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08.01.2004

Wie Menschen Farben sehen

Mit den drei Sinneszellen für Blau, Grün und Rot erfasst das Auge alle erdenklichen Farben

Das menschliche Auge kann etwa 150 Spektralfarben unterscheiden. Möglich wird diese differenzierte Farbwahrnehmung durch die raffinierte Kombination dreier verschiedener Sinneszellen. Aus den Informationen dieser drei Sinneszelltypen setzt sich jede einzelne für das menschliche Auge sichtbare Farbe zusammen.

Das menschliche Auge: eines der raffiniertesten Ergebnisse der Evolution.
Das menschliche Auge: eines der raffiniertesten Ergebnisse der Evolution.

Um die Hintergründe des Farbsehens zu verdeutlichen, bietet sich ein aufmerksamer Blick auf einen Fernseh- oder Computerbildschirm an: Aus sehr kurzem Abstand oder mit einer Lupe betrachtet besteht das Bild aus sehr vielen Einzelpunkten, die drei unterschiedliche Farbqualitäten besitzen: Blau, Grün und Rot. Bei der Betrachtung aus gewöhnlicher Entfernung verschmelzen diese einzelnen Bildpunkte zu einem Farbeindruck. Dieser so genannte Konfettieffekt ist eine Form der additiven Farbmischung, bei der die Spektren einzelner Farben addiert werden.

Leuchten auf dem Bildschirm nur die blauen Farbpunkte, so ist der Farbeindruck Blau. Leuchten zusätzlich die grünen, ist er Blaugrün. Wechseln sich grüne und rote Farbpunkte ab, entsteht Gelb. Leuchten alle drei gleichmäßig, ist das Ergebnis Weiß. Auf diese Weise können mit den drei Farben Blau, Grün und Rot auf künstlichem Wege alle Farben nachgebildet werden, die auch natürlich wahrnehmbar sind. Unterschiedliche Leuchtintensitäten variieren zusätzlich die Helligkeit der Farbe, so dass auch dunklere und hellere Nuancen erreicht werden.

Diese Erkenntnis, dass jede Farbe aus drei unabhängigen Grundfarben mischbar ist, heißt Trivarianz des Farbensehens. Doch warum sind es nun gerade drei Farben, aus denen alle anderen zu mischen sind? Diese Zusammenhänge werden durch die Trichromatische Theorie des Farbensehens beschrieben: In der Netzhaut des menschlichen Auges sind genau drei Arten von Lichtsinneszellen vorhanden, die für das Sehen von Farbe verantwortlich sind. Diese Sinneszellen heißen Zapfen. Eine weitere Art von Lichtsinneszellen, die so genannten Stäbchen, ermöglichen das Sehen bei wenig Licht. Weil es nur einen Typ Stäbchen gibt, sind Farben dabei für das menschliche Auge nicht mehr wahrnehmbar.

Um überhaupt Farben unterscheiden zu können, muss mehr als eine Art von Sinneszellen vorhanden sein. Hätte die menschliche Netzhaut nur einen Typ von Lichtrezeptor, der nur auf einen bestimmten Bereich des Spektrums anspricht, würde dieser auch nur Informationen über den eingeschränkten Wellenlängenbereich liefern können – maximal, ob viel oder wenig Licht da ist. Außerdem ist so kein Vergleich mit anderen Teilen des Spektrums möglich, weshalb die Unterscheidung von Farben nicht machbar wäre.

Die drei Arten von Zapfen in der menschlichen Retina sind in jeweils unterschiedlichen Wellenlängenbereichen des sichtbaren Lichts maximal empfindlich. Die s-Zapfen (von englisch short wave lenght) haben eine maximale Absorptionsfähigkeit im kurzwelligen Bereich (blau), die m-Zapfen (englisch medium wave lenght) im mittleren Wellenlängenbereich (grüngelb) und die l-Zapfen (englisch long wave lenght) im langwelligen Bereich (rot). Da der Mensch diese drei Zapfentypen besitzt, wird er als Trichromat bezeichnet.

Obwohl die Farben rein physikalisch übergangslos ineinander über gehen, teilt der Mensch die Farben in Kategorien, also Farben ein. Er ist in der Lage, etwa 150 Spektralfarben zu unterscheiden. Jede einzelne Farbe setzt sich für ein farbtüchtiges menschliches Auge aus den Informationen dieser drei Sinneszelltypen zusammen. Beschränkt farbtüchtigen Menschen fehlt aber ein Teil dieser Informationen, weshalb sie manche Farben nicht unterscheiden können. Für sie sehen dann zum Beispiel Rot und Grün absolut gleich aus.