Der Abney-Effekt beschreibt die wahrgenommene Farbtonverschiebung, die auftritt, wenn weißes Licht zu einer monochromatischen Lichtquelle hinzugefügt wird.

Die Zugabe von weißem Licht verursacht eine Entsättigung der monochromatischen Quelle, wie sie vom menschlichen Auge wahrgenommen wird. Ein weniger intuitiver Effekt des Weißlichtzusatzes, der vom menschlichen Auge wahrgenommen wird, ist jedoch die Änderung des scheinbaren Farbtons. Diese Farbtonverschiebung ist physiologischer Natur und nicht physikalisch.

Diese Farbtonvarianz als Ergebnis der Zugabe von weißem Licht wurde erstmals von dem englischen Chemiker und Physiker Sir William de Wiveleslie Abney im Jahr 1909 beschrieben, obwohl das Datum üblicherweise als 1910 angegeben wird. Eine weiße Lichtquelle wird durch die Kombination von Rot erzeugt Licht, blaues Licht und grünes Licht. Sir Abney demonstrierte, dass der Grund für die scheinbare Veränderung des Farbtons das rote Licht und das grüne Licht waren, aus denen diese Lichtquelle bestand, und die blaue Lichtkomponente des weißen Lichts hatte keinen Beitrag zum Abney-Effekt.

Farbdiagramme
Chromatizitätsdiagramme sind zweidimensionale Diagramme, die die Projektion des XYZ-Farbraums der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE) auf die (x, y) -Ebene aufzeichnen. Die X-, Y-, Z-Werte (oder Tristimulus-Werte) werden einfach als Gewichtungen zum Erzeugen neuer Farben aus den Primärfarben verwendet, ähnlich wie RGB zum Erzeugen von Farben aus Primärfarben in Fernsehgeräten oder Fotografien verwendet wird. Die X- und Y-Werte, die zur Erzeugung des Farbartdiagramms verwendet werden, werden aus den XYZ-Werten durch Dividieren von X und Y durch die Summe von X, Y, Z erzeugt. Die Farbwerte, die dann aufgetragen werden können, hängen von zwei Werten ab: dominante Wellenlänge und Sättigung . Da die Lichtenergie nicht enthalten ist, werden Farben, die sich nur in ihrer Helligkeit unterscheiden, im Diagramm nicht unterschieden. Zum Beispiel wird Braun, das nur eine Mischung aus Orange und Rot mit geringer Leuchtdichte ist, nicht als solches erscheinen.

Der Abney-Effekt kann auch in Farbdiagrammen dargestellt werden. Wenn man einem monochromatischen Licht weißes Licht hinzufügt, erhält man eine Gerade auf dem Chromatizitätsdiagramm. Wir können uns vorstellen, dass die Farben entlang einer solchen Linie alle den gleichen Farbton haben. In der Realität gilt dies nicht, und eine Farbtonverschiebung wird wahrgenommen. Wenn wir also Farben zeichnen, die denselben Farbton haben (und sich nur in der Reinheit unterscheiden), erhalten wir eine gekrümmte Linie.

In Chromatizitätsdiagrammen muss eine Linie, die einen konstanten wahrgenommenen Farbton aufweist, gekrümmt sein, so dass der Abney-Effekt berücksichtigt wird. Die Chromatizitätsdiagramme, die für den Abney-Effekt korrigiert wurden, sind daher ausgezeichnete Beispiele für die nicht-lineare [Klärung erforderlich] Natur des visuellen Systems. Außerdem verbietet der Abney-Effekt keine geraden Linien auf den Farbartdiagrammen. Man kann zwei monochromatische Lichter mischen und sieht keine Verschiebung des Farbtons, was darauf hindeutet, dass eine geradlinige Auftragung für die verschiedenen Mischungsniveaus in einem Chromatizitätsdiagramm angemessen wäre.

