Warum nehmen wir eine Mischung aus blauer und gelber Farbe als grün wahr? [Duplikat]

Farbe ist kein physikalisches Phänomen , sondern wie Licht unterschiedlicher Frequenzen/Wellenlängen vom Menschen wahrgenommen wird. Während die Zapfen von unseren tierischen Vorfahren entwickelt wurden und wir sie mit anderen Arten teilen, ist es durchaus möglich (aber unwahrscheinlich), dass sie 700-nm-Licht nicht wie wir als „rot“, sondern als völlig anderen Eindruck wahrnehmen. Was wir wissen, ist, dass Menschen einige Farbtöne überhaupt nicht wahrnehmen können (sie sind farbenblind, eine rot-grün-blinde Person wird niemals rot oder grün wahrnehmen können) und einige Arten und extrem seltene Menschen können mehr Farben sehen als wir haben sie einen zusätzlichen Rezeptor ( Tetrachromie ).

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Wir betrachten nur den sichtbaren Teil der elektromagnetischen Wellen. Wenn wir diesen Teil von der niedrigsten Wellenlänge zur höchsten Wellenlänge ordnen, sehen wir ein Spektrum. Die Kurven innerhalb des Bildes zeigen die Empfindlichkeit der drei verschiedenen Rezeptoren, die wir verwenden.

Bild von en.wikipedia.org von BenRG, Public Domain

Licht der Wellenlänge 575 nm wird also von unserem Auge wahrgenommen, stimuliert sowohl L- als auch M-Rezeptoren und unser Gehirn verarbeitet es als "gelb". Wir können aber auch zwei Wellenlängen 540 nm und 610 nm verwenden , deren Intensität variieren und genau den gleichen "gelben" Eindruck erhalten. Prinzipiell haben Sie vielfältige Möglichkeiten, exakt die gleiche Farbe darzustellen.

Ich denke, ich habe den Unterschied zwischen physikalischer Wellenlänge und wahrgenommener Farbe deutlich gemacht . Eine bestimmte Wellenlänge erzeugt immer eine Farbe, aber dieselbe Farbe kann durch viele mögliche Kombinationen physikalischer Wellenlängen erzeugt werden.

Der Kürze halber definiere ich nun den Teil mit der kürzesten Wellenlänge als „blaues“ Licht, den Teil mit der längsten Wellenlänge als „rotes“ Licht und den mittleren Teil als „grünes“ Licht. Sie sehen auf dem Bild, dass Sie keine strengen Grenzen definieren können, da sich die Empfindlichkeit der Rezeptoren überlagert. Fehlt Licht komplett, sehen wir „schwarz“, sind alle Komponenten (blau, grün, rot) etwa gleich stark, sprechen wir von „weiß“.

Bei leuchtenden Objekten ist die Farberzeugung leicht zu verstehen: Sie senden Licht aus und die resultierende Lichtmischung wird von unseren Augen interpretiert. Monitore verwenden Licht von 476, 530 und 622 nm, um sich jedem Eingang anzunähern .

Aber Farbe und nicht leuchtende Objekte im Allgemeinen brauchen Licht, um sichtbar zu sein. Ein Monitor ist in einem dunklen Raum zu sehen, aber alle anderen Objekte sind schwarz. Die einzige Möglichkeit, nicht leuchtende Objekte als farbig wahrzunehmen, besteht darin, einige Wellenlängen stärker als andere zu reflektieren.

Nehmen wir an, unser Objekt absorbiert "blaues" Licht vollständig und wirft alles andere zurück. Ich beleuchte es

• bei "blauem" Licht scheint es schwarz zu sein.
• bei "grünem" Licht sieht es grün aus.
• bei "rotem" Licht sieht es rot aus.
• bei "weißem" Licht wird die "blaue" Komponente entfernt, nur "rot" und "grün" bleiben übrig ... es sieht gelb aus .

Ich habe jetzt eine andere Farbe, die "rotes" Licht vollständig absorbiert. Ich beleuchte es noch einmal

• bei "rotem" Licht scheint es schwarz zu sein.
• bei "grünem" Licht scheint es grün zu sein.
• bei "blauem" Licht scheint es blau zu sein.
• bei "weißem" Licht wird die "rote" Komponente entfernt, nur "grün" und "blau" bleiben übrig, es sieht aus wie Cyan (ein grünliches Blau).

