5. Farbwahrnehmung Teil 1 Das Auge

5. Farbwahrnehmung Teil 1 Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien

Was ist Wahrnehmung? Die visuelle Wahrnehmung, also das Sehen, scheint der verlässlichste unserer Sinne zu sein. Was man nicht selbst gesehen hat, kann man oft nicht glauben. Doch wie kommt es eigentlich zur Gesichtsempfindung? Ist sie rein physikalisch zu erklären? Oder spielt das Gehirn doch eine Rolle? Und wie kann die visuelle Wahrnehmung als objektiv bezeichnet werden? Ist die Welt, die wir wahrnehmen, wirklich identisch mit der Welt, die unabhängig von unserer Erfahrung existiert? Auf der Zeichnung unten sehen wir zunächst ein gleichseitiges Dreieck mit einem Kreis davor. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 2

Wahrnehmung als Sinnesempfindung Doch wenn wir durch den Kreis durchsehen, erkennen wir, dass es sich gar nicht um ein Dreieck sondern um ein Trapez handelt. Unsere Sinne haben uns einen Streich gespielt. Wahrnehmung hat also tatsächlich etwas mit dem Gehirn zu tun. Alles was wir sehen wird interpretiert. Wahrnehmung ist nicht gleich Realität. Unsere Wahrnehmung lässt sich täuschen. Visuelle Wahrnehmung ist also das, was wir aus dem visuellen Reiz, der im Auge entsteht, im Gehirn auswerten und interpretieren. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 3

Der Farbwahrnehmungsprozess Auge visuelles System 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 4

Visuelles System A In Bezug auf Wahrnehmung lassen sich Auge und Gehirn schlecht trennen. Visuelle Wahrnehmung wird im Auge ausgelöst, kommt aber erst im Gehirn zustande. Daher bezeichnet man die Kombination aus Auge und Gehirn als visuelles System. Wahrnehmung ist Informations-Empfang. Jedoch werden die Informationen im Auge und Gehirn codiert. Das physikalische Spektrum, welches ins Auge fällt, wird in eine Seh- Information umgewandelt. Bis zu dem Punkt kann man die Mechanismen noch recht gut beschreiben. Das was im Gehirn geschieht, kann bislang nur durch Modelle angenähert werden. Diese werden im zweiten Teil des Kapitels Wahrnehmung behandelt. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 5

Weg des Lichts beim Sehen 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 6

Anatomie des Auges Das Auge besteht aus einem optischen Apparat und Hilfseinrichtungen. Dabei wird der Augapfel als optischer Apparat bezeichnet und beinhaltet unter anderem die Hornhaut, Linse, Iris und die Netzhaut. Die Hilfseinrichtungen sind: das Augenlid der Tränenapparat die äußeren Augenmuskeln 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 7

Hilfseinrichtungen des Auges A Augenlid Oberes und unteres Augenlid sind auf der Innenseite von der Bindehaut überzogen. Funktion: Es verteilt bei jedem Lidschlag Tränenflüssigkeit, reinigt die Hornhaut und benetzt sie. Schützt zusätzlich vor mechanischen Einflüssen, indem es sich reflexartig schließt (Lidschlussreflex). Tränenapparat Er besteht aus Tränendrüse und ableitenden Tränenwegen. Funktion: Die Tränendrüse erzeugt Tränenflüssigkeit. Über die ableitenden Tränenwege werden übermäßige Tränenflüssigkeit und Schmutz, der ins Auge gelangt ist, abtransportiert. äußere Augenmuskeln Funktion: bewirken die Bewegung des Auges in alle Richtungen. Sie ermöglichen sowohl bewusste Blickbewegungen, als auch die unbewussten Ausgleichsbewegungen, die das Gesichtsfeld bei Veränderungen der Kopfhaltung stabilisieren. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 8

Optischer Apparat Als Vereinfachung kann man die vorderen Bestandteile des Auges als Sammellinse annehmen. Die Brennweite des optischen Apparates ist in etwa 23 mm. Auf der Innenseite des hinteren Augapfels entsteht ein umgekehrtes und seitenvertauschtes Bild des betrachteten Gegenstandes. Dabei wird die Größe des Netzhautbilds durch den Sehwinkel bestimmt. Dieser ist der Öffnungswinkel der äußeren, vom Gegenstand ins Auge fallenden Strahlen. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 9

