Farbe sehen  -  Anmerkungen


Anmerkung 1


Fotografieren der Lichtreflektion auf einer CD
Dass die umgebende CD auf dem Foto schwarz erscheint (Bild 1) hat damit zu tun dass der Sensor eines Fotoapparates bei weitem nicht den großen Helligkeitsbereich unserer Augen abbilden kann. Mit den Augen sieht man das gespiegelte Farbspektrum der Glühbirne und die CD selbst leuchtet immer noch silberfarben. Mit einem Fotoapparat kann man nur entweder das gespiegelte Licht der Glühlampe richtig belichten, dann ist die umgebende CD schwarz also völlig unterbelichtet, oder es ist die CD selbst richtig belichtet dann aber ist das gespiegelte Licht völlig überbelichtet also weiß.
Um also das Farbspektrum mittels einer CD fotografieren zu können muss zumindest die Möglichkeit bestehen die Belichtung manuell einzustellen. Das ursprüngliche Foto auf dem die ganze CD fotografiert ist, wurde um 5 Schritte unterbelichtet.
Will man sich übrigens die Reflektion auf einer CD einfach nur genauer ansehen, so muss man ein Auge schließen, da ja beide Augen die Reflektion des Lichts an einer anderen Stelle der CD sehen (vergleichbar der Lichtreflektion an einem Spiegel).







Bild 1



Anmerkung 2

Frequenzverschiebung der reinen Farben zu den Zäpfchen in unseren Augen
Interessant ist dass die Frequenzen die die verschiedenen Zäpfchen registrieren nicht genau mit dem übereinstimmen was wir als reine Farbe nämlich Rot, Grün oder Blau sehen. Dort wo wir die drei Grundfarben sehen besteht bereits eine gewisse Überschneidung dieser Zäpfchen, das heißt es registriert mehr als eine Zäpfchenart Licht. Insbesondere ist unser Farbempfinden bei den blauen Zäpfchen leicht zum Violetten hin verschoben.
Dort wo wir reines Blau sehen registrieren die grünen Zäpfchen bereits auch etwas Licht. Hier könnte man sich allerdings auch fragen ob die Empfindlichkeit der roten Zäpfchen, die ebenfalls weit in den Bereich der blauen Zäpfchen reicht, möglicherweise sogar bis zum Ende des Bereichs der blauen Zäpfchen, für das leichte Violett nicht auch eine Rolle spielt.
Im Laufe der Evolution hat sich die Empfindlichkeit dieser Zäpfchen verschoben, manche Fische haben sogar vier Zäpfchenarten. Anscheinend hat sich bei der Evolution zum Menschen nicht nur der Frequenzbereich der Zäpfchen etwas verschoben sondern auch der Bereich wo wir reine Farben sehen. Gewissermaßen hat sich im Laufe der Evolution nicht nur die "Hardware" (Zäpfchen) sondern auch die "Software" (Farbempfindung) geändert. Das mag eine Anpassung in der jüngeren Geschichte der Evolution sein.
Das Grün Sehen ist naheliegend, in der Natur ist sehr viel Grün. Blau ist der Himmel aber auch tiefes Wasser kann blau erscheinen.
Reife Früchte sind oft rot aber auch unser Blut ist rot und auch das Feuer erscheint auch rot. Rot erscheint uns daher als eine Signalfarbe. Gelb ist die Zwischenfarbe von Rot und Grün, wir empfinden Gelb aber als eigene Farbe. Der Bereich von Rot bis Grün kommt in der Natur häufig vor, was wohl die Ursache dafür sein dürfte dass sich die roten und grünen Zäpfchen in ihrem Frequenzbereich so stark überschneiden.
Zwischen den grünen und blauen Zäpfchen besteht wenig Überschneidung und wir sehen Türkis bzw. dunkles Blaugrün viel weniger als eine eigene Farbe. Dieser Bereich kommt in der Natur auch nur wenig vor.
Auch das Rotviolett (Magenta) kommt in der Natur wenig vor. Es bedeutet dass die beiden Enden des für uns sichtbaren Farbspektrums, Rot und Blau,  leuchten, der mittlere grüne Bereich aber nicht, was in der Natur offensichtlich auch nicht so häufig vorkommt.
Dass also das Farbempfinden einer reinen Farbe (Rot,Grün,Blau) nicht dort ist wo nur eine Zäpfchenart Licht registriert dürfte also daran liegen dass sich das Farbempfinden an jene Umgebung angepasst hat in der wir Menschen heute leben. Dabei hat sich aber nicht nur der Frequenzbereich der Zäpfchen angepasst sondern das Farbempfinden reiner Farben hat sich etwas verschoben. Man könnte, wie gesagt, vergleichsweise von einer "Softwareanpassung" sprechen.
Eine Beschreibung der Farben die die einzelnen Zäpfchen registrieren ist auf dieser Seite zu finden, weiter unten unter "Grundfarben".



