5. Farbwahrnehmung Teil 2 Modelle der Farbwahrnehmung

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1 5. Farbwahrnehmung Teil 2 Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien

2 Objektive und subjektive Wahrnehmung (1) Sind die Farben der Felder A und B gleich? 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 2

3 Objektive und subjektive Wahrnehmung (2) A Objektive Wahrnehmung im eigentlichen Sinn gibt es nicht, denn objektiv heißt: unvoreingenommen, gegenständlich, wirklich, tatsächlich nicht von Gefühlen und Vorurteilen bestimmt unabhängig von einem Subjekt und dessen Bewusstsein (lat. objectum das dem Verstand vorgesetzte ) Wenn wir jedoch etwas wahrnehmen, wird es uns bewusst und für uns real, also wahr. Wahrnehmung ist somit die bewusste Aufnahme von Informationen eines Lebewesens über seine Sinne. Den letzten Vorgang der Wahrnehmung, den man noch einigermaßen objektiv nennen kann, ist die Erregung einer Sinneszelle, also beispielsweise die Antwort der Stäbchen oder Zapfen auf einfallende optische Strahlung in Form eines Aktionspotenzials. Wenn dieses von der Sinneszelle kommende Signal in uns eine Empfindung auslösen, spricht man von Wahrnehmung. Bis zu diesem Zeitpunkt wurde jedoch das Signal mehrfach umgewandelt und angepasst, also eindeutig subjektiv. 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 3

4 Objektive und subjektive Wahrnehmung (3) A Die Felder A und B auf der Grafik haben beispielsweise das gleiche physikalische Spektrum. Sie rufen daher auf der Netzhaut sehr wahrscheinlich die gleiche Reizantwort hervor. Unsere Wahrnehmung teilt uns jedoch eine andere Information mit. Indem wir unsere Erfahrung einbeziehen und die Umgebung der Felder berücksichtigen, interpretieren wir in das Bild ein Schachbrettmuster. Dadurch ziehen wir den Schluss, dass das eine Feld dunkler sein muss als das andere. 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 4

5 Objektive und subjektive Wahrnehmung (4) Auge visuelles System Objektiv Subjektiv 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 5

6 Objektive und subjektive Wahrnehmung (5) Umwelt/ Umfeld Reizantwort der Sinneszelle persönliches Befinden/ Stimmung persönliche Erfahrung Wahrnehmung Alter kulturelle Hintergründe... Störungen der Sinne (Fehlsichtigkeiten...) 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 6

7 Modelle der Wahrnehmung (1) Unsere Wahrnehmung ist also subjektiv. Daher kann man sie nicht messen. Es ist lediglich möglich, die Aussagen von vielen Personen über ihre persönliche Wahrnehmung zu sammeln und dann auszuwerten. Daher kann Wahrnehmung nicht objektiv verglichen werden, es gehen immer subjektive Einflüsse ein. Also sind Absolutaussagen über die Funktion der Ganglienzellen und Bipolarzellen zurzeit nicht möglich. Es existieren jedoch Modelle, um das Verhalten beziehungsweise Empfindungen vorhersagen zu können. 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 7

8 Modelle der Wahrnehmung (2) Es gibt viele Modelle was Wahrnehmung ist und wie sie funktioniert. An dieser Stelle sollen nur jene Modelle präsentiert werden, die für das Verständnis der Farbwahrnehmung hilfreich sind: Drei-Komponenten-Theorie von YOUNG und HELMHOLTZ, Duplizitätstheorie von VON KRIES, Gegenfarbentheorie von HERING, Zonentheorie von VON KRIES, On-Off-Zellen-Theorie Modelle für Empfindung, Bewusstsein und Emotionen Dabei ist es auch immer interessant, welche Beobachtungen und Erkenntnisse zu den Modellen führten. 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 8

