Warum die Farbunterscheidung je nach Farbgruppe variiert — MacAdam-Ellipsen und gleichabständige Farbräume
MacAdam-Ellipsen sind im Grünbereich groß, im Blaubereich klein. Warum die Größe erkennbarer Unterschiede in der Normfarbtafel von Farbe zu Farbe variiert und wie Farbräume entwickelt wurden, um das auszugleichen.
Wer den Test macht, merkt schnell: Manche Farbgruppen fallen leicht, andere auffallend schwer. Das liegt zum Teil an individuellen Unterschieden – doch seit den 1940er-Jahren ist experimentell belegt, dass das menschliche Farbunterscheidungsvermögen von Natur aus je nach Farbbereich verschieden ist.
MacAdam-Ellipsen
1942 wählte David MacAdam 25 Farben in der xy-Normfarbtafel der CIE 1931 aus und ließ eine Versuchsperson eine Vergleichsfarbe immer wieder so einstellen, dass sie der Referenzfarbe glich. Als er die Streuung dieser Einstellungen (Standardabweichung) in allen Richtungen maß, ergab sich jeweils eine Ellipse.
Das Erstaunliche: Größe und Ausrichtung der Ellipsen unterschieden sich von Farbe zu Farbe stark. Im Grünbereich der Normfarbtafel waren die Ellipsen sehr groß, im Blau-Violett-Bereich sehr klein. Bei gleichem xy-Abstand bemerkt man einen Unterschied nahe Blau also sofort, nahe Grün erst bei deutlich größerer Entfernung.
Die Ellipsen des ursprünglichen Experiments geben die Standardabweichung der Einstellungen wieder; der eben merkliche Unterschied (JND) ist um ein Mehrfaches größer – meist schätzt man etwa das Dreifache. Das Experiment beruhte zwar auf nur einer Versuchsperson, doch spätere Studien mit mehreren Beobachtern bestätigten dieselbe Tendenz.
Liegt es am Auge oder am Koordinatensystem?
Dass die MacAdam-Ellipsen so ungleich ausfallen, ist zur Hälfte ein Problem des Koordinatensystems. Die xy-Normfarbtafel dient der Beschreibung von Farbgleichheit, nicht als Landkarte für die Größe von Unterschieden. So wie Grönland auf Weltkarten größer erscheint, als es ist, bläht die xy-Normfarbtafel den Grünbereich auf.
Daher folgten Versuche, einen gleichabständigen Farbraum zu schaffen, in dem Abstand und empfundener Unterschied proportional sind. Ergebnisse davon sind CIE 1960 UCS, die u′v′-Farbtafel der CIE 1976 sowie CIELAB und CIELUV. In diesen Räumen werden die MacAdam-Ellipsen deutlich runder, aber nicht zu perfekten Kreisen. Die verbleibende Ungleichmäßigkeit korrigieren die Formeln CIE94 und CIEDE2000.
Warum auch mit CIEDE2000 Unterschiede bleiben
HueSense stellt alle Aufgaben nach CIEDE2000 ein – wäre die Formel perfekt, müssten die Trefferquoten aller Farbgruppen ähnlich sein. Dass dennoch Unterschiede auftreten, hat mehrere Gründe.
- Kleinfeld-Effekt: Die Experimente hinter CIEDE2000 wurden meist mit relativ großen Proben durchgeführt. Werden die Felder kleiner, sinkt vor allem die Unterscheidung in Blau-Gelb-Richtung (weil es in der Mitte des Gesichtsfelds kaum S-Zapfen gibt).
- Individuelle Unterschiede: Alterung der Linse, das Verhältnis der Zapfentypen und leichte Farbsinnvarianten verändern das Unterscheidungsvermögen in bestimmten Richtungen.
- Bildschirmunterschiede: Kann ein Bildschirm einen Farbbereich nicht richtig wiedergeben (zu kleiner Farbumfang) oder ist das Gamma verstellt, wirken Farbunterschiede in diesem Bereich kleiner oder größer.
- Helligkeitsunterschiede: Gelb ist eine helle Farbe und liegt im L*-Bereich, in dem wir für Helligkeitsunterschiede weniger empfindlich sind; unbunte Farben lassen sich nur über die Helligkeit unterscheiden.
Wenn eine Farbgruppe schwach abschneidet
Ist die Trefferquote einer Farbgruppe niedrig, prüfen Sie zuerst die Stichprobengröße. Haben Sie pro Farbgruppe nur wenige Aufgaben gelöst, kann es Zufall sein. Machen Sie besser mehrere Durchgänge und prüfen Sie, ob dieselbe Farbgruppe auch in der Gesamtquote niedrig bleibt.
Hält die Tendenz an, testen Sie auch auf einem anderen Gerät. Bleibt dieselbe Farbgruppe geräteübergreifend schwach, liegt es wahrscheinlich an Ihren Augen; ändert sich das Bild je nach Gerät, eher am Bildschirm. Haben Sie dauerhaft den Eindruck, im Rot-Grün-Bereich deutlich schwächer zu sein, bringt ein standardisierter Farbsehtest in einer augenärztlichen Praxis Gewissheit. Dieser Test ist kein Diagnoseinstrument.
Quellen
- MacAdam, D. L. (1942). Visual sensitivities to color differences in daylight. JOSA 32(5), 247–274
- CIE 15:2004 Colorimetry, 3rd edition — CIE 1976 UCS, CIELAB, CIELUV
- Luo, M. R., Cui, G., Rigg, B. (2001). Color Research & Application 26(5), 340–350