Die Fähigkeit des menschlichen Auges, Farben zu unterscheiden, beruht auf der unterschiedlichen Empfindlichkeit der 3 Zapfen (trichromatisch) in der Netzhaut (Retina). Die andere Gruppe lichtempfindlicher Zellen in der Retina, die Stäbchen, spielen bei der Farb-Wahrnehmung fast (siehe Kruithof-Kurve) keine Rolle, sie sind nur für den "Hell-/Dunkel-Kontrast" zuständig (siehe auch: skotopisches oder Nachtsehen). Anderseits werden die Zapfen bei schwachem Licht, im Gegebsatz zu den Stäbchen, kaum stimuliert, so dass das Gehirn dann hauptsächlich die Informationen der Stäbchen verarbeitet.
Zudem sind die Stäbchen "roten" Bereich kaum lichtempfindlich, was zum bekannten hohen „Schwarzwert“ von roten Objekten führt.

Die Maxima der Empfindlichkeit liegt bei S-Zapfen (blau) um 450 nm, bei den M-Zapfen (grün) um 540 nm und bei den L-Zapfen (rot) um 570 nm. Die Zapfen folgen dem Prinzip der Univarianz, d.h. das Ausgangssignal (an das Gehirn) jedes Zapfen wird durch die Lichtmenge bestimmt, die über alle Wellenlängen auf ihn fällt.
Die Ansprechkurven überschneiden sich und so ist es beispielsweise nicht möglich, nur die Zapfen mittlerer Wellenlänge (sogenannte "grüne") zu stimulieren; die anderen Zapfen werden zwangsläufig bis zu einem gewissen Grad gleichzeitig mit stimuliert.

Drei "Farbempfänger"

Es sind physiologisch 3 selektiv auf bestimmte Wellenlängenbereiche abgestimmte Zapfen nachgewiesen. Die zweite Art von Fotorezeptoren im Auge, die sogenannten Stäbchen reagieren nur auf Helligkeitsunterschiede.

  1. Der "Blauempfänger" wird von kurzwelligen Strahlen, etwa dem Bereich 400-500nm angesprochen.
  2. Der "Grünempfänger" ist für den Wellenlängenbereich 500-600 zuständig.
  3. Der "Rotempfänger" überlappt sich in der Empfindlichkeit teilweise mit dem "Grünempfänger". Er spricht auf den Wellenlängenbereich 500-700nm an, mit einem Schwerpunkt bei 590nm.
      4. Schematischer Querschnitt durch das menschliche Auge


      Die Menge aller möglichen Tristimulus-Werte (Kombination aus der Anregung der 3 Zapfen) bestimmt den menschlichen Farbraum. Es wurde geschätzt, dass der Mensch etwa 10 Millionen verschiedene Farben unterscheiden kann.

      Kein Empfänger für Gelb

      Wenn man das Licht einer Natriumdampflampe, die fast nur mono-chromatisches "einfarbiges" Licht der Wellenlänge ca. 580 nm ausstrahlt, gelb empfindet, dann deswegen, weil es die beiden Empfänger für Grün und Rot gleich stark anspricht.
      Gelb ist eine Mischempfindung aus Grün und Rot.

      Auch der Farbfernseher und der Monitor Ihres Computers arbeiten nur mit roten und grünen Pixeln um die Farbe Gelb darzustellen. In einer gelben Bildschirmpartie sehen Sie mit der Lupe die leuchtenden rote und grüne Punkte.

       

      Auge & Gehirn

      Das Auge ist "nur" der Empfänger: die Farbempfindung entsteht im Gehirn!

      Wie eine Videokamera besteht das Auge aus einem optischen und einem "elektronischen" Teil: gewissen lichtempfindlichen "Bauelementen", welche die Lichtsignale in elektrische Impulse umwandeln. Die Impulse werden dann in einem Netzwerk von Nervenzellen umgeformt und durch den Sehnerv, der aus einem ganzen Bündel einzelner Nervenfasern besteht, an das Sehzentrum des Gehirns weitergeleitet. Es sind drei verschiedene Typen von Zapfen nachgewiesen, die untereinander in Wechselwirkung stehen und zusammen eine bereits kompaktierte Information für "Rot", "Grün" oder "Blau" an das Sehzentrum melden. Erst dort wird z.B. die Empfindung "Gelb" produziert, wenn die Zapfen simultan "Rot + Grün" melden!

      Sehen

      Damit ein Objekt sichtbar werden oder gar dem Auge farbig erscheinen kann, muss es mit Licht in Wechselwirkung treten. Das kann auf verschiedene Weise geschehen.

      Zunächst begegnet ein einfallender Lichtstrahl der Grenzfläche des Körpers, wo eine im wahrsten Sinne "oberflächliche" Wechselwirkung stattfindet, die zunächst gar keine "Farbe" aufkommen lässt. Wir nehmen diese Oberflächen-Reflexion bei glatten Körpern als Glanz wahr. Bei matten Körpern wird die ebenfalls vorhandene Oberflächenreflexion diffus dem Farbeindruck überlagert, so dass solche Körper "verweißlicht" aussehen und nie so kräftige Farben zeigen können, wie glänzende Flächen. Man denke an den Unterschied zwischen Hochglanz-Fotografien und Photos mit matter Oberfläche.

      Der nicht an der Oberfläche reflektierte Lichtanteil dringt in das Objekt ein und kann dort in den verschiedenen Wellenlängenbereichen unterschiedlich stark absorbiert und gestreut werden bevor er wieder aus dem Objekt heraustritt, um dann im Auge des Beobachters oder im Messgerät als Farbreiz bzw. Signal zu wirken.

      Farben-Fehlsichtigkeit: auch wenn Sie es schockieren mag: Nur eine Minderheit Ihrer Mitmenschen sieht Farben so wie Sie.