Ein Material, das "grünes" Licht absorbiert, sieht violett aus, für den Eindruck siehe die überlappenden Abschnitte im folgenden Bild. Das erste Bild zeigt, was passiert, wenn Sie leuchtendes Licht überlagern (additive Farben), das zweite Bild zeigt, was passiert, wenn Sie Farbe mischen (subtraktive Farben).

Erstes Bild von en.wikipedia.org von SharkD, Public Domain; zweites Bild von de.wikipedia.org von Quark67 CC BY-SA 2.5

Wenn ich die Pigmente von Farben mische, absorbiert jede Komponente ihre Wellenlängenkomponente(n). Bei "blauer" Farbe wird hauptsächlich "rotes" Licht absorbiert, bei "gelber" Farbe wird hauptsächlich "blaues" Licht absorbiert, so dass die dominierende verbleibende Farbe grün ist . Das ist genau der Grund, warum Pflanzen grün aussehen, weil Pflanzen hauptsächlich „rotes“ und „blaues“ Licht absorbieren; Pflanzenleuchten emittieren daher hauptsächlich "rotes" und "blaues" Licht, die Farbe einer Pflanzenleuchte sieht lila aus.

Wenn alle Komponenten absorbiert werden, sollte das Mischen von Gelb, Lila und Cyan Schwarz ergeben. Im wirklichen Leben erhalten Sie ein dunkles Braun, weil sich die Pigmente nicht perfekt vermischen, sodass ein Farbstich zurückbleibt. Aus diesem Grund verwenden wir in unseren Druckern schwarze Tinte für den Druck von Grau oder Schwarz.

Sie stellen hier mehrere verwandte Fragen, also lassen Sie mich nur die einfachste ansprechen: Warum sieht eine Mischung aus blauem und gelbem Licht grün aus, selbst wenn überhaupt kein Grün darin ist?

Stellen Sie sich vor, Sie haben eine Badewanne mit drei Hähnen, die heißes, warmes und kaltes Wasser abgeben. Wenn Ihre einzige Möglichkeit, die Temperatur zu testen, darin besteht, Ihre Hand in das Wasser zu stecken, fühlt sich die Ausgabe eines warmen Wasserhahns nur genauso an wie eine gleiche Mischung aus heißen und kalten Wasserhähnen oder eine gleiche Mischung aus allen drei usw. Insbesondere kann es sich warm anfühlen, auch wenn der Warmwasserhahn komplett abgestellt ist!

Das Sehen ist einzigartig unter den Sinnen, weil es so „untreu“ ist.

• Schall kann einen kontinuierlichen Frequenzbereich einnehmen. Wir haben Tausende von unterschiedlich großen Haarzellen, die jeweils einen anderen kleinen Frequenzbereich auswählen.
• Geruch ist auf eine enorme Bandbreite verschiedener Moleküle zurückzuführen. Wir haben Tausende verschiedener Rezeptoren , die jeden Typ einzeln erkennen.
• Licht kann einen kontinuierlichen Frequenzbereich einnehmen. Wir haben drei verschiedene Rezeptoren , von denen jeder für einen großen Frequenzbereich empfindlich ist.

In Anlehnung an die Badewannenanalogie sind andere Sinne wie das Lesen der einzelnen Wasserhähne. Sehen ist eher wie das Wasser testen. Daher ist es nicht verwunderlich, dass verschiedene Kombinationen elektromagnetischer Wellen dieselbe subjektive Farbe ergeben können.

Dies liegt daran, dass die grünempfindlichen Rezeptoren Ihres Auges durch diese Farben stärker stimuliert werden als die anderen Arten von Rezeptoren.

Jeder der drei Arten von Farbrezeptoren hat eine überlappende Farbempfindlichkeitskurve.

Von gsu.edu

In guter erster Näherung: Der Raum von Mischungen von Lichtfrequenzen ist unendlich dimensional. (Das heißt, es gibt unendlich viele Frequenzen, und um die Mischung zu spezifizieren, müssen Sie angeben, wie viel von jeder dieser unendlich vielen Frequenzen in der Mischung enthalten ist – das ist eine unendliche Sammlung von Zahlen.)

Aber der Raum wahrgenommener Farben ist dreidimensional – um eine wahrgenommene Farbe zu spezifizieren, muss man spezifizieren, wie stark jede der drei Arten von Rezeptoren ausgelöst wird. Das sind drei Zahlen.

Ihr visuelles System projiziert also einen unendlich dimensionalen Raum auf einen dreidimensionalen Raum. Wenn eine lineare Karte die Dimension reduziert, sendet sie notwendigerweise mehrere Punkte an dieselbe Stelle. Es muss also (viele!) verschiedene Lichtkombinationen geben, die alle für Ihr visuelles System identisch erscheinen.

