Allgemeine 1 Thema 5 - Farbe

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Funktion von Farbwahrnehmung	-Wozu dient Farbwahrnehmung überhaupt? -Erleichterung der Figur-Grund-Gliederung -Erleichtert die Kategorisierung von Objekten ->Tanaka et al. (2001). „Falsch“ gefärbte Objekte sind schwerer zu erkennen
Grundfarben Spektral und Extraspektralfarben	• Rot, Gelb, Grün, Blau ->Mit diesen Begriffen können alle bunten Farben beschrieben werden • Grundfarben und ihre Mischungen können im Farbkreis angeordnet werden, ähnliche Farben sind benachbart • Spektrale Farben 1) Lassen sich durch eine Wellenlänge darstellen (monochromatisches Licht) 2) Gibt es auch im Regenbogen, oder wenn man Sonnenlicht im Prisma bricht • Extraspektral Farben 1) Benötigen mindestens 2 Wellenlängen 2) Gibt es nicht im Regenbogen 3) Alle Grautöne + Mischungen 4) Violett-rot Mischungen (Magenta, Rosa, Purpur)
Beschreibung von Farben -Munsell system	-Munsell-System: Beschreibung von Farben durch ein dreidimensionales System (Hue, Chroma, Value) -Hue ->Farbton ->Farbqualität (Blau, Grün, Gelb, Rot) _>Farben im Farbkreis -Chroma/Saturation (Sättigung = Chromatizität = Farbigkeit) ->Der Anteil weißen Lichtes an der Gesamthelligkeit ->z.B. das Rot bleibt immer das gleiche, es ändert sich nur der Weißanteil -Value/Brightness (Helligkeit, Intensität) ->Intensität des Lichts • Wir können - bei gegebener Helligkeit - etwa 200 Spektralfarben (Farbton) unterscheiden • Bei Variation der Intensität (Helligkeit) und der Beimischung von Weiß (Sättigung) entstehen Millionen von unterscheidbaren Farben • 1200 Farben für praktische Zwecke ->z.B. für Designer
wie kommt Farbe zustande?	• Reflektanz ->Opaque (blickdichte) Objekte senden kein Licht aus. Diese Objekte reflektieren Licht ->unsere Welt reflektiert Licht nicht gleichmäßig • Transmission ->Flüssigkeiten, Gase, Kristalle, Glas etc. lassen Licht passieren • Viele Dinge lassen Licht nur in manchen Farben passieren ->selektive Transmission: Werden einige Wellenlängen abgeschwächt, erscheint das Gas / die Flüssigkeit / der Kristall farbig • Warum ist z.B. der Himmel blau? Wir sehen die Luftmoleküle, diese brechen die Sonnenstrahlen sehr stark und alles wirkt blau • Abendrot ->Blauanteile werden stärker rausgefiltert, langwellige Bereiche wie gelb und rot bleiben übrig
Reflektanz verschiedener Materialien	Image: Image (binary/octet-stream)
Reflektanzkurve	-Reflektanzkurven verschiedener Materialien, die mit weißem Licht beleuchtet werden -Farbige Pigmente (z.B. Wasserfarben) ->Reflektanzkurve von gelber Malfarbe ist bemerkenswert, reflektiert sehr viel im roten und grünen Bereich ->es gibt allerdings auch nur einen sehr kleinen monochromatischen Bereich, in dem Licht überhaupt gelb aussieht -Schwarzes oder weißes Papier ->reflektiert sehr gleichmäßig über den ganzen Bereich schwarz allerdings sehr wenig und weiß deutlich mehr -Bunte Farben reflektieren bestimmte Wellenlängen stärker als andere -unbunte Farben reflektieren alle Wellenlängen gleichmäßig
monochromatisches Licht	-Spektralfarben sind die Farben, die im Regenbogen vorkommen -Sie sind alle Farben, die durch monochromatisches Licht, also Licht einer Wellenlänge, dargestellt werden können
Additive und subtraktive Farbmischung	• Additive Farbmischung ->Lichtwellen mit verschiedener Wellenlänge addieren sich ->wird ein weißer Gegenstand mit blauem und gelbem Licht beleuchtet, dann reflektiert er blaues plus gelbes Licht • Subtraktive Farbmischung: z.B. bei Malfarben, verschiedene Wellenlängen werden absorbiert ->Ihre wahrgenommene Farbe hängt davon ab, welche Wellenlängen absorbiert bzw. reflektiert werde, also wir sehen dann das, was nicht absorbiert wurde ->Blaue Malfarbe: 1) Reflektiert Blau und etwas Grün 2) Absorbiert Rot o Gelbe Malfarbe 1) reflektiert Rot und etwas Grün 2) absorbiert Blau • Eine Mischung von blauer und gelber Malfarbe reflektiert also nur noch Grün. Deshalb sieht diese Mischung grün aus • Unsere Malfarben entsprechen einer Konvention. Es gäbe durchaus andere Möglichkeiten, ein Gelb herzustellen. • Dann würde aber die konventionelle Regel nicht mehr gelten, dass Blau + Gelb = Grün ergibt
