Farbkonstanz psychologie

Die Farbwahrnehmung ist als Teilbereich des Sehens die Fähigkeit, Unterschiede in der spektralen Zusammensetzung des Lichts wahrzunehmen. Sie beruht darauf, dass das Auge über verschiedene Rezeptortypen verfügt, die jeweils für bestimmte Bereiche des Lichtspektrums empfindlich sind. Dabei können unterschiedliche spektrale Zusammensetzungen des Farbreizes zur gleichen Farbwahrnehmung führen.

Allein aus der wahrgenommenen Farbe kann daher nicht auf die Zusammensetzung des Farbreizes geschlossen werden. Gegenstand des Artikels ist die naturwissenschaftliche Beschreibung der Farbwahrnehmung. Systeme der Ordnung von Farben werden in der Farbenlehre und die Messung von Farben in der Farbmetrik beschrieben. Menschen können elektromagnetische Strahlung nur in dem Bereich visuell wahrnehmen, in dem das Sonnenspektrum den überwiegenden Anteil seiner Energie enthält.

Der wahrnehmbare Bereich beginnt bei ca.

Farbkonstanz - eine Genialität der Zusammenarbeit von Auge und Hirn

Er umfasst die Farben von Blau-Violett über Grün und Gelb bis Dunkelrot. Sie können z. Einige Tiere können über den für Menschen sichtbaren Bereich hinaus sehen, beispielsweise Bienen, die auch das angrenzende nahe UV-Licht sehen. Unter optimalen Bedingungen und sehr hoher Lichtstärke können die Grenzen der menschlichen Wahrnehmung nm UV bis nm NIR betragen.

In der Regel setzt sich Licht aus Lichtwellen unterschiedlicher Wellenlängen zusammen. Hingegen wird Licht, das nur aus Strahlung einer bestimmten Wellenlänge besteht, monochromatisch genannt. Lichtquellen, die monochromatisches Licht aussenden, kommen in der Natur praktisch nicht vor. Der Regenbogen gilt nicht als Lichtquelle, da die Wassertropfen das Sonnenlicht reflektieren, wobei infolge der Lichtbrechung unter anderem auch monochromatische Farben entstehen.

Konstanzphänomene verstehen | ERCO Lichtwissen

Deswegen ist es wichtig, die physikalischen Eigenschaften des Lichts von der Farbempfindung begrifflich zu trennen. Mit nur einer Art von Rezeptor sind Unterscheidungen nach der Wellenlänge nicht möglich, was W. Rushton [8] das Prinzip der Univarianz nannte. Der Mensch besitzt zwei verschiedene Systeme von visuellen Rezeptoren.

Die Stäbchen sind zwar empfindlicher, aber es gibt davon nur einen Typ. Allein mit diesen Rezeptoren können folglich keine Farben unterschieden werden. Davon gibt es beim Menschen drei Typen mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit. Sie sind für das Tagessehen Photopisches Sehen verantwortlich. Ihre Reizantwort braucht eine Leuchtdichte von mindestens ca.

Für die Wahrnehmung in der Fovea centralis spielen allein Zapfen eine Rolle. Die extrafoveale Farbwahrnehmung kann unter bestimmten Dämmerungsbedingungen auch durch die Stäbchen beeinflusst werden, bei vollem Tageslicht sind diese jedoch durch die hohe Lichtintensität gesättigt und tragen nicht zur Farbwahrnehmung bei. Möglich wird die Empfindlichkeit der Sinneszellen für verschiedene Wellenlängenbereiche durch die in ihrer Membran enthaltenen Moleküle spezifischer Sehpigmente.

Diese bestehen aus einem Proteinanteil, Opsin genannt, und dem daran gebundenen Retinal -Molekül, das den lichtempfindlichen Anteil bildet. Letzteres ist als Ligand an Opsin kovalent gebunden. Diese Strukturveränderung wird als primäre photochemische Reaktion bezeichnet. Die Sehpigmente der Stäbchen werden Rhodopsin genannt und bestehen aus Skotopsin und Retinal. Die Sehpigmente der drei Zapfenarten werden Iodopsine genannt.

Sie bestehen jeweils aus einer der drei Arten von Photopsin und Retinal, die durch ihren leicht unterschiedlichen Aufbau unterschiedliche Reaktionsmaxima ergeben. Dies ist die Ursache für die unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit der drei Typen von Zapfen S-, M- und L-Typ. Daneben finden sich beim Menschen auch photosensitive Ganglienzellen in der Netzhaut, die durch das Photopigment Melanopsin lichtempfindlich sind und ihre Signale an Neurone der Epiphyse und solche des Nucleus suprachiasmaticus im Hypothalamus weiterleiten, wo sie als Zeitgeber für die circadiane Rhythmik bestimmend werden.