Sehbereiche der Augen Für die Sehbereiche der Augen wird vereinfachend angenommen: 190 150 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 10

Lichtbrechung im System Linse A Hinweis: Die Brechung wurde in diesem Bild zur Verdeutlichung stärker dargestellt! Quellen: http://www.biokurs.de/skripten/12/bs12-35. Mallot, Sehen und die Verarbeitung visueller Informationen, Vieweg, 1998. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 11

Fehlsichtigkeit durch Fehlform des Augapfels Die Brennweite des optischen Apparates beträgt im Normalfall etwa 23 mm. Das entspricht einem Brechwert von 59 dpt (Dioptrien). Bei einem korrekt abgestimmten System von Brechkraft der Linse und Form des Augapfels wird das Bild auf der Netzhaut scharf dargestellt. Ist dieses System jedoch fehlerhaft, so ist der Fokus nicht auf der Netzhaut. Die Brechkraft der Linse ändert sich mit dem Alter des Menschen. Kurzsichtigkeit: Der Augapfel ist zu lang oder die Brechkraft der Linse zu groß. Das betrachtete Bild wird vor der Netzhaut abgebildet. Der Brechwert der Augenlinse wird mit einer zusätzlichen Zerstreuungslinse (Brille, Kontaktlinsen) verkleinert. Weitsichtigkeit: Der Augapfel ist zu kurz oder die Brechkraft der Linse zu gering. Das betrachtete Bild wird hinter der Netzhaut abgebildet. Der Brechwert der Augenlinse wird mit einer zusätzlichen Sammellinse (Brille, Kontaktlinsen) vergrößert. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 12

Aufbau des Augapfels 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 13

vordere und hintere Augenkammer A Funktion: Kammerwasser erhöht den Augeninnendruck (0,013 bar - 0,028 bar) und stabilisiert dadurch die Form des Auges (zusammen mit Lederhaut und äußeren Augenmuskeln). In der hinteren Augenkammer befindet sich der Glaskörper. Dieser besteht aus einer gallertartigen Masse und fördert die Bündelung der Lichtstrahlen. Er trägt ebenfalls zur Formerhaltung des Auges bei. Erkrankung: Ein erhöhter Augeninnendruck kann Glaukom beziehungsweise grünen Star (Erkrankung des Sehnervs) hervorrufen. Er verursacht eine mangelhafte Durchblutung der Netzhaut und kann zu deren Schädigung beziehungsweise zum Erblinden führen. Ist der Augeninnendruck zu niedrig, dann kann sich die Netzhaut ablösen. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 14

Linse und Ziliarmuskel A Die Linse selbst ist im hinteren Bereich stärker gekrümmt als vorne, wodurch das Licht gebündelt wird. Sie ist über Zonulafasern am Ziliarmuskel aufgehängt. Der Ziliarmuskel ist ein Ringmuskel, der durch Anspannen seinen Durchmesser reduziert. Funktion der Linse: Durch die Bündelung der Lichtstrahlen entsteht ein scharfes Bild auf der Netzhaut. Anpassungsmechanismus: Die Akkomodation, das heißt die Änderung der Brechkraft der Linse, dient dem Fokussieren auf nahe beziehungsweise weit entfernte Objekte. Durch Anspannen des Ziliarmuskels werden die Zonulafasern gelockert und die Linse kann in ihre eigene, bauchigere Form zurückkehren. Die Linse selbst ist elastisch und wird durch gespannte Zonulafasern in eine flachere Form gezogen, wenn der Ziliarmuskel entspannt ist. Erkrankung: Im Alter verliert die Linse an Elastizität (Sklerosierung) und die Akkomodationsfähigkeit geht verloren (Altersfehlsichtigkeit, Presbyopie). Es kommt zur Linsentrübung, dem Katarakt beziehungsweise grauen Star. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 15