9 Drei-Komponenten-Theorie (1) Die Drei-Komponente-Theorie wird auch Drei-Farben-Theorie oder YOUNG- HELMHOLTZ-Theorie genannt. Die Basis der Drei-Komponenten-Theorie ist die Erkenntnis von THOMAS YOUNG (1807). Es ist undenkbar, dass für jede wahrnehmbare Farbe ein eigener Rezeptor im Auge existiert. Er vermutete bereits, dass es lediglich drei Rezeptoren gibt. Wie er auf die Zahl drei kam ist nicht bekannt. Die Weiterentwicklung der Aussagen von YOUNG erfolgte um das Jahr 1850 durch HERMANN VON HELMHOLTZ. Dieser hatte beobachtet, dass man aus drei farbigen Lichtstrahlen jede beliebige andere Farbe mischen kann. Dies bestätigte die Vermutung von YOUNG, dass es im Auge drei Typen von Rezeptoren gibt. Die Existenz der drei Rezeptortypen für das Farbensehen wurde erst im Jahr 1886 von ARTHUR KÖNIG nachgewiesen. Er konnte als erster die Empfindlichkeitskurven der drei Zapfentypen experimentell messen (KÖNIG- Fundamentals). 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 9

10 Drei-Komponenten-Theorie (2) Durch Änderung der Lichtstärke gleichfarbiger Lichtquellen kann die Mischfarbe verändert werden. Weißes Licht kann durch verschiedene Kombinationen von farbigem Licht erzeugt werden. 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 10

11 Drei-Komponenten-Theorie (3) A L- Rezeptor M- Rezeptor S- Rezeptor Farbe rot grün blau gelb magenta cyan schwarz weiß 0 < Reiz < 1 0 < Reiz < 1 0 < Reiz < 1 grau 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 11

12 Duplizitätstheorie (1) Etwa zeitgleich mit HELMHOLTZ entdeckten einige Wissenschaftler eine wichtige Tatsache. Es war bereits bekannt, dass auf der Netzhaut zwei Arten von Rezeptoren, nämlich die Stäbchen und die Zapfen, vorhanden sind. Allerdings fehlen in den Augen einiger nachtaktiver Tiere die Zapfen. Daraus schloss man, dass die Stäbchen für das Nachtsehen verantwortlich sind. Den Zapfen schrieb man das Tagessehen zu. JOHANNES VON KRIES integrierte die Erkenntnisse über Stäbchen und Zapfen zu seiner Duplizitätstheorie (1896): Auf der Netzhaut sind zwei Arten von Rezeptoren vorhanden, die als Stäbchen und Zapfen bezeichnet werden. Die Stäbchen sind in der Nacht für das Sehen von Hell und Dunkel verantwortlich. Am Tag und bei künstlicher Beleuchtung verantworten die Zapfen das Farbensehen. Für die Zapfen gilt die Drei-Komponenten-Theorie von YOUNG und HELMHOLTZ. 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 12

13 Duplizitätstheorie (2) 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 13

14 Gegenfarbentheorie (2) 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 14

15 Gegenfarbentheorie Die Drei-Komponenten-Theorie hatte jedoch einen entscheidenden Nachteil. Geht man von den Grundfarben Rot, Grün und Blau aus, so lassen sich sowohl ein grünliches Blau als auch ein bläuliches Grün, ein rötliches Blau oder ein bläuliches Rot vorstellen, jedoch ist ein rötliches Grün oder ein grünliches Rot undenkbar. EWALD HERING ( ) bezeichnete aus diesem Grund Rot und Grün als Gegenfarben. Für Blau fand er analog die Gegenfarbe Gelb. Im Jahr 1874 veröffentlichte er seine Gegenfarbentheorie. Er postulierte zwei Gegenfarben-Prozesse mit je einem hemmenden und einem erregenden Anteil, die nach einem Gleichgewicht streben: Rot-Grün: Rot = positiv, Grün = negativ Gelb-Blau: Gelb = positiv, Blau = negativ Als dritten Prozess nannte HERING den Schwarz-Weiß-Prozess, der für den achromatischen Anteil einer Farbe zuständig ist: Schwarz-Weiß: Weiß = positiv, Schwarz = negativ Mit Hilfe der Gegenfarbentheorie lassen sich auch Farbfehlsichtigkeiten (Rot- Grün-Fehlsichtigkeit und Blau-Gelb-Fehlsichtigkeit) und das Nachsehen erklären. 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 15

