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--- vis:farbsehen [2014/03/08 18:11] – Externe Bearbeitung 127.0.0.1
+++ vis:farbsehen [2021/01/17 09:35] – sarina
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+====== Farbsehen ======
-====== Farbsehen ======
+Das Farbsehen von Reptilien fasziniert mich besonders, da es unser menschliches Farbsehen so stark übersteigt. Reptilien sehen Farben, die wir uns nicht einmal vorstellen können. Viele Reptilien sind Tetrachromaten, das heißt, sie sehen vier Grundfarben. Der Mensch sieht drei Grundfarben: Rot, Grün und Blau. Viele Reptilien Rot, Grün, Blau und UVA. Das klingt als wäre es "nur eine Farbe mehr", "4 statt 3", "33% mehr", aber tatsächlich ist es eine zusätzliche Farbdimension! Denn wir Menschen sehen ja auch nicht nur Rot, Grün und Blau, sondern noch tausende Mischfarben, wie Orange, Braun, Violett, Gelb, Altrosa, Senfgelb, Flieder, Moosgrün und viele viele mehr. Für Reptilien gibt es noch 10 oder 100 mal mehr Farben, da sie jede Farbe noch mit unterschiedlichen Anteilen an UVA sehen können.
-Die Farbe eines Gegenstands ist dadurch festgelegt, wie dieser Gegenstand Licht unterschiedlicher Wellenlängen reflektiert. Ein grüner Gegenstand reflektiert in der Regeln Licht mit einer Wellenlänge von 490 - 575 nm sehr gut und die übrigen Wellenlängen schlecht.
+===== Farbmathematik =====
-Wie Farbe von einem Lebewesen wahrgenommen wird hängt dagegen davon ab, welche Rezeptoren es im Auge besitzt und wie diese auf unterschiedliche Wellenlängen reagieren. Werden unterschiedliche Farbrezeptoren gleichmäßig angeregt entspricht das einem hell-dunkel-Signal bzw. der "Farben" Schwarz und Weiß. Für eine Farbwahrnehmung ist dagegen nötig, dass unterschiedliche Farbrezeptoren unterschiedlich stark gereizt werden.
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+Glücklicherweise hat "Farbe" eine sehr stark mathematische Komponente. Das macht es für uns einfacher,  nachzuvollziehen, wie Tiere Farben sehen können. Farbe entsteht, wenn Licht die Photorezeptoren in der Netzhaut trifft. Der Mensch hat drei Photorzeptoren für das Farbsehen am Tag: Zapfen mit maximaler Empfindlichkeit im Blauen, Grünen und Gelben Spektralbereich (den man oft auch Rot-Zapfen nennt, auch wenn er tatsächlich eher im gelben Bereich liegt). Wenn diese drei Zapfen ungefähr gleich viel Licht sehen, nennen wir die Farbe weiß. Wenn der Blau-Zapfen mehr Licht sieht als die anderen zwei, nennen wir die Farbe blau. etc. Mathematisch ist nur das Verhältnis der drei Zapfen wichtig. Man rechnet die Farbe daher als:
-Der Reiz auf jeden einzelnen Farbrezeptor durch farbiges Licht kann man mathematisch ohne große Mühe ausrechnen. Farbe enthält somit neben der psychologischen eine stark mathematische Komponente. Das ermöglicht es uns, auch das Farbsehen von Lebewesen zu verstehen, deren Farbsehen sich stark von unserem menschlichen Farbsehen unterscheidet.
+$$ x = \frac{Gelb}{Gelb + Grün + Blau} \qquad  y = \frac{Grün}{Gelb + Grün + Blau}$$
-Die Grundlagen für das menschliche Farbsehen habe ich im Punkt [[photometrie:Farbe]] detaillierter dargestellt.