Farbmischung -ABB	Image: Image (binary/octet-stream)
Theorie des Farbsehens: Die Trichromatische Theorie	• Young-Helmholtz-Theorie • Grundlage: Metamerexperiment von Thomas Young (1802) ->Durch das Mischen von drei beliebigen Spektralfarben (additive Mischung) lassen sich Farbtöne erzeugen, die genau wie eine weitere Spektralfarbe aussehen • Interpretation: Es gibt drei breitbandige Rezeptorsysteme, die für unterschiedliche Bereiche von Wellenlängen empfindlich sind • Die relative Aktivierung der Short (S) Medium (M) und Long (L) Rezeptoren geben die wahrgenommene Farbe an ->Farbwahrnehmung hängt also von Zapfen ab
High end Farbsysteme -CIE -Tristimulus-Sytsem	-CIE (Commission internationale de l´éclairage) ->Normsystem, um Farben zu messen -von W.D. Wright und J. Guild -10, bzw. 7 Beobachter wurden getestet ->2 Datensätze stimmten überein und wurden dann zusammengefasst ->Standardbeobachter (1931) -Farbmetamere mit dem Primärfarben 700nm, 546,1nm und 435,8nm ->2° Farbreiz -Man braucht für die vollständige Beschreibung einer Farbe drei Werte -Tristimulus-System
Probleme der Visualisierung eines dreidimensionalen Systems	-Problem der Visualisierung eines Dreidimensionalen Systems ->Intensitäten werden relativ ausgedrückt: G= G/(R+G+B) R=R/(R+G+B) B=B/(R+G+B) -Chromatizität abhängig von der Helligkeit -Weil nun g+r+b = 1, kann man eine der Primaries weglassen und die Farben in 2 Dimensionen plotten
Tristimulus-System -ABB	Image: Image (binary/octet-stream)
CIE Farbsystem -ABB	Image: Image (binary/octet-stream)
CIE Farbsystem -Erklärung	• Jeder Punkt auf der äußeren Kurve ist die Chromatizität einer Spektralfarbe • Jeder Punkt innerhalb der Kurve ist eine extraspektrale Farbe • Jeder Punkt außerhalb der Kurve hat keine realisierbare Farbe • Ein Punkt innerhalb der Kurve kann durch den entsprechenden Mix der zwei Primaries erzeugt werden, die auf einer Gerade mit dem Punkt liegen • Die Menge möglicher Mixfarben, die ich mit drei Primaries erzeugen kann, kann durch ein Dreieck mit den entsprechenden Primaries als Eckpunkte dargestellt werden • Auf der Grundlage der CIE Daten lassen sich weitere Systeme schaffen, wie Adobe RGB und Microsofts sRGB • Die Dreiecke umgeben den Gamut =Bereich dargestellter Farben
weitere Farbsysteme -ABB	Image: Image (binary/octet-stream)
Trichromatische Theorie: „Farbenblindheit“ normale und anomale Trichromaten	• Farbwahrnehmungsdefizite =>Zapfen arbeiten anders Normale Trichromaten: -kein Defizit -brauchen 3 Farben zum Farbabgleich -versch. Personen stimmen in ihren Urteilen über Metamere überein Anomale Trichromaten: -brauchen 3 Wellenlängen -kommen zu etwas anderen Ergebnissen als normale
Trichromatische Theorie: „Farbenblindheit“ Dichromaten und Monochromaten	Dichromaten: -brauchen 2 Wellenlängen -kommen zu anderen Ergebnissen als Trichromaten Monochromaten: -können mit nur einer Wellenlänge eine beliebige andere Wellenlänge abgleichen ->sehen nur Helligkeit
Formen des Dichromatismus	1) Protanopia betrifft 1% der Männer und 0,02% der Frauen. Betroffene sehen ein Spektrum über Blau-Grau-Gelb. Der neutrale Punkt (Grau) liegt bei 492 nm 2) Deuteranopia betrifft 1% der Männer und 0,01% der Frauen. Betroffene sehen ein Spektrum über Blau-Grau-Gelb. Der neutrale Punkt (Grau) liegt bei 498 nm 3) Tritanopia betrifft 0,002% der Männer und 0,001% der Frauen. Sie sehen Blau-Grau-Rot mit einem neutralen Punkt bei 570 nm