16 Nachbilder in Gegenfarben Mithilfe des Nachbild-Effektes können sogar Schwarz-Weiß-Bilder kurzzeitig farbig werden. Zunächst muss man für einige Zeit das erste Bild betrachten und dabei auf den kleinen weißen Punkt fokussieren. Schaltet man dann auf das Schwarz-Weiß- Bild um, so erscheint es im ersten Moment farbig. 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 16

17 Nachbilder in Gegenfarben (1) 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 17

18 Nachbilder in Gegenfarben (2) 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 18

19 Farbfehlsichtigkeiten A Protanop: L-Zapfen fehlen Rotblindheit / Rot-Grün-Sehschwäche Deuteranop: M-Zapfen fehlen Grünblindheit / Rot-Grün-Sehschwäche Tritanop: S-Zapfen fehlen Blaublindheit / Blau-Gelb-Sehschwäche Normal 400 nm 500 nm 600 nm 700 nm Blau-Zapfen-Monochromat Rot-Zapfen-Monochromat 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 19

20 Zonentheorie (1) Sowohl die Drei-Komponenten-Theorie als auch die Gegenfarbentheorie schienen ihre Berechtigung zu haben. Daher formulierte VON KRIES im Jahr 1923 seine Zonentheorie, in der er die zwei scheinbar gegensätzlichen Theorien vereinte. Er schrieb die Dreikomponententheorie von YOUNG und HELMHOLTZ und die Gegenfarbentheorie von HERING jeweils unterschiedlichen Bereichen des visuellen Systems zu: Die Dreikomponententheorie findet auf der Ebene der Rezeptoren statt. Die Gegenfarbentheorie beschreibt die Reizverarbeitung in den nachgeordneten Systemen. 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 20

21 Zonentheorie (2) LEO MAURICE HURVICH und DOROTHEA JAMESON erweiterten 1957 die Zonentheorie. Sie erstellten ein Modell, in dem die Rezeptorsignale in drei Gegenfarben-Kanäle umgewandelt werden: Rot-Grün-Kanal Blau-Gelb-Kanal Schwarz-Weiß-Kanal Quelle: Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 21

22 On-Off-Zellen-Modell Es wird weiterhin geforscht, wie genau die Signalumwandlung der Rezeptoren zu den Gegenfarben geschieht. Ein Modell dafür ist das On-Off-Zellen-Modell. Dieses Modell erklärt die Funktion der Bipolarzellen und der Ganglienzellen in der Netzhaut. Nach diesem Modell gibt es nicht nur Zellen, die für die Information Licht An (On) verantwortlich sind, sondern auch Zellen für die Information Licht Aus (Off). Dadurch kann das Auge viel schneller Unterschiede registrieren (zeitliche Auflösung erhöht) und besser Kontraste erkennen (Kontrastverstärkung). 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 22

23 Kontrastverstärkung durch On-Off-Zellen Die Farbstreifen sind jeweils von einem gleichmäßigen grau. Da jedoch an einer Grenze die On- Zellen und Off-Zellen unterschiedlich stark angesprochen werden, kommt es zu einer Kontrastverstärkung. Daher nimmt man für jeden Streifen einen Farbverlauf wahr. Die Farbe scheint auf der Seite zum dunkleren Nachbarstreifen heller zu sein. Auf der Seite zum helleren Nachbarstreifen ist sie scheinbar dunkler. Dieser Effekt wird MACH-Bänder oder MACH-Streifen genannt. 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 23