-====== Farbsehen: Farbraum ======
-Aus dem Spektrum des farbigen Lichts, das von einem farbigen Gegenstand ins Auge gelangt und den Empfindlichkeitsspektren der Farbrezeptoren kann für jede Farbe ein Punkt im Raum berechnet werden. Im Farbraum werden diese Punkte dargestellt. Da jede Farbe nur durch Mischung von elementaren Spektraltarfarben gebildet werden kann, bildet die Spektralkurve die Begrenzng des Farbraums. {{wikindx>45}}
-===== Dichromaten =====
-Die meisten Säugetiere sind Dichromaten. Sie besitzen einen Zapfen mit Empfindlichkeit kurzwelligen Bereich "S" mit maximaler Empfindlichkeit knapp über 400 nm und einem im langwelligen Bereich "L" und maximaler Empfindlichkeit bei etwa 550 nm.
-{{ :vis:di.png?direct&300 |}}
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-Für jedes Licht kann man das Signal auf den L und das Signal auf den S Zapfen berechnen. Daraus berechnet man die eindimensionale Farbkoordinaten x = L / (S+L). x kann theoretisch Werte zwischen 0 und 1 annehmen. Bei weißem Licht sind S und L gleich groß und x = 0.5.
+{{ :vis:farbraum_human.png?300|}}
+Wenn nur der Gelb-Zapfen Licht sieht, ist $x = \frac{1}{1+0+0} = 1$ und $y = \frac{0}{1+0+0}=0$. Das ist bei sehr langwelligem roten Licht der Fall. Wenn nur der Blau-Zapfen Licht sieht, ist $x = \frac{0}{1+0+0} = 0$ und $y = \frac{0}{1+0+0}=0$. Diese Koordinaten $(x,y)=(1,0)$ für Rot und $(x,y)=(0,0)$ für Blau kann man in ein Diagramm, den sogenannten //Farbraum// einzeichnen. Er hilft, besser zu verstehen, wie Farben aussehen. Da die Absorptionskurven der drei Zapfen zu stark überlappen, ist es nicht möglich, dass nur der Grün-Zapfen Licht sieht. Ein starkes Signal auf den Grün-Zapfen durch grünes Licht resultiert in der Farbkoordinate $x = \frac{4}{4+6+1} = 0,37$ und $y = \frac{6}{4+6+1}=0,55$
-Berechnet man die Farborte für alle Wellenlängen zwischen 400nm und 700nm stellt man fest, dass Licht der Wellenlänge 488nm (für den Menschen blaugrün) in diesem Farbraum weiß erscheint. Alle Wellenlängen über 540nm (für den Menschen grün-gelb-orange-rot) können nicht unterschieden werden und haben die selbe Farbe.
+Allgemein zeichnet man im Farbraum eine äußere Begrenzungslinie, den sogenannten //Spektralfarbenzug//. Er entsteht durch die Farborte der einzelnen Wellenlängen.  Da jede Farbe nur durch Mischung von elementaren Spektraltarfarben gebildet werden kann, liegen alle anderen Farben immer im Inneren dieser Begrenzungslinie.. {{wkx>45}}
-{{ :vis:farbraum_di.png?direct&300 |}}
+==== Dichromaten: Säugetiere ====
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-===== Trichromaten 1 =====
+Die meisten Säugetiere sind Dichromaten. Sie besitzen einen Zapfen mit Empfindlichkeit kurzwelligen Bereich "S" (short wavelength) mit maximaler Empfindlichkeit knapp über 400 nm und einem im langwelligen Bereich "L" (long wavelength) und maximaler Empfindlichkeit bei etwa 550 nm. Da wieder nur da Verhältnis zählt, ist der Farbort hier nur eine Zahl: $x = \frac{L}{L+S}$. Berechnet man die Farborte für alle Wellenlängen zwischen 400nm und 700nm stellt man fest, dass Licht der Wellenlänge 488nm (für den Menschen blaugrün) in diesem Farbraum weiß erscheint. Alle Wellenlängen über 540nm (für den Menschen grün-gelb-orange-rot) können nicht unterschieden werden und haben die selbe Farbe. Man sagt auch, Säugetiere sind "Rot-Grün-Blind"
-Der Mensch ist evolutionär gesehen eigentlich ein Dichromat, bei dem sich der langwellige Zapfen verdoppelt hat. Die drei Zapfen haben folgende Empfindlichkeiten, wobei M und L Zapfen nur 25nm von einander getrennt sind.