Physiologie
Das gegnerische Prozessmodell des visuellen Systems besteht aus zwei chromatischen neuralen Kanälen und einem achromatischen neuralen Kanal. Die chromatischen Kanäle bestehen aus einem rot-grünen Kanal und einem gelb-blauen Kanal und sind für Farbe und Wellenlänge verantwortlich. Der achromatische Kanal ist für die Luminanz- oder Weiß-Schwarz-Detektion verantwortlich. Farbton und Sättigung werden aufgrund unterschiedlicher Aktivität in diesen neuralen Kanälen wahrgenommen, die aus Axonwegen von retinalen Ganglienzellen bestehen. Diese drei Kanäle sind als Reaktion auf Farben eng an die Reaktionszeit gebunden. Der achromatische neurale Kanal hat unter den meisten Bedingungen eine schnellere Antwortzeit als die chromatischen neuralen Kanäle. Die Funktionen dieser Kanäle sind aufgabenabhängig. Einige Aktivitäten sind abhängig von dem einen oder dem anderen Kanal sowie von beiden Kanälen. Wenn ein farbiger Stimulus mit einem weißen Stimulus summiert wird, werden sowohl der chromatische als auch der achromatische Kanal aktiviert. Der achromatische Kanal wird eine etwas verlangsamte Reaktionszeit haben, da er sich an die unterschiedliche Leuchtdichte anpassen muss; Trotz dieser verzögerten Antwort ist die Geschwindigkeit der achromatischen Kanalantwortzeit jedoch immer noch schneller als die Ansprechgeschwindigkeit des chromatischen Kanals. Unter diesen Bedingungen summierter Stimuli ist die Amplitude des vom achromatischen Kanal emittierten Signals stärker als die des chromatischen Kanals. Die Kopplung einer schnelleren Reaktion mit einem Signal mit höherer Amplitude aus dem achromatischen Kanal bedeutet, dass die Reaktionszeit höchstwahrscheinlich von den Luminanz- und Sättigungspegeln der Stimuli abhängt.

Die üblichen Erklärungen für das Farbensehen erklären den Unterschied in der Farbtonwahrnehmung als Elementarempfindungen, die der Physiologie des Beobachters innewohnen. Jedoch waren keine spezifischen physiologischen Einschränkungen oder Theorien in der Lage, die Reaktion auf jeden einzelnen Farbton zu erklären. Zu diesem Zweck haben sich sowohl die spektrale Empfindlichkeit des Beobachters als auch die relative Anzahl der Konustypen bei der Wahrnehmung unterschiedlicher Farbtöne als nicht signifikant erwiesen. Vielleicht spielt die Umwelt eine größere Rolle bei der Wahrnehmung einzigartiger Farbtöne als die verschiedenen physiologischen Merkmale einzelner Individuen. Dies wird durch die Tatsache unterstützt, dass Farbbeurteilungen in Abhängigkeit von Unterschieden in der Farbumgebung über lange Zeiträume hinweg variieren können, aber dieselben chromatischen und achromatischen Beurteilungen werden konstant gehalten, wenn die Farbumgebung trotz Alterung und anderer individueller physiologischer Faktoren gleich ist die Netzhaut.

Farbmetrische Reinheit
Die Sättigung oder der Grad der Blässe einer Farbe steht in Zusammenhang mit der kolorimetrischen Reinheit. Die Gleichung für die kolorimetrische Reinheit ist: P = L / (Lw + L). In dieser Gleichung ist L gleich der Luminanz des Farblichtstimulus, Lw ist die Luminanz des Weißlichtimpulses, der mit dem Farblicht zu mischen ist. Die obige Gleichung ist ein Weg zur Quantifizierung der Menge an weißem Licht, die mit dem farbigen Licht gemischt ist. Im Fall einer reinen Spektralfarbe ohne hinzugefügtes weißes Licht ist L gleich Eins und Lw ist gleich Null. Dies bedeutet, dass die kolorimetrische Reinheit gleich Eins ist, und für jeden Fall, der die Zugabe von weißem Licht beinhaltet, wäre die kolorimetrische Reinheit oder der Wert von P weniger als eins. Die Reinheit eines spektralen Farbreizes kann durch Hinzufügen eines weißen, schwarzen oder grauen Stimulus verändert werden. Der Abney-Effekt beschreibt jedoch die Änderung der kolorimetrischen Reinheit durch die Zugabe von weißem Licht. Um den Effekt zu bestimmen, den eine Änderung der Reinheit auf den wahrgenommenen Farbton hat, ist es wichtig, dass die Reinheit die einzige Variable im Experiment ist; Leuchtdichte muss konstant gehalten werden.