24 Farbdifferenz-Signal-Modell Gelb-Blau- Signal Rot-Grün- Signal + Helligkeitssignal 2 S 20 + In dem Modell nach HUNT ist auch bei Tag ein gewisser Anteil des Helligkeitssehens auf die Stäbchen zurückzuführen. Aus der Verrechnung der Signale von den drei Farb- Rezeptor-Typen resultieren weiterhin zwei Farbdifferenz- Signale, die an das Gehirn weitergeleitet werden. S-Zapfen -Signal M-Zapfen -Signal L-Zapfen -Signal Stäbchen S-Signal Auffallend ist, dass nach HUNT am Helligkeitssignal hauptsächlich die Rot-Zapfen und die Grün-Zapfen beteiligt sind. Quelle: Hunt, R. W. G.: Measuring colour. 3rd ed. Kingston-upon-Thames: Fountain Press, Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 24

25 Modelle der Wahrnehmung (3) Unsere Sehempfindung wird durch viele Faktoren beeinflusst, die in den vorgestellten Modellen der Farbwahrnehmung nicht berücksichtigt werden können. Die Farbwahrnehmungsmodelle stoßen an ihre Grenzen. Nicht berücksichtigt werden zum Beispiel: kulturelle Einflüsse Assoziationen Emotionen Einige wichtige Faktoren, die hier noch näher erläutert werden sollen, sind: die chromatische Adaption die Farbigkeit des Umfelds der Zusammenhang von Farbensehen und Formensehen 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 25

26 Chromatische Adaption Die chromatische Adaption ist die Eigenschaft des menschlichen Sehsinns die Farbwahrnehmung kontinuierlich an einen Beleuchtungswechsel anzupassen. Beispiele: Ein weißes Blatt Papier bleibt auch bei Kerzenschein für den Betrachter weiß. Eine Orange ist egal ob im Sonnenlicht oder bei Innenraumbeleuchtung immer orange. Die chromatische Adaption erfolgt innerhalb einer Zeit von mindestens 30 Minuten unabhängig von der Art des vorangegangenen Lichtwechsels. Vor jeder visuellen Beurteilung von Farben ist daher unbedingt die langzeitige chromatische Adaptionsphase von mindestens 30 Minuten zu beachten. 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 26

27 Farbigkeit des Umfelds (1) Die Farbigkeit des Umfeldes bestimmt maßgeblich unsere Farbwahrnehmung Quelle: Andreas Kraushaar.: Einflussfaktoren auf die Farbwahrnehmung. Fogra Aktuell Nr. 126, München, Oktober Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 27

28 Farbigkeit des Umfelds (2) Wie unterscheiden sich die Farben der mittleren Kreise? 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 28

29 Zusammenhang von Farbensehen und Formensehen (1) 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 29

30 Zusammenhang von Farbensehen und Formensehen (2) 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 30

31 Andere Wahrnehmungs-Phänomene (1) Abgleich nur weniger Informationen Wahrnehmung als Konstruktionsprozess (Gestaltpsychologie) 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 31

32 Andere Wahrnehmungs-Phänomene (2) Thomson Effekt 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 32

33 Andere Wahrnehmungs-Phänomene (3) Korrektur von Fehlern 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 33

34 Modelle der Wahrnehmung (4) Es gibt Bemühungen die Wahrnehmung doch vergleichbar zu machen. Ausschalten von Emotionen, Umgebungseinflüssen, daher Definition von Normbedingungen für die Vergleichsversuche spektraler Hellempfindlichkeitsgrad Empfindlichkeitskurven der Rezeptoren Farbvalenz 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 34

35 Farbvalenz Farbe ist immer eine subjektive Wahrnehmung und entsteht im Gehirn. Um diese möglichst objektiv beschreiben zu können, müssen für den Betrachter so viele Fehlerquellen wie möglich ausgeschaltet werden. Erste Definition der Farbvalenz: Die Farbvalenz ist die Information, die als ein pulsdichtemoduliertes Signal im Sehnerv übertragen wird. 5.2 Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien 35

36 Impressum Farbwiedergabe in den Medien Vorlesung im WS Prof. Dr.-Ing. E. Dörsam Technische Universität Darmstadt Fachgebiet Druckmaschinen und Druckverfahren Magdalenenstr Darmstadt Farbwahrnemung - Modelle der Farbwahrnehmung Farbwiedergabe in den Medien