+{{:vis:di.png?300|}} {{:vis:farbraum_di.png?300 |}}
-{{ :vis:human.png?direct&300 |}}
+==== "Echte" Trichromaten: Insekten, Reptilien ====
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-Der Farbraum ist zweidimensional, der Weißpunkt befindet sich im inneren der Spektralkurve, es gibt keine Wellenlänge die als farblos wahrgenommen wird.
+Beim Menschen sind Grün- und Gelbzapfen kaum zu unterscheiden, evolutionär gesehen, sind wir eigentlich Dichromaten, bei denen sich der Langwellige Zapfen verdoppelt hat. Häufiger sind echte Trichromaten, die einen UV, einen kurzwelligen und einen langwelligen Zapfen besitzen. Viele Reptilien aber auch Insekten sind solche Trichroma ten. Der Farbraum bei diesen Lebewesen ist deutlich größer als der Farbraum des Menschen. Verschiedene Farben im UVA-Bereich können sehr gut unterschieden werden wogegen Wellenlängen größer als grün nicht unterschieden werden können (grün=gelb=rot).
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+{{:vis:tri.png?direct&300|}}{{ :vis:farbraum_tri.png?direct&300|}}
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-===== Trichromaten 2 =====
-Häufiger sind echte Tetrochmaten, die einen UV, einen kurzwelligen und einen langwelligen Zapfen besitzen.
-{{ :vis:tri.png?direct&300 |}}
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+==== Tetrachromaten: Reptilien, Vögel ====
-Der Farbraum bei diesen Lebewesen ist deutlich größer als der Farbraum des Menschen. Verschiedene Farben im UVA-Bereich können sehr gut unterschieden werden wogegen Wellenlängen größer als grün nicht unterschieden werden können (grün=gelb=rot).
+Tetrachromaten besitzen vier Photorezeptoren im UVA-, Blau-, Grün- und Rotbereich. Die Farbkoordinaten sind hier dreidimensional:
+$$ x = \frac{Rot}{Rot+Grün+Blau+UV} \qquad y = \frac{Grün}{Rot+Grün+Blau+UV} \qquad z = \frac{Blau}{Rot+Grün+Blau+UV}$$
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+Was bei Dichromaten eine Farbgerade war und bei Trichromaten ein Farbdreieck wird hier zur Farbpyramide. Hier gibt es wieder eine Erweiterung der Mischfarben. So ist es nicht mehr möglich aus zwei Wellenlängen weißes Licht zu mischen, es gibt unter den Wellenlängen keine Komplementärfarben mehr. Die Mischung von Blau und Rot unterscheidet sich von Violett.
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-===== Tetrachromaten =====
-Tetrachromaten besitzen vier Zapfen, beispielsweise sind folgende Zapfen denkbar:
-{{ :vis:tetra.png?direct&300 |}}
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-Was bei Dichromaten eine Farbgerade war und bei Trichromaten ein Farbdreieck wird hier eine Farbpyramide:
-{{ :vis:farbraum_tetra.png?direct&500 |}}
+{{ :vis:tetra.png?300 |}}{{ :vis:farbraum_tetra.png?500 |}}
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-Hier gibt es wieder eine Erweiterung der Mischfarben. So ist es nicht mehr möglich aus zwei Wellenlängen weißes Licht zu mischen, es gibt unter den Wellenlängen keine Komplementärfarben mehr. Die Mischung von Blau und Rot unterscheidet sich von Violett.
 ====== Literatur ======
-{{wikindxbib}}
+{{wkxbib}}