Bernhard PiazziBernhard Piazzi

27.03.200727.03.2007

Didaktik der PhysikDidaktik der Physik

SS 2007SS 2007

„Farbe ist diejenige Gesichtsempfindung eines dem Auge strukturlos erscheinenden Teiles des Gesichtsfeldes, durch die sich dieser Teil, bei einäugiger Beobachtung mit unbewegtem Auge, von einem gleichzeitig gesehenen, ebenfalls strukturlosen angrenzenden Bezirk allein unterscheiden kann.“

Definition nach DIN 6164

Definition:

Aha? Was soll das heißen?Aha? Was soll das heißen?

•Farbe ist eine Eigenschaft von Objekten

•Farbeindruck eines Gegenstandes entsteht im Gehirn des Beobachters

•Farbe ist etwas relatives(zeit-, ort-, gemütsabhängig)

ÜbersichtÜbersicht

•Was passiert am Objekt?

•Was passiert im Auge?

•3-Komponenten-Theorie

•Farbmischung

•Farbkoordinatensysteme

•Farbmetrik

Was passiert am Objekt?Was passiert am Objekt?

Lichtfarben: Das Licht trifft direkt auf die Netzhaut des Betrachters.

Durchsichtfarben: Das Licht wird durch einen transparenten Körper gefiltert.

Körperfarben: Das Licht wird von einem Körper reflektiert.

Fluoreszierende Farben werden bei der Bestrahlung selbst zum Leuchten angeregt und addieren zum reflektierten Strahlungsanteil zusätzlich den Anteil der spektralen Eigenstrahlung.

LichtfarbenLichtfarben

Beispiele:

Plasmafernseher

„klassischer“ Fernseher

Körperfarben Körperfarben (Aufsichtsfarben)(Aufsichtsfarben)

Weißes Sonnenlicht (polychromatisch)trifft auf die Körperoberfläche

Ein Teil des Sonnenlichtes wird (wellenlängenabhängig) an der Körperoberfläche reflektiert.

Fluoreszierende StoffeFluoreszierende Stoffe

Fluoreszierende Farbstoffe:

• Uranin (giftig-radioaktiv)

• Rhodamin (gelbgrün bis orangerot)

• Fluorescein

Was passiert im Auge?Was passiert im Auge?

• Netzhaut besteht aus

S-Zapfen ...besonders empfindlich für short waves

M-Zapfen ...besonders empfindlich für medium waves

L-Zapfen ...besonders empfindlich für long waves

• Stäbchen unterstützen das Helligkeitssehen bei der Dämmerung und in der Nacht

Sensitivitätsbereiche der Sensitivitätsbereiche der ZäpfchenZäpfchen

Empfindlichkeit der Zäpfchen inAbhängigkeit der Wellenlänge

Blauanteil des SpektrumsBlauanteil des Spektrums

bb

m …Gesamtintensität der Strahlung

mb …Mass für die Erregungsstärke des Blauzapfens

Die Erregungsstärke für den blauenAnteil entspricht der Fläche unter ∑b.

Berechnung der Berechnung der ErregungswerteErregungswerte

l()

()

1,5

1,0

0,5

00

()

s()

m()

1,5

1,0

0,5

0

()

Qs = ∫ () ∙ s() d400

800

Qm = ∫ () ∙ m() d400

800

Ql = ∫ () ∙ l() d400

800

Qs, Qm und Ql sind dabei die Erregungswerte der verschiedenen Zäpfchentypen

Welche Spektren kann eine Welche Spektren kann eine Zäpfchenart unterscheiden?Zäpfchenart unterscheiden?

unterscheidbare Spektren nicht unterscheidbare Spektren

Farben gleicher Farben gleicher ErregungswerteErregungswerte•Zwei Farben erscheinen gleich, wenn

Ql=Ql‘ Qm=Qm‘ Qs=Qs‘

•Die Farbe einer Natriumlampe kann zum Beispiel am Bildschirm nachempfunden werden (erscheint uns gleich). Die beiden Farben (Spektren) sind jedoch physikalisch verschieden.

Problem: Wie kann ich künstlich Farben duplizieren?Problem: Wie kann ich künstlich Farben duplizieren?

Idee: Mischen wie bei Wasserfarben!

1 Farbe: Erhalte alle Farben zwischen dieser Farbe und Weiß (transparent)

2 Farben: Erhalte alle Farben zwischen diesen beiden und Weiß

3 Farben angeordnet im Dreieck:

3 Komponententheorie (Hermann von Helmholtz):„Aus farbigem Licht dreier Primärfarben kann man jede beliebige andere Farbe mischen.“

Dies ist jedoch falsch!!! Man kann nur die Farben innerhalb des Dreiecks mischen!!!Mischbare Farben sind von den gewählten Primärfarben abhängig.

CIECIENormfarbtafelNormfarbtafel

• Mischung aus drei theoretischen Farben XYZ

• Normiert: x+y+z=1

• Eindeutig bis auf Helligkeit

Additive FarbmischungAdditive Farbmischung

•Farben addieren sich:Intensität nimmt zu

•Spektrum wird erweitert

•Vereinigung von Lichtquellen

RGB-FarbraumRGB-Farbraum

•2563=16777216 Farben

•Nicht alle Farben darstellbar (keine Negativen Werte möglich)

•Monitore, LCDs, TFTs und Fernseher

sRGB vs. Adobe-RGBsRGB vs. Adobe-RGB

Rot: [0.6400, 0.3300]Grün: [0.3000, 0.6000]Blau: [0.1500, 0.0600]

Multiplikative FarbmischungMultiplikative Farbmischung

• auch subtraktiv

• Filter „subtrahieren“ bestimmtes Spektrum

• Filter lassen nur Schnittmenge durch

• Pigmente auf Papier:nur bestimmte Farben werden reflektiert

CMYK-FarbmodellCMYK-Farbmodell

•Angabe in Prozent

•Schwarz: starker Kontrast Schrift

•Tintenstrahldrucker, Siebdruck

BeispielBeispiel

Umrechnung RGB - CMYUmrechnung RGB - CMY

• Werte in Prozent:Werte in Prozent:

Rot Rot = 100 – Cyan= 100 – CyanGrün Grün = 100 – Magenta= 100 – MagentaBlauBlau= 100 – Gelb= 100 – Gelb

•Farbumrechner

FarbmetrikFarbmetrik

• Industriestandard

• Annahme: gleiche Farbreize erzeugen gleiche Farbempfindungen

• Messen der Farbe mittels Spektralphotometer

• Ermitteln der Wertebezüglich absolut-weißin Prozent

• Optischer Fingerabdruck

FarbwirkungFarbwirkung

Das gleiche Grün wirkt auf verschiedenem Hintergrund anders.