Licht

Licht brauchen wir zum Sehen. Evolutionär sind wir an das Licht der Sonne gewöhnt. Mittags im Sommer, wenn die Einflüsse der Atmosphäre kaum eine Rolle spielen, erleben wir die reinste Form des Sonnenlichts. Das empfinden wir als weißes Licht.

Die Sonne ist für unser Auge ein sogenannter thermischer Strahler. Das bedeutet, atomare oder molekulare Resonanzeffekte spielen kaum eine Rolle. Wir erhalten eine kontinuierliche Verteilung der verschiedenen Farben, die wir als weiß empfinden. Diese Verteilung ist aber nicht absolut gleichmäßig, sondern eine Kurve mit einem Maximum. Bei welcher Lichtfarbe bzw. Frequenz das Maximum liegt, hängt von der Temperatur des thermischen Strahlers ab.

Hier haben wir nun eine kleine Merkwürdigkeit: Wir assoziieren rötliche Farben mit warm und bläuliche mit kalt. Auf der Skala der thermischen Strahler ist rot aber mit etwa 2000K eine eher niedrige Temperatur und die sichtbare Oberfläche der Sonne mit etwa 6000K wirkt deutlich kälter.

Dieser Widerspruch entsteht daraus, dass ein thermischer Strahler mit 2000K einen hohen Anteil seiner Gesamtleistung als Wärme abstrahlt. Eine Kerze oder ein Lagerfeuer haben etwa diese Temperatur. Das können wir nicht sehen, aber es fühlt sich eben warm an. Andererseits gibt ein Strahler mit 6000K absolut betrachtet viel mehr Leistung als Wärme ab. Wir müssen uns also merken, dass die Temperatur eines thermischen Strahlers der Intuition etwas entgegenläuft.

Treffen zwei Lichtquellen unterschiedlicher Farbtemperatur aufeinander, so wird unser Auge das meist ausgleichen. Wir nehmen vielleicht den Übergang zwischen warmem und kaltem Licht etwas wahr, aber es stört meistens nicht. Anders dagegen, wenn wir an so einem Übergang ein Foto machen. Der Übergang ist je nach Weißabgleich als Rotstich oder Blaustich auf einer der beiden Seiten zu sehen und sieht irgendwie “falsch” aus. Das lässt sich nachträglich kaum kompensieren. Bei Aufnahmen sollte man also auf die gleiche Farbtemperatur bei der Beleuchtung achten.

Früher hat man Licht überwiegend mit thermischen Strahlern in Glühlampen erzeugt. Wie schon gesagt, entsteht dabei auch viel Wärme, die meistens nicht gewünscht ist. Eine höhere Temperatur würde hier helfen, geht aber wieder auf die Lebensdauer der Lampe. Das lässt sich wieder etwas kompensieren durch spezielle Füllgase wie die Halogene. Aber so richtig effizient wird das nie.

Heute benutzt man resonante Strahler, um Licht zu erzeugen. Das waren zuerst die Quecksilberlampen mit Leuchtstoffen und sind heute meist LED. Einerseits ist das erheblich effizienter, hat aber den Nachteil, dass das Spektrum nicht mehr automatisch kontinuierlich ist. Das führt zu Farbverfälschungen. Wir sind also interessiert daran, dass technischer Aufwand getrieben wird, sodass das Licht dem der thermischen Strahler ähnlich ist. Dieser Aufwand wird im Color Reproduction Index CRI angegeben. Eine Lampe mit einem hohen CRI lässt Farben also natürlich erscheinen, so wie wir das vom Sonnenlicht gewohnt sind, während eine mit einem niedrigen CRI die Farben verfälscht. Besonders krass wird das, wenn die Farben selbst auch durch Spektrallinien erzeugt werden. Das kann so extrem sein, dass ein beleuchtetes Objekt schwarz erscheint, also scheinbar gar keine Farbe hat.

Ein anderer Aspekt bei den Farben ist die Art, wie unser Auge diese aufnimmt. Wir haben drei Farbrezeptoren für Rot, Grün und Blau. Bei diesen Farben liegt aber nur das Maximum der Empfindlichkeit. Die Farbbereiche überlappen sich. Einerseits bedeutet das, dass wir das ganze Spektrum farbig sehen können. Allerdings beschränkt das die Reinheit, mit der wir die Farben unterscheiden können. Unser Auge ist also die Referenz dafür, wie unterscheidbar Farben sein sollen. Man kann sich die Farben als dreidimensionaler Farbraum vorstellen mit den Koordinaten Rot, Grün und Blau. Betrachten wir die Helligkeit als Summe der drei Farben als konstant, so können wir das auf einen zweidimensionalen Raum reduzieren und erhalten ein Dreieck für den Fall von mathematisch perfekt trennbaren Farben. Die Farbauflösung unserer Augen ist ein abgerundeter nierenförmiger Bereich in diesem Farbdreieck. Es gibt nun verschiedene als Standard definierte Farbräume, zu denen man dann Prozentwerte angeben kann, wie gut sie erfüllt werden. Diese Angabe findet man bei Druckern und Bildschirmen.

TODO

• Zeitliche Kontinuität
• Stroboskop-Effekt