Farbton-Diskriminierung
Der Ausdruck „Farbtonunterscheidung“ wird verwendet, um die Änderung der Wellenlänge zu beschreiben, die erhalten werden muss, damit das Auge eine Farbtonverschiebung erkennt. Ein Ausdruck λ + Δλ definiert die erforderliche Wellenlängeneinstellung, die stattfinden muss. Eine kleine Wellenlängenänderung (<2 nm) bewirkt, dass die meisten Spektralfarben einen anderen Farbton annehmen. Bei blauem Licht und rotem Licht muss jedoch eine viel größere Wellenlängenverschiebung auftreten, damit eine Person einen Farbtonunterschied erkennen kann. Geschichte Der Originalartikel, der den Abney-Effekt beschreibt, wurde im Dezember 1909 von Sir William de Wiveleslie Abney in Proceedings der Royal Society of London, Serie A, veröffentlicht. Er entschloss sich zu quantitativer Forschung, nachdem die visuellen Beobachtungen der Farbe nicht mit der dominanten übereinstimmten Farben, die photographisch erhalten werden, wenn Fluoreszenzmodelle verwendet werden. Eine Farbmeßvorrichtung, die üblicherweise in Experimenten der 1900er Jahre verwendet wurde, wurde in Verbindung mit teilweise versilberten Spiegeln verwendet, um einen Lichtstrahl in zwei Strahlen aufzuteilen. Dies führte zu zwei parallelen Lichtstrahlen mit der gleichen Intensität und Farbe. Die Lichtstrahlen wurden auf einen weißen Hintergrund projiziert und erzeugten Lichtflecken, die 1,25 Zoll (32 mm) Quadrate waren. Das weiße Licht wurde zu einem der Farbflecken hinzugefügt, der Fleck rechts. Ein Stab wurde in den Weg der zwei Strahlen eingeführt, so dass zwischen den farbigen Oberflächen kein Zwischenraum war. Eine zusätzliche Rute wurde verwendet, um einen Schatten zu erzeugen, wo das weiße Licht auf das Pflaster zerstreute, das keine Zugabe von weißem Licht erhalten sollte (das Pflaster auf der linken Seite). Die Menge an zugesetztem weißen Licht wurde als eine Hälfte der Leuchtkraft des gefärbten Lichts bestimmt. Die rote Lichtquelle hatte beispielsweise mehr weißes Licht als die gelbe Lichtquelle. Er begann, zwei rote Flecken zu verwenden, und tatsächlich führte die Hinzufügung von weißem Licht zu dem hellen Flecken auf der rechten Seite zu einem gelblicheren Ton als die reine rote Lichtquelle. Die gleichen Ergebnisse traten auf, wenn die experimentelle Lichtquelle orange war. Wenn die Lichtquelle grün war, führte die Zugabe von weißem Licht dazu, dass das Pflaster gelb-grün wurde. Als anschließend weißes Licht zu gelbgrünem Licht hinzugefügt wurde, erschien der Lichtfleck hauptsächlich gelb. In einer Mischung aus blau-grünem Licht (mit einem etwas höheren Anteil an Blau) mit weißem Licht schien das Blau einen rötlichen Farbton anzunehmen. Im Fall einer violetten Lichtquelle führte die Zugabe von weißem Licht dazu, dass das violette Licht einen blauen Farbton annahm. Sir Abney stellte die Hypothese auf, dass die resultierende Farbtonänderung auf das rote Licht und das grüne Licht zurückzuführen sei, die Bestandteile des weißen Lichts waren. Er dachte auch, dass das blaue Licht, das auch den weißen Lichtstrahl umfasst, ein vernachlässigbarer Faktor war, der keinen Einfluss auf die scheinbare Farbtonverschiebung hatte. Sir Abney war in der Lage, seine Hypothese experimentell zu beweisen, indem er seine experimentellen Werte der