Akkomodation Akkomodation: Änderung der Brechkraft der Linse zum Fokussieren auf nahe beziehungsweise weit entfernte Objekte. Fernakkomodation: Ziliarmuskel entspannt, Zonulafasern straff, Linse flach, Brechkraft niedriger. Nahakkomodation: Ziliarmuskel kontrahiert, Zonulafasern schlaff, Linse bauchig, Brechkraft erhöht. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 16

Regenbogenhaut und Pupille Farbe der Regenbogenhaut hängt von der Menge und der Lokalisierung der Pigmente ab. Eine pigmentfreie Regenbogenhaut, wie zum Beispiel bei Albinos, erscheint rot wegen der Blutgefäße, die durchscheinen. Pupillendurchmesser liegt zwischen 1,5 mm und 8 mm. Ihre Funktion ist mit der einer Lochblende vergleichbar. Anpassungsmechanismus: In Abhängigkeit von der Intensität des einfallenden Lichts kommt es zur Verengung und Erweiterung der Pupille durch zwei Muskeln. Verengung kann auch zur Erhöhung der Tiefenschärfe eingesetzt werden. Dann können nahe Gegenstände noch besser fokussiert werden. Dabei drehen sich auch die beiden Augenachsen nach innen und man schielt. Pupille im grellen Licht. Pupille im schwachen Licht. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 17

Pupillendurchmesser A 9 8 Pupillendurchmesser [mm] 7 6 5 4 3 2 1 0 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 5 10 50 100 500 1000 5000 10000 50000 100000 150000 200000 Leuchtdichte [cd/m²] Der Pupillendurchmesser d kann für ein Sehfeld oberhalb von 50 mit folgender Formel beschrieben werden: ( 0,4 ) d = 5 3tanh log L v Für Leuchtdichten über 150.000 cd/m² liegt er bei 2 mm, bei niedriger Leuchtdichte bei 8 mm. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 18

Cornea A Die Cornea (Hornhaut) ist der durchsichtige vordere Teil der äußeren Augenhaut, welcher jedoch stärker gekrümmt ist als die Lederhaut. Sie nimmt etwa 1/6 der Oberfläche des Augapfels ein. Funktion: Schützt das Auge an der Stelle, wo das Licht eintritt, vor Umwelteinflüssen. Hauptanteil der Lichtbrechung des menschlichen Auges für die Bildfokussierung Die Hornhaut hat eine Brechkraft von 43 dpt, das gesamte Auge ein von etwa 60 dpt. Erkrankung: Trübung Krümmung (Astigmatismus): Der horizontale und vertikaler Radius der Hornhaut unterscheiden sich. Quellung: Ein zu hoher Wassergehalt in der Hornhaut führt zu einer unregelmäßigen Struktur und damit einer zunehmenden Lichtstreuung, im Extremfall zu einer Weiß färbung der Hornhaut. (Transparenz ~ 1/S) 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 19

Sklera A Die Sklera (Lederhaut) ist der undurchsichtige hintere Teil der äußeren Augenhaut. An der Austrittsstelle des Sehnervs ist sie siebartig durchbrochen. Sie setzt sich als harte Hirnhaut und Spinngewebshaut auf dem Sehnerv fort. Funktion: Sie erhält die Form des Augapfels aufrecht (zusammen mit Augeninnendruck und äußeren Augenmuskeln). 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 20

Aderhaut A Die Aderhaut ist etwa 0,2 mm dick und enthält viele Blutgefäße. Sie ist innen auf der Lederhaut aufgelagert. Sie setzt sich im Ziliarmuskel und der Regenbogenhaut fort. Funktion: Die Aderhaut ist der Versorgungsweg für Netzhaut. Erkrankung: Lokale Blutanhäufungen bilden Beulen, wodurch die Netzhaut an der Stelle kein richtiges Bild mehr wahrnehmen kann. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 21

Netzhaut A Die Netzhaut ist der lichtempfindliche Teil des Auges, sozusagen der eigentliche Sensor. Die durchsichtige Netzhaut hat einen sehr komplizierten Aufbau. Hier sitzen die Sehzellen. Funktion: Die Netzhaut absorbiert Licht und wandelt es in ein Signal um, welches dann an das Gehirn weitergeleitet wird. Signalverarbeitung: Pulsdichtemodulation Erkrankung: Zerstörung der Netzhaut durch zu intensive Strahlungseinwirkung im UV-Bereich oder im IR-Bereich. Lokales Ablösen der Netzhaut von der Aderhaut. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 22