Herings Gegenfarbentheorie	• Grundlagen 1) kein grünliches Rot, kein gelbliches Blau 2) Nachbilder • Interpretation: Es gibt zwei Gegenfarbensysteme, eines für gelb-blau und eines für rot-grün -Rot-grün: Wird durch rot aktiviert du durch grün gehemmt (v.v.) -Blau-Gelb: wird durch blau aktiviert und durch die Summe von Rot-Grün gehemmt (v.v) -Nachbild rot: Retinale „rot“ Rezeptoren „ermüden“ durch die dauerhafte Stimulation ->wenn dann die weiße Fläche kommt haben wir müde „rot“ Rezeptoren und frische „grün“ Rezeptoren ->Grün-Eindruck • Mögliche Vereinbarkeit mit Helmholtz-Theorie ->Helmholtz‘ Theorie gilt auf der Ebene der Rezeptoren ->Herings Theorie gilt auf der Ebene der Ganglienzellen in der Retina und dem LGN
Farbzentrum in Kortex	• V4 (Zeki, 1983, 1990) ->Außerhalb von V1, vor allem in V2, sprechen Neuronen gut auf Farbe an ->Kortikale Achromatopsie: Farbenblindheit aufgrund einer Hirnschädigung • ABER: Kritiker sagen, dass Gegenfarbenneurone in vielen Gehirnregionen sind und die Farbwahrnehmung sei daher ein Zusammenspiel zwischen verschiedenen Regionen • Zwei Arten von Gegenfarben-neuronen im Kortex 1) Einfache Gegenfarbenzelle ->Diese M+L- Zelle reagiert am besten auf mittlere Wellenlängen ("grün") im Zentrum und möglichst wenig lange Wellenlängen ("rot") in der Peripherie, Sie reagiert mit den meisten AP auf eine große grüne Scheibe und mit den wenigsten AP auf eine große rote Scheibe. Ein grünes Zentrum mit blauer Peripherie führt auch zu maximaler Erregung 2) Doppel-Gegenfarbenzelle ->Neuronen reagieren am besten auf eine grün-rote Kante ->Einfache Gegenfarbenzellen kodieren eher Farbflächen, Doppel-Gegenfarbenzellen kodieren Farbgrenzen
Farbzentrum in Kortex -ABB	Image: Image (binary/octet-stream)
Gegenfarbenzellen -ABB	Image: Image (binary/octet-stream)
Farbkonstanz	=Fähigkeit, die "Farbe" (eigentlich: Reflektanz) eines Objektes unter weit variierenden Beleuchtungsbedingungen als konstant wahrzunehmen -Beispiel: Zusammensetzung von Sonnenlicht und Wolframlicht ("Glühbirne"). Ein Pullover ("Sweater") hat eine bestimmte Reflektanz und sieht im Sonnenlicht grün aus. Unter Wolframlicht (engl. Wolfram = Tungsten), mit hohem Rotanteil (grün+rot=gelb, additive Farbmischung), müsste er eigentlich eher gelb erscheinen. Tut er aber nicht – er sieht grün aus
Farbkonstanz -ABB	Image: Image (binary/octet-stream)
Mechanismen der Farbkonstanz	Adaptionseffekt: -Wenn der ganze Raum in eine Farbe getaucht ist, reagieren die entsprechenden Zapfen nach einiger Zeit weniger stark (Adaptation) Umfeldeffekte: -Information über die allgemeine Beleuchtung lassen sich auch dem Umfeld der Objekte entnehmen Gedächtniseffekte: -Wir wissen, wie Dinge aussehen ->Die Erinnerung typischer Farben wirkt sich auf die Wahrnehmung aus
Helligkeitskonstanz	-die objektive Helligkeit hängt von der Beleuchtung und der Reflektanz des Objektes ab -Wahrgenommene Helligkeit ist weitgehend unabhängig von der Stärke der Gesamtbeleuchtung -die vom Auge aufgefangene Lichtmenge variiert extrem, Ein weißes Blatt Papier bei Mondschein reflektiert viel weniger Licht als ein schwarzer Labrador in der Mittagssonne -Hierbei gilt allgemein, dass ein Objekt Schwarz ist, das 5-10% des Lichtes reflektiert, und ein Objekt Weiß ist, das 80-95% des Lichtes reflektiert (dazwischen liegen Grautöne) -in natürlichen Szenen müssen wir zwischen Reflektanzen und Beleuchtungskanten unterscheiden ->Reflektanzkanten weisen auf verschiedene Objekte oder verschiedene Objektteile hin. Beleuchtungskanten sind dagegen meist bedeutungslos -wie unterscheiden wir Schatten und echte Objekte? ->Hinweis: der Halbschatten ->etwas heller als der Schatten und unscharf, Verdeckt man den Halbschatten, sieht der Schatten mehr wie ein Objekt aus

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