prozentualen Zusammensetzung und Helligkeiten von Rot-, Grün- und Blauempfindungen den berechneten Werten fast genau anpaßte. Er untersuchte die prozentuale Zusammensetzung und Leuchtkraft, die in den verschiedenen Spektralfarben sowie in der hinzugefügten Weißlichtquelle gefunden wurde. Eine neue Interpretation des Abney-Effekts Während die Nichtlinearität der neuronalen Farbcodierung, wie sie durch das klassische Verständnis des Abney-Effekts und dessen Verwendung von weißem Licht für bestimmte Wellenlängen des Lichts bewiesen wird, in der Vergangenheit gründlich untersucht wurde, wurde eine neue Methode von Forschern der Universität von Nevada. Anstatt dem monochromatischen Licht weißes Licht hinzuzufügen, wurde die Bandbreite des Spektrums variiert. Diese Variation der Bandbreite zielte direkt auf die drei Klassen von Kegelrezeptoren als ein Mittel zum Identifizieren jeglicher Farbtonverschiebungen, wie sie vom menschlichen Auge wahrgenommen werden. Das Gesamtziel der Forschung war zu bestimmen, ob das Aussehen der Farbe durch die Filterwirkung der spektralen Empfindlichkeit des Auges beeinflusst wurde. Experimente zeigten, dass die Kegelverhältnisse, die einen Farbton signalisierten, so eingestellt wurden, dass ein konstanter Farbton erzeugt wurde, der mit der zentralen Wellenlänge der Lichtquelle übereinstimmte. Außerdem zeigten die durchgeführten Experimente im Wesentlichen, dass der Abney-Effekt nicht für alle Änderungen der Lichtreinheit gilt, sondern sehr stark auf bestimmte Mittel zur Verringerung der Reinheit, nämlich die Zugabe von weißem Licht, beschränkt ist. Da die durchgeführten Experimente die Bandbreite des Lichts variierten, ein ähnliches, wenn auch unterschiedliches Mittel zur Veränderung der Reinheit und damit des Farbtons des monochromatischen Lichts, zeigte sich die Nichtlinearität der Ergebnisse anders als herkömmlicherweise gezeigt. Letztendlich kamen die Forscher zu dem Schluss, dass Variationen in der spektralen Bandbreite postrezeptive Mechanismen verursachen, um die Filtereffekte durch Konusempfindlichkeiten und präretinale Absorption zu kompensieren, und dass der Abney-Effekt auftritt, weil das Auge in gewisser Weise dazu gebracht wurde, eine Farbe zu sehen das würde natürlich nicht vorkommen und muss daher die Farbe annähern. Diese Näherung, um den Abney-Effekt zu kompensieren, ist eine direkte Funktion der Kegelanregungen, die bei einem Breitbandspektrum auftreten. Interessante Fakten Ein Patent für einen Farbdrucker, der den Abney-Effekt kompensieren soll, wurde 1995 veröffentlicht. Der Abney-Effekt muss bei der Gestaltung des Cockpits für moderne Kampfflugzeuge berücksichtigt werden. Die auf dem Bildschirm angezeigten Farben werden entsättigt, wenn weißes Licht auf den Bildschirm trifft. Daher werden besondere Überlegungen angestellt, um dem Abney-Effekt entgegenzuwirken. Es existiert eine breite Palette von Spektralfarben, die so hergestellt werden können, dass sie genau zu einer reinen Farbe passen, indem verschiedene Ebenen von weißem Licht hinzugefügt werden. Es bleibt unbekannt, ob der Abney-Effekt ein resultierendes Phänomen ist, das zufällig bei der Farbwahrnehmung auftritt, oder der Effekt spielt eine bewusste Funktion in der Art, wie das Auge für Farbe kodiert.