Sehnerv A Der Sehnerv enthält die Nervenfasern (Axone) der Zellen der Netzhaut (Ganglienzellen) und führt von der Sklera bis zur Sehnervenkreuzung (Chiasma opticum). Funktion: Der Sehnerv leitet die Signale von der Netzhaut zum Gehirn. Erkrankung: Als Glaukom oder grüner Star bezeichnet man den Verlust von Nervenfasern des Sehnervs bis zur Erblindung (häufigste Ursache für Erblindung). 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 23

Die Netzhaut im Detail Richtung des Lichteinfalls Licht Richtung der Informationsübertragung Amakrine Zellen Bipolarzellen Ganglienzellen Horizontal- Zellen Zapfen Stäbchen Pigmentschicht Axone der Ganglienzellen führen zum Sehnerv Retina (Netzhaut) Aderhaut Lederhaut 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 24

Funktionsweise lichtempfindlicher Sinneszellen In den Sinneszellen befinden sich Lamellen mit lichtempfindliche Molekülen, wie beispielsweise Rhodopsin (Stäbchen). Diese Moleküle werden als Pigmente bezeichnet. Trifft ein Photon auf das lichtempfindliche Molekül wird das Photon absorbiert. Das Molekül verändert seine räumliche Anordnung und kann dadurch mit anderen Molekülen der Sinneszelle agieren. Damit wird ein Ladungsüberschuss (bei Menschen negative elektrische Ladung) an der Zellmembran erzeugt. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 25

Stäbchen (1) Die Stäbchen sind für skotopisches Sehen, also das Hell-Dunkel-Sehen bei geringer Lichtintensität (Nacht), verantwortlich. Auftreffende Photonen werden vom Rhodopsin absorbiert. Der erzeugte Reiz wird an die anderen Zell-Ebenen der Netzhaut weitergeleitet. Die maximale Absorption von Rhodopsin liegt bei etwa 500 nm. In einem menschlichen Auge sind etwa 120 Millionen Stäbchen vorhanden. Sie sind damit die am häufigsten vorkommenden Sehzellen. Ist die Funktion der Stäbchen eingeschränkt oder gar ganz gestört, so spricht man von Nachtblindheit. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 26

Stäbchen (2) 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 27

Zapfen Die Zapfen sind für photopisches Sehen, also das Farben-Sehen bei hoher Lichtintensität (Tag, künstliche Beleuchtung), verantwortlich. Die Zapfen sind bis zu 100.000fach weniger lichtempfindlich als Stäbchen. In einem menschlichen Auge sind etwa 6 Millionen Zapfen vorhanden. Es gibt drei Zapfentypen. Sie enthalten jeweils unterschiedliche lichtempfindliche Pigmente, die sich durch unterschiedliche Absorptionscharakteristiken auszeichnen. Die Absorptionsmaxima liegen bei etwa 420 nm, 540 nm und 560 nm. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 28

Zapfen (2) 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 29

Circadiane Rezeptoren In der Netzhaut ist noch ein dritter Typ von lichtempfindlichen Sinneszellen vorhanden. Die circadianen Rezeptoren tragen jedoch nicht zum Sehen bei. Sie steuern vielmehr die innere Uhr (Biorhythmus). Der Rezeptor wird wissenschaftlich noch untersucht. Die Konsequenzen für die Lichttechnik sind bislang unklar. Das lichtempfindliche Pigment in diesem Rezeptor heißt Melanopsin und besitzt bei einer Wellenlänge von etwa 440 nm ein Absorptionsmaximum. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 30