1. Die grundlegende Sache, die Farbe tut, ist Licht zu absorbieren, nicht zu reflektieren. Es reflektiert, was es nicht aufnimmt. Deshalb können Sie einige Farben mischen und Schwarz erhalten - jede absorbiert einige Wellenlängen, und zusammen absorbieren sie alles sichtbare Licht und reflektieren überhaupt nichts. Sie reflektieren nicht das gesamte Licht und erscheinen weiß.

   Blaue Farbe absorbiert also alle bis auf eine Reihe von Farben um Blau herum, und gelbe Farbe absorbiert alle bis auf eine Reihe von Farben um Gelb herum. Wenn Sie sie mischen, absorbieren sie alles außer einem schmalen Bereich, der in der Nähe von Blau, aber auch in der Nähe von Gelb liegt - und diese Wellenlängen erscheinen als Grün. (Sie erhalten ein helleres Grün, wenn Sie Gelb und Cyan mischen – blaue Farbe absorbiert zu viel grünes Licht. Die Tinte, die in den meisten Farbdruckern verwendet wird, ist Cyan, Magenta und Gelb).

2. Um ein Lichtprofil vollständig zu beschreiben, müssen Sie die Intensität jeder der unendlich vielen möglichen Wellenlängen beschreiben. Es gibt jedoch nur 3 Arten von Farbrezeptoren im Auge, von denen jede ihre eigene Empfindlichkeit gegenüber unterschiedlichen Wellenlängen hat. So können unterschiedliche Lichtprofile gleich erscheinen, wenn sie die 3 Rezeptoren auf die gleiche Weise ansprechen. Beispielsweise aktiviert eine Kombination aus 535 nm und 575 nm den Rezeptor auf die gleiche Weise wie reines 555-nm-Licht, sodass sie als dieselbe Farbe wahrgenommen werden.

   Dies ist einfacher zu verstehen, wenn Sie sich mit linearer Algebra auskennen (und wenn Sie dies nicht tun, sollten Sie es tun!). Das Lichtprofil kann als Vektor in einem unendlich dimensionalen Raum gesehen werden. Die Antwortfunktionen der Rezeptoren sind 3 Vektoren in diesem Raum. Die Aktivierung eines Rezeptors ist das Skalarprodukt des Lichtprofils und der Aktivierungsfunktion dieses Rezeptors. Die wahrgenommene Farbe ist der 3-dimensionale Vektor, der sich aus den 3 Aktivierungsstufen zusammensetzt. Anders gedacht ist Farbe die Projektion des Lichtprofils auf den 3-dimensionalen Unterraum, der von den 3 Aktivierungsfunktionen aufgespannt wird. Zwei Lichtprofile, deren Differenz orthogonal zu diesem Raum ist, werden als gleiche Farbe wahrgenommen.

   Die Idee, dass Licht aus den 3 Farben Rot, Grün und Blau besteht, rührt von der Tatsache her, dass die meisten wahrnehmbaren Farben durch kegelförmige Kombinationen dieser drei Farben gefunden werden können. Aber nicht alle - zum Beispiel gibt es keine Möglichkeit, Grün und Blau zu kombinieren, um genau den gleichen Effekt wie reines Cyan zu erzielen, Sie können nur eine Annäherung erhalten.

3. Theoretisch ist es wahrscheinlich, dass verschiedene Personen leicht unterschiedliche Aktivierungsfunktionen haben; es gibt also zwei Lichtprofile, die Person A als gleich und Person B als unterschiedlich wahrnimmt. Aber ich kenne keine Forschung, die darauf hindeutet, dass ein solcher Unterschied in einem bedeutenden Ausmaß besteht.

   Dies gilt nicht mehr, wenn wir Menschen mit anderen Tieren vergleichen. Hunde haben zum Beispiel nur einen 2-dimensionalen Farbraum; sie sind das, was man "Rot-Grün-Farbenblindheit" nennt, Rot und Grün sehen für uns völlig anders aus, sehen aber für sie gleich aus. Am anderen Ende des Spektrums haben einige Insekten Farbräume mit Hunderten von Dimensionen, die es ihnen ermöglichen, Unterscheidungen zu treffen, die wir uns nicht erhoffen konnten.

4. Um den Punkt weiter zu veranschaulichen und um nicht alle anderen Antworten mit hübschen Bildern hinter sich zu lassen, präsentiere ich Ihnen das CIE-Farbraumdiagramm: