungen der Beleuchtung zu reduzieren. Wenn eine Szene mit einem Licht und dann mit einem anderen beleuchtet wird, solange der Unterschied zwischen den Lichtquellen in einem vernünftigen Bereich bleibt, erscheinen uns die Farben in der Szene relativ konstant. Dies wurde von Edwin Land in den 1970er Jahren untersucht und führte zu seiner Retinex-Theorie der Farbkonstanz.,

Beide Phänomene sind leicht erklärt und mathematisch modelliert mit modernen Theorien der chromatischen Anpassung und Farbe Aussehen (zB CIECAM02, iCAM). Es besteht keine Notwendigkeit, die trichromatische Theorie des Sehens zu entlassen, sondern sie kann durch ein Verständnis dafür verbessert werden, wie sich das visuelle System an Veränderungen in der Betrachtungsumgebung anpasst.,

Farbbenennung

In der 1969-Studie Grundlegende Farbbegriffe: Ihre Universalität und Entwicklung beschreiben Brent Berlin und Paul Kay ein Muster in der Benennung „grundlegende“ Farben (wie „rot“, aber nicht „rot-orange“ oder „dunkelrot“ oder „Blutrot“, die „Rottöne“ sind). Alle Sprachen, die zwei „grundlegende“ Farbnamen haben, unterscheiden dunkle / kühle Farben von hellen/warmen Farben., Die nächsten zu unterscheidenden Farben sind normalerweise rot und dann gelb oder grün. Alle Sprachen mit sechs „Grundfarben“ umfassen Schwarz, Weiß, Rot, Grün, Blau und Gelb. Das Muster hält bis zu einem Satz von zwölf: schwarz, grau, weiß, rosa, rot, orange, gelb, grün, blau, lila, braun und azurblau (unterscheidet sich von blau in Russisch und Italienisch, aber nicht Englisch).