Ganglienzellen und Bipolarzellen (1) Die Netzhaut enthält neben den Rezeptorzellen auch Ganglienzellen und Bipolarzellen. Sie sind für die Reduktion und Verarbeitung der Reize zuständig, die von den Rezeptoren kommen und im Sehnerv an das Gehirn weitergeleitet werden. Richtung des Lichteinfalls Richtung der Informationsübertragung Mehrere lichtempfindliche Rezeptoren sind mit einer bipolaren Zelle verbunden. Zum Beispiel kommen etwa 20 bis 100 Zapfen auf 3 bis 15 Bipolarzellen und diese auf eine Ganglienzelle. Die Signale der 6 Millionen Zapfen und 120 Millionen Stäbchen werden lediglich eine Million Nervenfasern im Sehnerv übertragen. Die lichtempfindlichen Zellen und die Bipolarzellen, die auf eine Ganglienzelle kommen, bezeichnet man als ihr rezeptives Feld. Axone der Ganglienzellen führen zum Sehnerv Amakrine Zellen Bipolarzellen Ganglienzellen Horizontal- Zellen Zapfen Stäbchen Pigmentschicht 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 31

Ganglienzellen und Bipolarzellen (2) In der peripheren Retina sind die rezeptiven Felder besonders groß, was allerdings mit einem Schärfeverlust einhergeht. Daher kommt in der peripheren Retina auf nahezu jeden Rezeptor eine Ganglienzelle. Richtung des Lichteinfalls Richtung der Informationsübertragung Die Rezeptiven Felder können erfasst werden, wenn die Retina mit einem Lichtpunkt abgetastet und die Reaktion in den Ganglienzellen mithilfe von Elektroden gemessen wird. Dadurch können Bereiche abgegrenzt werden, die sich über mehrere Rezeptoren erstrecken und innerhalb derer man die Entladung einer Ganglienzelle beeinflussen kann. Axone der Ganglienzellen führen zum Sehnerv Amakrine Zellen Bipolarzellen Ganglienzellen Horizontal- Zellen Zapfen Stäbchen Pigmentschicht 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 32

Ganglienzellen und Bipolarzellen (3) Während in den Rezeptoren und den Bipolarzellen die Information noch in Form eines Potenzialunterschieds übertragen wird, geschieht in den Ganglienzellen eine Umwandlung in ein pulsdichtemoduliertes Signal. Die Erregungsstärke wird dabei nicht durch die Größe des einzelnen Signals bestimmt, sondern durch die Anzahl der Signale pro Zeiteinheit. In den Sehnerven werden Pulsdichten von 10 bis 500 Pulsen pro Sekunde verwendet. Die Größe des Signals kann um 500% schwanken und bis auf 20% absinken, ohne dass der Informationsgehalt verändert wird. Quellen: Keidel, W. D.: Sinnesphysiologie, Teil 1. 2. Aufl. Berlin: Springer Verlag, 1976. Zeit 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 33

Horizontalzellen und Amakrine Zellen Neben den Ganglienzellen und Bipolarzellen gibt es noch horizontal vernetzende Zellen. Richtung des Lichteinfalls Richtung der Informationsübertragung Horizontalzellen vernetzen mehrere Zapfen miteinander. Amakrine Zellen sind für die Vernetzung mehrerer Ganglienzellen verantwortlich. Amakrine Zellen Ganglienzellen Horizontal- Zellen Stäbchen Bipolarzellen Axone der Ganglienzellen führen zum Sehnerv Zapfen Pigmentschicht 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 34

Der Augenhintergrund Bei erweiterter Pupille kann durch ein spezielles Verfahren, die Augenspiegelung, durch den Glaskörper bis auf die Netzhaut gesehen werden. Die so sichtbare hintere Innenwand des Augapfels wird als Augenhintergrund bezeichnet. In einer fotografischen Aufnahme des Augenhintergrunds kann man die Blutgefäße der Netzhaut erkennen. Außerdem heben sich die zwei charakteristischen Punkte der Netzhaut ab. Das sind der Blinde Fleck (hier laufen alle Axone und Blutgefäße im Sehnerv zusammen) und die Fovea centralis (Stelle des schärfsten Sehens, gelber Fleck). Quellen: http://www.penneye.com/html/retina vitreous.html 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 35

Verteilung der Sinneszellen (1) Quelle: Welsch, N.; Liebermann, C.C.: Farben. Heidelberg: Spektrum Verlag, 2003 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 36

Verteilung der Sinneszellen (2) A Die Fovea Centralis (gelber Fleck) ist der Punkt, auf den das Linsensystem des Auges fokussiert. Die Konzentration der Zapfen ist hier am höchsten. Jedoch sind an dieser Stelle keine Stäbchen vorhanden. Daher ist die Fovea am Tag (photopisches Sehen) die Stelle des schärfsten Sehens. Objekte innerhalb eines Beobachtungswinkels von 2 o werden auf der Fovea abgebildet. Das bedeutet zugleich, dass scharfes Sehen in der Nacht für Menschen nicht möglich ist. Deswegen kann man in der Dunkelheit auch nicht lesen. An der Stelle, wo die Sehnerven zusammentreffen (blinder Fleck) gibt es weder Stäbchen noch Zäpfchen. An dieser Stelle sind wir sozusagen blind. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 37

Verteilung der Zapfen (1) A Die Zapfen sind auf der Netzhaut zu einem unregelmäßigen Mosaik angeordnet. Die Dichte ist in der Fovea am höchsten und nimmt zur Peripherie hin ab. In der Foveola (den zentralen 30 ) befinden sich nur Rotzapfen und Grünzapfen auf. Blauzapfen gibt es nur in der peripheren Retina, aber auch dort treten sie mit einer geringeren Dichte auf. Sie machen insgesamt nur 9% aller Zapfen aus. Da die Sehschärfe von der Dichte der Zapfen abhängt, ist die Auflösung für Muster, die gezielt Blauzapfen anregen, relativ gering. Diese geringere Auflösung wiederum scheint aber perfekt an die Optik des Auges angepasst zu sein. Da Licht unterschiedlicher Wellenlänge wegen der unterschiedlich starken Brechung nicht gleichzeitig auf der Netzhaut fokussiert werden kann, entsteht vor allem bei kurzwelligem Licht eine retinale Unschärfe, die dem größeren Abstand zwischen den Blauzapfen entspricht. Quelle: http://www.allpsych.uni-giessen.de/karl/teach/farbe.html 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 38

Demonstration des blinden Flecks A Anleitung: Das rechte Auge zuhalten. Mit dem linken Auge nacheinander die Zahlen 1 bis 6 betrachten. Wenn der gelbe Punkt in der linken Grafik nicht mehr wahrgenommen wird, liegt dieser genau in der Richtung, die im Auge auf dem blinden Fleck abgebildet wird. Auge und Gehirn interpolieren das Loch in unserer visuellen Wahrnehmung weg. Dazu werden die umliegenden Gebiete um den blinden Fleck verwendet. Da dort eine blaue Farbe wahrgenommen wird, wird diese Farbe auch am blinden Fleck ersetzt. Quellen: http://www.biokurs.de/skripten/12/bs12-36.htm 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 39

Verteilung der Zapfen (2) A Das Zapfenmosaik ist auch in anderer Hinsicht sehr gut der Optik des Auges angepasst. Dort wo die Zapfendichte geringer ist als aufgrund des optischen Signals notwendig (in der Peripherie), sorgt die unregelmäßige Anordnung der Zapfen dafür, dass keine Wahrnehmungstäuschungen (durch Aliasing ) entstehen. Die Frage nach der relativen Anzahl von Rotzapfen und Grünzapfen hat die Farbforscher in den letzten zehn Jahren intensiv beschäftigt, wobei die Ergebnisse verschiedener Methoden zu höchst unterschiedlichen Ergebnissen geführt haben. Vor kurzem gelang es jedoch Roorda und Williams (1999), das Photorezeptormosaik der menschlichen Netzhaut direkt abzubilden. Es zeigten sich große Unterschiede zwischen verschiedenen Probanden und auch letztendlich, dass das Verhältnis von Rotzapfen und Grünzapfen keinerlei Einfluss auf subjektive Farbeindrücke besitzt. Quelle: http://www.allpsych.uni-giessen.de/karl/teach/farbe.html 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 40

