Beschreibung und Ordnung von Farben, Farbmetrik, Farbmodelle

Abb.: Vom Lichtspektrum zum Farbeindruck (von unten nach oben)

Der Rezeptorfarbraum ist wegen der drei Zapfentypen ein 3-dimensionaler Raum und beschreibt alle möglichen Erregungskombinationen der Rezeptoren.
Geht man davon aus, dass jeder Zapfentyp relative Erregungswerte zwischen 0 und 1 annehmen kann (0 = keine Erregung, 1 = maximale Erregung), so kann man sich den Rezeptorraum als Würfel mit der Kantenlänge 1 vorstellen, in dem jedem Punkt ein Farbton entspricht. Das ist jedoch nur die ideale Vorstellung, wenn die drei Rezeptoren unabhängig wären. Tatsächlich entsprechen aber wegen der Überschneidung der Absorptionskurven nicht alle Punkte des Würfels einem Farbton. Es gibt z.B. keine Möglichkeit einen der drei Zapfen allein zu reizen. Somit beschreiben z.B. die Punkte auf den Achsen keine Farbtöne.

Abb.: Idealer Rezeptorfarbraum

Wenn die relative Erregung der einzelnen Zapfentypen gleich groß ist, dann sehen wir weiße oder graue Farbflächen bzw. weißes Licht in unterschiedlicher Intensität .
Die Weißlinie besteht aus den Punkten, für die alle drei Koordinaten gleich sind und beschreibt somit alle weißen und grauen Farbtöne. Am Punkt (0|0|0) werden keine Zapfen erregt und das entspricht einem Schwarz (= Abwesentheit von Licht). In Richtung des Punktes (1|1|1) werden die Grautöne zunehmend heller bzw. die Intensität des weißen Lichts nimmt zu.
Auf der eingezeichneten grauen Dreiecksfläche liegen alle Punkte mit gleicher Summe der relativen Erregungswerte. D.h. die Dreiecksfläche enthält alle Kombinationen (= Farbtöne), die bei gleichbleibender Gesamterregung der Zapfen (= Helligkeit, Luminanz) möglich sind.

Abb: Tatsächlicher Rezeptorfarbraum

Die Spektrallinie auf dem grauen Dreieck ergibt sich aus den relativen Rezeptorerregungen für jede isolierte Wellenlänge des Spektrums und beschreibt somit den Verlauf der Spektralfarben bei gleichbleibender Gesamterregung der Zapfen. Der Verlauf der Linie ergibt sich aus den Absorptionskurven der Zapfen: Im kurzwelligen Bereich (ab 380 nm) werden die S-Zapfen am stärksten angeregt. Daher sind die S-Koordinaten hier am größten. Im mittelwelligen Bereich nehmen die M- und L-Koordinaten zu, wobei die M-Koordinaten größer sind. Im langwelligen Bereich (bis 650 nm) verläuft die Kurve Richtung L-Achse. Die M-Koordinaten nehmen ab und der Anteil der S-Koordinaten ist gleich null.
Verbindet man die Endpunkte der Spektrallinie so erhält man die Purpurlinie, auf der die rotblauen Farbtöne liegen, die nicht im Spektrum vorkommen.
Verbindet man nun den Ursprung 0|0|0 mit allen Punkten der Spektral- und Purpurlinie und verlängert diese Linien darüber hinaus, so ergibt sich ein Kegel mit ungefähr dreieckigem Querschnitt, der den tatsächlichen Rezeptorfarbraum beschreibt. D.h. jeder Punkt innerhalb des Kegels (und des Würfels) entspricht einer wahrnehmbaren Farbe.
Entlang eines Strahls ändert sich nur die Helligkeit einer Farbe, nicht aber das Verhältnis der relativen Erregungswerte.

Abb.: Beispiel für ein Dreieck, wie es oben beschrieben wurde. Entnommen aus http://handprint.com/HP/WCL/color1.html
Je nach den zu Grunde liegenden Annahmen differieren die Abbildungen in der Literatur. In diesem Fall wurden ein 10°-Bereich um die Sehgrube angenommen und die unterschiedliche Häufigkeit der Zapfentypen in diesem Bereich berücksichtigt. Deshalb liegt der Weißpunkt bei L=6 3% | M= 31% | S= 6%, was genau dem Verhältnis der Zapfentypen in der 10°-Zone entspricht.