Dieses wiederum löst ein Signal aus für ein komplexes Netzwerk von Neuronen , das zwischen den Sinneszellen und den retinalen Ganglienzellen liegt, die die innerste Schicht der Netzhaut bilden. Nach massiver Querverarbeitung in diesem Netzwerk gehen Signale dann an die Ganglienzellen und werden von dort aus über die Neuriten des Sehnervs an das Gehirn weitergeleitet.

Für die visuelle Wahrnehmung beim Menschen sind dabei, wie schon erwähnt, zwei Systeme von Photorezeptoren zu unterscheiden:. Die unterschiedlichen Absorptionsspektren kommen dadurch zustande, dass die drei Zapfentypen jeweils eine andere Unterform des Sehpigments enthalten. Deren Proteinanteil — das so genannte Opsin — wird von Genen codiert, die sich auf dem 7.

Chromosom im Falle von S-Opsin und auf dem X-Chromosom im Falle von L- und M-Opsin befinden. Da für die Rot-Grün-Schwäche ein mutiertes L- oder M-Opsin-Gen verantwortlich ist, führt deren gonosomale Vererbung dazu, dass die Rot-Grün-Schwäche bei Männern sehr viel häufiger ist als bei Frauen. Allein ein Zapfentyp liefert keine hinreichende Information für Farbensehen. Dies wird erst möglich durch die neuronale Weiterverarbeitung der Erregungsmuster von mindestens zwei verschiedenen Zapfentypen.

In der Fovea centralis gibt es wiederum keine Stäbchen. Bereits in der Retina , die aus dem Augenbecher entstanden embryologisch ein Teil des Hirns ist, finden erste Schritte der Informationsverarbeitung statt. Je eine Gruppe von Sinneszellen Zapfen oder Stäbchen konvergiert über zwischengeschaltete Nervenzellen Bipolare Zellen , Horizontalzellen , und Amakrinzellen auf jeweils eine retinale Ganglienzelle , das 3.

Eine solche Gruppe von Sinneszellen bildet ein rezeptives Feld , und man unterscheidet darin ein Zentrum und dessen Peripherie. Die Photorezeptoren des Zentrums wirken gegensinnig zu denen der Peripherie auf die nachgeschaltete Ganglienzelle. Ist das Zentrum erregend und die Peripherie hemmend, so spricht man von einer On-Zentrum-Ganglienzelle, im umgekehrten Fall von einer Off-Zentrum-Ganglienzelle.

Diese Art der Verschaltung dient der Kontrastverstärkung. In allen drei Fällen wirken Horizontalzellen bei der Ausbildung der rezeptiven Felder mit [14] und Amakrinzellen modulieren den Signalfluss zu den Ganglienzellen. Farbreize werden durch Kombinationen verschiedener Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums erzeugt. Derselbe Farbreiz kann durch unterschiedliche Kombinationen erzeugt werden.

Dieser Effekt wird Metamerie genannt. Zwei Farbproben können daher unter gleicher Beleuchtung völlig identisch aussehen, obwohl sie unterschiedlich spektrale Anteile des Lichtes absorbieren. Wenn man die Farbproben mit farbigem Licht beleuchtet — also mit Licht, in dem Spektralanteile fehlen — kann der Unterschied sichtbar werden, sofern der fehlende Spektralanteil in der einen Farbprobe mehr zu ihrem Aussehen beiträgt als in der anderen.

Dies ist ein Problem bei der Herstellung von Dingen und Gegenständen aus unterschiedlichen Materialien, welche auch unter unterschiedlichen Beleuchtungsverhältnissen gleichfarbig aussehen sollen. Die Farbkonstanz zählt zur Gruppe der sogenannten Konstanzphänomene der menschlichen Wahrnehmung, neben u. Als Farbkonstanz bezeichnet man die Eigenschaft des Sehsinns, die Körperfarbe von Gegenständen als nahezu unabhängig von Veränderungen der Farbspektra natürlicher Beleuchtung wahrzunehmen.

Derartige Veränderungen geschehen in Zeitabständen von Jahreszeiten, Tageszeiten, Bewölkungsänderungen, und Schattenwurf bei Orts- oder Blickwechsel. Farbkonstanz wurde auch bei Fischen [15] und Bienen [16] nachgewiesen. Hier wird der Vorteil der Fähigkeit besonders anschaulich, da die Farbe der Beleuchtung unter Wasser und im Bereich von Blüten schnell und intensiv wechseln kann.

Die Nahrungssuche wird hier wesentlich vereinfacht, oder überhaupt erst ermöglicht, wenn das Gesuchte immer in nahezu denselben Farben gesehen wird. In der Fotografie kann man Effekte von Wechsel in natürlicher, oder auch künstlicher, Beleuchtung durch Aufnahmen mit Kunstlichtfilmen bei Tag oder Tageslichtfilmen bei Kunstlicht nachstellen. Die Aufklärung des Mechanismus der Farbkonstanz gilt als besondere Herausforderung innerhalb der Neurowissenschaft des Sehsinnes.