Verteilung der Zapfen (3) Simulation des Zapfenmosaiks der Fovea: Die Positionen der Zapfen entstammen anatomischen Messungen. Die Einfärbung wurde nach einem Zufallsschema durchgeführt unter der Annahme, dass L-Zapfen (rot) etwa doppelt so häufig sind wie M-Zapfen (grün); S-Zapfen sind blau dargestellt. nach: Roorda & Williams (1999) Quelle: http://www.allpsych.uni-giessen.de/karl/teach/farbe.html 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 41

Sehwinkel im Bereich des schärfsten Sehens Zäpfchen stehen in Abständen von etwa 2µm Das entspricht einem Winkel im Gesichtsfeld von etwa 0,4 (Bogenminuten). Dies ist etwa die Grenze Wikelauflösung im Auge. Randbemerkung: Bei einem Zapfendurchmesser von 6 µm hat man ein Sehvermögen von 100%. Bei einem Zapfendurchmesser von 5 µm hat man ein Sehvermögen von 130%. Quelle: Welsch, N.; Liebermann, C.C.: Farben. Heidelberg: Spektrum Verlag, 2003 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 42

Sehgrube 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 43

Farbengesichtsfeld eines Auges Das Farbengesichtsfeld eines Auges zeichnet sich dadurch aus, dass im Zentrum Farben viel besser wahrgenommen werden können als in der Peripherie. Ohr Nase Gleichzeitig wird jedoch auch deutlich, dass die Wahrnehmungsgrenzen für die verschiedenen Farben unterschiedlich weit reichen. Diese Phänomene können durch die Anordnung der Zapfen auf der Netzhaut erklärt werden. Quelle: http://www.unibw-muenchen.de/campus/lrt11/de/lehre/mmi/.material%20zu%20der%20vorlesung/farbengesichtsfeld.htm 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 44

Anpassungsmechanismen der Netzhaut Adaption an Helligkeit und Dunkelheit: Die Netzhaut besitzt die Fähigkeit, sich an eine geänderte Helligkeit der Umgebung anzupassen. Kommt man beispielsweise aus dem hellen Sonnenlicht und betritt einen dunkleren Raum, so vergrößert sich zunächst die Pupille. Dann jedoch erhöhen sich auch die Empfindlichkeiten der Zapfen und Stäbchen. Weniger Licht löst also einen höheren Reiz aus. Helladaption: Die Adaption an große Beleuchtungsstärken, dauert nur wenige Sekunden. Dunkeladaption: Die Adaption an geringe Beleuchtungsstärken, dauert mehrere Minuten. Dazu gehört auch die Umschaltung vom Zapfensehen auf das Stäbchensehen. Umschaltung von Zapfen und Stäbchen: Reicht die Umgebungshelligkeit nicht mehr aus, so übernehmen die lichtempfindlicheren Stäbchen mehr und mehr die Arbeit. Durch Zusammenschaltung mehrerer Stäbchen auf einen Sehreiz kann eine noch höhere Empfindlichkeit erreicht werden. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 45

Adaption (1) Empfindlichkeit bei helladaptiertem Auge (Stäbchen) (Zapfen) Es wird dunkler. Empfindlichkeit der Stäbchen steigt Quelle: Goldstein, E. B.: Wahrnehmungspsychologie. 2. Aufl. Heidelberg: Spektrum, 2002.(Nachbearbeitet und korrigiert) 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 46

Adaption (2) Die Empfindlichkeitsänderung ist für die Zapfentypen unterschiedlich. Je nach zu adaptierender Farbe (im Bild rot und tiefblau) kann daher die Adaption zeitlich unterschiedlich verlaufen. Quellen: www.biokurs.de Goldstein, E. B.: Wahrnehmungspsychologie. 2. Aufl. Heidelberg: Spektrum, 2002. 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 47

Der Farbwahrnehmungsprozess Auge 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien 48

Impressum Farbwiedergabe in den Medien Vorlesung im WS 2011-12 Prof. Dr.-Ing. E. Dörsam Technische Universität Darmstadt Fachgebiet Druckmaschinen und Druckverfahren Magdalenenstr. 2 64289 Darmstadt http://www.idd.tu-darmstadt.de 5.1 Farbwahrnehmung - Das Auge Farbwiedergabe in den Medien