Farbwahrnehmung bei transparenten Substanzen

1. Farbwahrnehmung bei transparenten Substanzen Christian Dörre und Christian KaernbachKarl-Franzens-Universität Graz Wir danken Jürgen Golz und Rainer Mausfeld

2. Farbnennungen für Kernöl • Nennungen aus dem Gedächtnis • Multiple choice mit Fokalfarben nach E. Rosch (1978)

3. Farbnennungen für Kernöl • Multiple-choice „rötlich“/„grünlich“/„bläulich“/„gelblich“ • aus dem Gedächtnis • Untersuchung des Kernöls mit gestellten Hilfsmitteln

4. Was wissen wir über die Farbe? • Was also ist die Zeit? Wenn mich niemand danach fragt, weiß ich es;wenn ich es einem Fragenden erklären will, weiß ich es nicht.Augustinus, Confessiones. • Was also ist die Farbe? • Wenn mich niemand danach fragt, weiß ich es nicht. • Unsere Intuitionen über Farbe sind falsch!

5. Was fordern wir von einer Invarianten? • Eine Invariante zur Substanzerkennung sollte u.a. • beleuchtungsunabhängig sein • „Farbkonstanz“ bei opaken Objektenunter „gutartiger“ Beleuchtung • zeitstabil sein • Änderungen über die Zeit sollten Änderungen der Substanz anzeigen • ortsstabil sein • mengenunabhängig sein • Bei transparenten Substanzen sindHelligkeit und Sättigung nicht unabhängig von der Schichtdicke.Ist der Farbton mengenunabhängig?

6. Helligkeit E2 Sättigung E1 Zwei monochromatische Rezeptoren • Gegeben seien zwei Rezeptortypen, die jeweils für genau eine Wellenlänge empfindlich sind. • E1 wird von der Substanz um den Faktor  pro Millimeter geschwächt, E2 um den Faktor . • E1 und E2 sind Potenzfunktionen der Schichtdicke , z.B. E1  . • E2 ist eine Potenzfunktion von E1.Mit der Schichtdicke verändert sich Helligkeit und Sättigung.

7. Helligkeit E3 Sättigung Farbton E1+ E2 B M C R G Y Drei monochromatische Rezeptoren • Gegeben seien drei Rezeptortypen, die jeweils für genau eine Wellenlänge empfindlich sind. • E1 wird von der Substanz um den Faktor  pro Millimeter geschwächt, E2 um den Faktor , E3 um . • E1, E2 und E3 sind Potenzfunktionen der Schichtdicke , z.B. E1  . • E2 ist eine Potenzfunktion von E1.E3 ist eine Potenzfunktion von E1. Mit der Schichtdicke verändert sich Helligkeit, Sättigung und Farbton(innerhalb eines Sextanten).

8. Empfindlichkeit der Rezeptoren Breitbandige Rezeptoren • Gegeben seien drei Rezeptortypen, die für verschiedene (überlappende) Wellenlängenbereiche empfindlich sind. Stockman, A. , MacLeod, D.I.A., Johnson, N.E. (1993). Spectral sensitivities of the human cones, J. Opt. Soc. Am. A, 10, 2491-2521. Golz, J., MacLeod, D. I. A. (2003). Colorimetry for CRT displays. J. Opt. Soc. Am. A, 20, 769-781.http://www.psychologie.uni-kiel.de/golz/publications/2003a/LMS.html

9. homogen inhomogen 25% 50% 25% 25% 12,5% 25% Mitteln über inhomogene Filter homogen 10% 1% 0,1%

10. Kernöl ist ein inhomogenes Filter • Bei transparenten Substanzen hängt das Absorptionsspektrum E/E0 von der Schichtdicke ab: • Die TransmissionE/E0 ist potenzförmig abhängig von der Schichtdicke: E()/E0()  (). • Die Extinktion  log(E/E0) ist proportional der Schichtdicke :log(E()/E0()) = c · () ·  Absorptionsspektrum von Kernöl, unverdünnt, Schichtdicke 1 0,5 0,25... mm

11. S Empfindlichkeit der Rezeptoren L M Der isoluminante Farbraum: l und s • Die Luminanz hängt nur von L+M ab. • Der isoluminante Farbraum kann beschrieben werden durch l = L/(L+M) und s = S/(L+M)

12. S Empfindlichkeit der Rezeptoren L M Der isoluminante Farbraum: l und s

13. S Empfindlichkeit der Rezeptoren L M Die Farbe des Kernöls • Der Farbton von Kernöl hängt von der Schichtdicke ab: • dünne Schichten sehen grün aus, • dicke Schichten sehen rot aus. Absorptionsspektrum von Kernöl, unverdünnt, Schichtdicke 1mm Dicke L+M 0.3 mm 10–1 0.9 mm 10–2 3.5 mm 10–3 10 mm 10–4

14. Spaziergänge durch den Farbraum Absorptionsspektrum von Chlorophyll A1 g/l, Schichtdicke 1 mm Dicke L+M 1,5 mm 10–1 3,2 mm 10–2 5,2 mm 10–3 7,8 mm 10–4 12 mm 10–5 20 mm 10–6 29 mm 10–7 Absorptionsspektrum von Chlorophyll B1 g/l, Schichtdicke 1 mm Dicke L+M 1,5 mm 10–1 4,7 mm 10–2 46 mm 10–3

15. Fazit • Farbe eignet sich nur bedingt als Substanzinvariante • Bei vielen opaken Substanzen unter gutartiger Beleuchtung ist die wahrgenommene Farbe relativ unabhängig von der Beleuchtung, der Menge, der Zeit, dem Ort, ... • Bei transparenten Substanzen hängen Helligkeit, Sättigung und Farbton von der Schichtdicke ab. • weitere Gegenbeispiele • Schillern (Samt), Irisieren (Perlmutt), Glanz, ...: Abhängigkeit vom Blickwinkel • Opaleszenz (verdünnte Milch, Absinth): Unterschied Durch-/Draufsicht • ... • Substanzinvariante Farbe+™ ? • Helligkeit, Sättigung, Farbton, Schillern, Glanz, Irisieren, Transparenz, Schichtdickenabhängigkeit, Opaleszenz, ... • Wie irreführend ist der Begriff „Invariante“? • Interaktion Wahrnehmung/Handlung • Die physikalistische Falle ist verführerisch, solange das Farbperzept als eindeutig & statisch, und Farbwahrnehmung als passiv angenommen wird.