Anmerkung 3




Bild 3b

Verlauf der Farben von Grün zu Gelb
Der Verlauf von Grün über Gelbgrün zu Gelb verläuft etwas unregelmäßig, der Verlauf von Rot über Orange zu Gelb erscheint wesentlich plausibler.
Entweder liegt dies daran dass unser Farbempfinden hier nichtlinear ist, oder es liegt auch am Frequenzbereich den der Bildschirm verwendet, möglicherweise enthält das "reine" Bildschirmgrün bereits ohnehin einiges an Rot. Zwischen Rot und Grün ist ja auch die Überschneidung der Augenzäpfchen sehr groß. Das Bildschirmgrün (0,255,0) erscheint erscheint jedenfalls im Vergleich zum Rot wesentlich heller. Mit einem etwas dunkleren Grün (0,210,0) (rechtes Bild) erscheint der Verlauf viel plausibler und das Grün ist dann in der Helligkeit auch dem Rot ähnlicher. Nun wie gesagt, die Nichtlinearität des Farbempfindens unserer Augen mag dafür verantwortlich sein oder die Bildschirmfarben, oder auch beides.



Anmerkung 4



                                      

Bild 4b


Fotografieren des Bildschirms
Am ehesten kann man für ein solches Makrofoto eine gute Kompaktkamera mit guten Objektiv und guter Makrofunktion verwenden. Auch der Bildschirm sollte möglichst groß sein. Sonst schafft es der Fotoapparat nicht die einzelnen Farben zu trennen, man erhält sonst nur ein einfärbiges Strichmuster oder eben überhaupt nur eine Farbe. Kompaktkameras haben kleinere Sensoren und können deshalb sehr nahe fokussieren. Wegen des kleineren Sensors und der damit kleineren Brennweite erreicht man damit auch größere Tiefenschärfe was bei Makros ebenfalls ein Vorteil ist.

Beim Fotografieren am Bildschirm wurde das Bild allerdings wesentlich verkleinert, so wie es im Bild 4b rechts zu sehen ist, da sonst der Ausschnitt nach der Vergrößerung viel zu groß geworden wäre. Bei üblicher Bildschirmauflösung bestünde sonst der mittlere weiße Kreis aus etwa 30-40 Linien jeder der drei Farben.
Dass im obigen Foto die Farben nicht ganz gleich erscheinen und die Streifen auch nicht ganz gleich breit sind zeigt dass die Auflösung der Kamera hier ohnehin bereits am Ende ist und der Übergang zwischen den Farben bereits etwas fließend wird. 
Systemkameras können wegen des größeren Sensors nicht so nahe fokussieren, für Makros braucht man daher ein eigenes (teures) Makroobjektiv.
Für normales Fotografieren haben größere Sensoren freilich schon ihre Vorteile, insbesondere wenn man bei wenig Licht fotografieren will.



Anmerkung 5

Zahlenwerte bei Farben von 0 - 255
Dass man bei Farben die Werte von 0 - 255, also insgesamt 256 Werte verwendet liegt daran dass Computer intern ein binäres Zahlensystem, also nur 0 und 1 verwenden, also ein System mit der Basis zwei. Mit 8 bits (8 Stellen), man spricht auch von 8 bit Farbtiefe, erhält man die Zahlen 0-255.
Da 256 auch 16 x 16 entspricht wird mitunter auch eine hexadezimale Schreibweise (1,2....E,F) verwendet. FF entspricht dann 255, gewissermaßen äquivalent zu 99 im Dezimalsystem.



Anmerkung 6

Farbkreis
Bei einem zweidimensionalen Farbkreis hat man im wesentlichen drei Möglichkeiten unterschiedliche Parameter darzustellen (Bild 5b). Entweder man gibt zur Mitte hin die gegenüberliegen Farben dazu (man reduziert die Farbsättigung), dann hat man in der Mitte Weiß. Zu Rot gibt man Cyan (Grün plus Blau) dazu bzw. zu Gelb (Rot plus Grün) gibt man Blau dazu.
Oder man reduziert einfach die Leuchtstärke dann hat man in der Mitte Schwarz.
Die dritte Möglichkeit ist dass man die Farben zur Mitte hin reduziert und im gleichen Ausmaß die gegenüberliegenden Farben dazu gibt, in Summe die Leuchtstärke der Farbkomponenten also gleich bleibt. Dann hat man in der Mitte Grau.
Mitunter werden auch "Farbsterne" dargestellt, die nach außen erweitert sind. Nach innen hin sind sie Weiß, nach außen hin Schwarz.



Bild 5b


Ein Farbkreis mit der Farbe Weiß in der Mitte entspricht im Farbwürfel jenen Außenflächen die an den Punkt Weiß angrenzen (Bild 5c).
Ein Farbkreis mit der Farbe Schwarz in der Mitte entspricht im Farbwürfel den Außenflächen die an den Punkt Schwarz angrenzen.
Und ein Farbkreis mit der Farbe Grau in der Mitte entspricht im Farbwürfel jenen 6 Dreiecksflächen die von den 6 Farben des Farbkreises zum Grau in der Mitte des Farbwürfels führen. Eine solche Fläche, Grün-Grau-Cyan-Grün ist im folgenden Bild im Farbwürfel eingezeichnet. Es zeigt ganz gut dass man mit zweidimensionaler Darstellung zwar bestimmte Flächen eines Farbwürfels darstellen kann, aber eben nicht beliebige Zusammenhänge zwischen den drei Farbkomponenten.





Bild 5c


Farbkegel
Auf einen Farbkreis aufbauend werden Kegel und Doppelkegel als dreidimensionale Farbmodelle aufgebaut (Bild 5d). Kegel und Doppelkegel sind auch naheliegende Farbmodelle da hier das dreidimensionale Farbmodell direkt als Erweiterung des zweidimensionalen Farbmodells erfolgt. Besonders am Doppelkegel sind die verschiedenen Einflüsse der Farben gut darstellbar, zur Mitte hin zu Grau, nach unten zu Schwarz und nach oben zu Weiß.
Allerdings sind die Zusammenhänge zwischen den drei Farbkomponenten Rot, Grün und Blau mit einem Farbwürfel am anschaulichsten darstellbar, weshalb zur Veranschaulichung auch meist der Farbwürfel verwendet wird.



Bild 5d



Anmerkung 7

Wirkung der Farbschichten beim Farbdruck
Die dünnen Schichten der Druckerfarben kann man sich mit einer farbigen, durchsichtigen (Plastik)Folie veranschaulichen. Eine rote Folie reflektiert rotes Licht aber es scheint auch rotes Licht durch. Hält man die Folie vor ein weißes Papier so erscheint sie von vorne betrachtet heller als wenn man sie vor schwarzes oder dunkles Papier hält. Das durchscheinende Licht wird auf dem Hintergrund reflektiert und scheint durch die Folie wieder zurück in die Gegenrichtung. Hält man mehrfarbiges Papier dahinter sieht man den Unterschied besonders gut. Wenn man nun mehrere Farbfolien hintereinander legen würde die in Summe das ganze Farbspektrum absorbieren, so würde zwar dahinter kein Licht mehr durchscheinen, aber dass ein Teil des Lichts nach vorne reflektiert wird könnte man trotzdem nicht vermeiden.
So verhält es sich auch mit übereinander gedruckten Farben beim Farbdruck. Dass nach vorne ein Teil des Lichts reflektiert wird kann man selbst dann nicht vermeiden, wenn nach hinten zum Papier kein Licht mehr durchkäme. Reines Schwarz ist daher beim Farbdruck mit den drei Farben C-M-Y nicht erreichbar. Aber auch Rot, Grün und Blau enthalten einen gewissen Anteil der jeweils anderen beiden Farben.



Anmerkung 8



                     
                                                                                           

Bild 11


Für den Farbdruck braucht man ein Mikroskop
Farbdruck kann man nicht mehr mit einem Fotoapparat fotografieren man braucht dafür ein einfaches Mikroskop. Ein einfaches Mikroskop für Hobby- bzw. Schulanwendung reicht dafür. Mit einer ebenso einfachen Aufsteckkamera ein zufriedenstellendes Bild zu bekommen ist allerdings weniger leicht. Das Bild fordert etwas Nachbearbeitung damit man ungefähr das erhält was man mit den Augen im Mikroskop sieht.

Die Bilder oben sind übrigens ein Ausdruck eines Fotodruckers auf Fotopapier wobei die niedrigste Druckqualität eingestellt ist. Höhere Qualität führt zu einem feineren Muster. Druckt man auf normales weißes Papier so verschwimmt die Farbe auf der raueren Oberfläche, ein Farbmuster ist kaum noch zu erkennen, dafür sieht man die Fasern des Papiers.
Farbdruck in Zeitschriften und Zeitungen haben ein gröberes Muster, wobei das Papier nicht so rau ist wie normales Papier. Das Muster ist dort durchaus erkennbar, wenngleich man auch hier eine leichte Faserung des Papiers sieht.



Anmerkung 9

Die früheren Farbfilme und Farbfotos waren tatsächlich subtraktiv
Die früheren Farbfilme bzw. das dafür verwendete Fotopapier entsprachen tatsächlich dem Subtraktiven Farbgesetz.
Der Farbfilm hatte drei Farbschichten für die drei Farben. Diese Farbschichten reagierten chemisch durch das Licht der entsprechenden Frequenz. Diese Filmschichten, die Filmemulsion, hatte eine feine Körnigkeit. Ein Korn konnte zwar nur entweder chemisch reagieren oder nicht reagieren, aber umso mehr Licht einer bestimmten Frequenz auf die entsprechende Filmschicht traf, umso mehr Körner reagierten chemisch.
Mit diesem Farbfilm wurde dann durch das Durchscheinen durch das Filmnegativ (entwickelter Farbfilm) das eigentliche Foto belichtet. Die Schichten des Negativs wirkten hier tatsächlich wie ein Farbfilter der hintereinander die verschiedenen Farben heraus filtert. Die Stärke der Filterung jeder Schicht hing davon ab wie viele Körner der Filmschichten in einem bestimmten Bereich reagiert hatten.
Wenn weißes Licht beim Fotografieren auf den Farbfilm traf, so reagierten alle Schichten des Films und hinter dem Negativ (entwickelter Film) kam dort kein Licht mehr durch. Beim Belichten des Fotopapiers kam dort kein Licht auf das Papier, es blieb dort Weiß. Dort wo beim Fotografieren kein Licht auf den Farbfilm traf blieb das entwickelte Negativ durchscheinend, dort wurde das Fotopapier belichtet und alle Schichten des Fotopapiers absorbierten ihren Frequenzbereich, es war dort dann Schwarz.
Die einzelnen Farben wurden dabei zwei mal umgekehrt. Blaues Licht bewirkte dass bei der dafür empfindlichen Schicht des Farbfilms nachher kein blaues Licht mehr durchkam, sondern nur mehr rotes und grünes Licht, also gelbes Licht. Mit diesem gelben Licht wurde das Fotopapier belichtet, die gelbe Schicht wurde Schwarz, es blieb das Blau der Cyan und Magenta-Schicht übrig. Dafür war natürlich ein eigenes Fotopapier notwendig wo seinerseits die drei Farbschichten auf Belichtung chemisch reagierten.
Auch die Reflektion des Lichts am Foto war hier tatsächlich subtraktiv, vom reinen Weiß wo alle hintereinander liegenden Farbschichten einen Frequenzbereich des Licht reflektierten, bis zum reinen Schwarz wo alle drei Schichten kein Licht mehr reflektierten, es war dort also Schwarz. Auch hier wurde Stärke des reflektierten Lichts dadurch geregelt wie groß der Anteil der Filmkörner war, die chemisch reagierten, also kein Licht mehr reflektierten.
Druckfarben dagegen verändern sich beim übereinander Drucken nicht, es wird immer etwas Licht reflektiert. Dieser Unterschied ist wohl auch die Ursache, dass es mit früheren belichteten Fotopapier leichter war farbechte Fotos zu erreichen. Heutige gedruckte Farbfotos haben allerdings auch sehr gute Farbqualität.
Der Farbfilm bzw. das spätere Negativ musste in einer Dunkelkammer chemisch nachbehandelt, "entwickelt" werden, denn sonst würde es ja vom Umgebungslicht weiter belichtet. Auch das Fotopapier musste chemisch nachbehandelt werden damit es nicht vom Umgebungslicht weiter belichtet wurde.
Wenn man ein Foto, das noch auf klassischen Fotopapier mit einem Negativ ausbelichtet wurde, unter einem Mikroskop ansieht, so sieht man eine sehr feine Körnigkeit der drei Farben. Die Filmkörner entsprechen im Prinzip den heutigen Pixeln der Digitalfotografie, wenngleich hier jedes Pixel für alle drei Farbkomponenten eigene Werte aufweist.
Tatsächlich waren Farbfilm und Fotopapier und deren Belichtung schon etwas komplizierter als es hier vereinfachend beschrieben ist, auf dieser Seite und auf dieser Seite werden die Zusammenhänge ausführlicher dargestellt.
Filme werden heute praktisch nur noch für wenige Spezialanwendungen verwendet um das Jahr 2000 wurden Fotos noch hauptsächlich mit Farbfilmen gemacht. 



Anmerkung 10

Weitere Farbmodelle

Es gibt, wie gesagt, eine große Zahl von zweidimensionalen und dreidimensionalen Farbmodellen bis weit in die Geschichte zurück.
Man kann zur Veranschaulichung natürlich beliebige Modelle verwenden oder sich allenfalls auch ausdenken.
Beim additiven Farbgesetz ergeben sich die Zwischenfarben durch Addition der Hauptfarben. Man könnte dies, wie im folgenden Bild 13 dargestellt, dadurch berücksichtigen, dass man ein Dreieck verwendet, wo die Zwischenfarben an den drei Ecken sind und die Hauptfarben dazwischen liegen.
Ein solches Modell ist auch hier beschrieben. Ein Modell das es noch nicht gibt, gibt es wohl kaum.
Man kann nun zur Mitte hin die Helligkeit reduzieren, dann hat man in der Mitte schwarz. Oder man kann die gegenüberliegenden Farbkomponenten dazu geben, also die Farbsättigung reduzieren dann hat man in der Mitte Weiß. Oder man gibt zur Mitte hin die gegenüberliegende Farbkomponente dazu und reduziert aber die gegenständliche Farbe so, dass die Summe der Farbkomponenten gleich bleibt, dann hat man in der Mitte grau. Will man alle Farbparameter darstellen so kann man das Dreieck zu einer Pyramide erweitern oder auch zu einer Doppelpyramide.
Wie gesagt, man kann zur Veranschaulichung beliebige Farbmodelle verwenden. Mit einem zweidimensionalen Modell kann man allerdings nicht alle Parameter darstellen, dazu braucht man ein räumliches Modell, wie immer dieses Modell auch aussieht.
Für die Bearbeitung von Grafiken und Fotos werden wie gesagt Schnitte durch dreidimensionale Modelle also Schnitte durch "Farbkörper" verwendet.






Bild 13


Anmerkung 11


Unterschiedliche Helligkeit der Farben

Wir empfinden die einzelnen Farbkomponenten als unterschiedlich hell. Gelb empfinden wir als die hellste Farbe, Blau empfinden wir als am dunkelsten. Es gibt daher auch Farbmodelle die dieses unterschiedliche Farbempfinden berücksichtigen. Auf dieser Seite wird z.B. ein Doppelkegel mit schräger Grundfläche zu verwendet.

Es gibt einige weitere Modelle die die unterschiedliche Helligkeit aller Farben berücksichtigen.
Bei diesem Modell und diesem Modell wird berücksichtigt dass wir alle Farben mehr oder weniger stark als hell empfinden.
Man sieht hier dass die Berücksichtigung der unterschiedlichen Helligkeit unseres Farbempfindens aller Farben nicht mehr mit einem einigermaßen einfachen bzw. anschaulichen Farbmodell darstellbar ist.



Copyright © 2018      Gottfried Langmann                          24.1.2018         aktualisiert:  11.5.2018