Da die Fähigkeit darauf gründet, dass neuronale Repräsentationen von weit auseinander liegenden Bereichen des Gesichtsfeldes sich gegenseitig beeinflussen, müssen höhere kortikale Prozesse beteiligt sein. Eine nachweisliche Schlüsselrolle für den Mechanismus der Farbkonstanz spielt das visuelle Cortexareal V4. Doch sind auch Anpassungsprozesse auf tieferen Ebenen beteiligt, so schon innerhalb der Netzhaut.

Die Sichtweisen von Malern, beispielsweise impressionistischer wie Claude Monet bei seiner berühmten Bilder-Reihe mit Ansichten der Kathedrale von Rouen , verdeutlichen, dass hierbei sowohl Aufmerksamkeits - als auch Lernprozesse eine Rolle spielen. Das Rhodopsin der menschlichen Stäbchen hat zwei Absorptionsmaxima, eines im sichtbaren Bereich bei nm türkis und ein Nebenmaximum im UV-Bereich bei nm.

Durch die Absorption von UV-Licht in der Augenlinse wird beim menschlichen Auge normalerweise ein Reiz im UV-Bereich weitgehend verhindert. Für die Netzhaut, die durch die energiereiche UV-Strahlung geschädigt werden kann, stellt dies eine Schutzfunktion dar. Menschen, denen die Linse entfernt wurde z. Farbenfehlsichtigkeit , oft auch ungenau Farbenblindheit genannt, tritt in verschiedenen Formen auf.

Diese Fehlsichtigkeiten treten bei Veränderungen der Opsin -Gene auf. Aber auch andere Defekte der Netzhaut, Linsenverfärbungen Vergilbungen und Störungen der neuronalen Verarbeitung von Farbreizen in Auge, Sehnerv und Gehirn können die Farbwahrnehmung beeinträchtigen. Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, Defekte zu erkennen, wie Ishihara-Farbtafel oder der Farnsworth-Test.

Farbensehen unterscheidet sich beträchtlich zwischen den Tierarten. In der Evolutionsgeschichte hat sich das Sehen mehrfach — und unabhängig voneinander — entwickelt. Es gibt Unterschiede in der Anzahl der Rezeptortypen und in deren spektraler Empfindlichkeit. Die meisten Säugetiere haben zwei verschiedene Typen von Farbrezeptoren, einige Primaten drei, Reptilien und die in der Evolution aus diesen heraus entwickelten Vögel oft vier.

Niedere Wirbeltiere, und unter den Säugetieren die Beuteltiere , verfügen meist über vier Zapfentypen. Sie werden daher Tetrachromaten genannt. Neben den L-, M- und S-Zapfen verfügen sie über einen Ultraviolett-Zapfen, der im Bereich von weniger als nm reagiert. Da man dieses — im Vergleich zum Menschen komplexere — tetrachromatische Farbsystem bei Beuteltieren, Vögeln und Fischen findet, geht man davon aus, dass es einen evolutionär frühen Typus innerhalb der Wirbeltier-Farbsysteme darstellt.

In Anpassung an die unterschiedlichen Beleuchtungsverhältnisse ihrer Lebensräume haben die verschiedenen Arten der Knochenfische unterschiedliche Systeme ausgebildet. Die meisten bisher darauf untersuchten Fische sind Tetrachromaten. Die Zahl der Zapfen und deren Absorptionsmaxima passen in der Regel zu ihrer Lebensweise: Mit zunehmender Tiefe in Gewässern ist auf Grund der stärkeren Absorption von lang- und kurzwelligem Licht die Beleuchtung zunehmend einfarbiger monochromatisch.

In klaren Meeren oder Seen erreicht der blaue Anteil des Lichtes Tiefen von über 60 Metern. In Schwarzwasserflüssen und Moorseen erreicht der Rotanteil des Lichtes höchstens eine Tiefe von drei Metern. Gleichzeitig nimmt bei allen Gewässern die Intensität des Lichtes mit der Tiefe ab. So besitzen dämmerungsaktive oder in dunklen Regionen lebende Fische vorwiegend im Rotbereich empfindliche Zapfen, während tagaktive, in den oberen, lichtdurchfluteten Regionen lebende Fische mehr Blau- und Grünzapfen aufweisen.

Ob Di- und Trichromaten auch unterschiedliche Farben wahrnehmen und unterscheiden können, hängt von der weiteren neuronalen Verarbeitung in Netzhaut und Gehirn ab. Hühner besitzen neben dem Rhodopsin der Stäbchen vier Zapfenpigmente: Rot Empfindlichkeitsmaximum bei ca. Vögel und ebenso Reptilien haben in ihren Zapfen mit Carotinoiden gefärbte und farblose Öltröpfchen, die als Farbfilter wirken.

Diese Filter engen die Absorptionsspektren der Zapfen ein und verbessern damit die Unterscheidbarkeit von Farben. Säugetiere, und somit auch der Mensch, besitzen diese Farbfilter nicht.