Farbe ist das Merkmal der menschlichen visuellen Wahrnehmung, die durch Farbkategorien mit Namen wie Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau oder Violett beschrieben wird. Diese Farbwahrnehmung beruht auf der Stimulation von Zapfenzellen im menschlichen Auge durch elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektrum. Farbkategorien und physikalische Farbspezifikationen werden Objekten durch die Wellenlänge des Lichts zugeordnet, das von ihnen reflektiert wird. Diese Reflexion wird durch die physikalischen Eigenschaften des Objekts wie Lichtabsorption, Emissionsspektren usw. bestimmt.

Durch die Definition eines Farbraums können Farben numerisch durch Koordinaten identifiziert werden. Der RGB-Farbraum ist beispielsweise ein Farbraum, der der menschlichen Trichromie entspricht, und den drei Kegelzelltypen, die auf drei Lichtbänder reagieren: lange Wellenlängen, Spitzenwerte nahe 564-580 nm (rot); mittlere Wellenlänge, Peaking nahe 534-545 nm (grün); und kurzwelliges Licht, nahe 420-440 nm (blau). Es kann auch mehr als drei Farbdimensionen in anderen Farbräumen geben, beispielsweise im CMYK-Farbmodell, wobei eine der Dimensionen sich auf die Farbigkeit einer Farbe bezieht.

Auch die Photoempfänglichkeit der „Augen“ anderer Spezies variiert erheblich von der des Menschen und führt zu entsprechend unterschiedlichen Farbwahrnehmungen, die nicht ohne weiteres miteinander verglichen werden können. Honigbienen und Hummeln zum Beispiel haben eine trichromatische Farbsicht, die gegenüber Ultraviolett empfindlich ist, aber gegenüber Rot unempfindlich ist. Papilio-Schmetterlinge besitzen sechs Arten von Photorezeptoren und können eine pentachromatische Sicht haben. Das komplexeste Farbsichtsystem im Tierreich wurde in Stomatopoden (wie der Mantis-Shrimps) mit bis zu 12 spektralen Rezeptortypen gefunden, von denen angenommen wird, dass sie als multiple dichromatische Einheiten arbeiten.

Die Wissenschaft der Farbe wird manchmal Chromatik, Kolorimetrie oder einfach Farbwissenschaft genannt. Es umfasst das Studium der Wahrnehmung von Farbe durch das menschliche Auge und Gehirn, die Entstehung von Farbe in Materialien, die Farbtheorie in der Kunst und die Physik der elektromagnetischen Strahlung im sichtbaren Bereich (das heißt, was allgemein einfach als Licht bezeichnet wird) ).

Physik der Farbe

Elektromagnetische Strahlung ist durch ihre Wellenlänge (oder Frequenz) und ihre Intensität gekennzeichnet. Wenn die Wellenlänge innerhalb des sichtbaren Spektrums liegt (der Wellenlängenbereich, den Menschen wahrnehmen können, ungefähr von 390 nm bis 700 nm), wird sie als „sichtbares Licht“ bezeichnet.

Die meisten Lichtquellen emittieren Licht bei vielen verschiedenen Wellenlängen; Das Spektrum einer Quelle ist eine Verteilung, die ihre Intensität bei jeder Wellenlänge angibt. Obwohl das Spektrum des Lichts, das aus einer gegebenen Richtung am Auge ankommt, die Farbempfindung in dieser Richtung bestimmt, gibt es viel mehr mögliche spektrale Kombinationen als Farbempfindungen. Tatsächlich kann man eine Farbe formal als eine Klasse von Spektren definieren, die zu der gleichen Farbempfindung führen, obwohl solche Klassen bei verschiedenen Arten und in geringerem Maße bei Individuen innerhalb derselben Spezies stark variieren würden. In jeder dieser Klassen heißen die Mitglieder Metamer der betreffenden Farbe.

Spektralfarben
Die bekannten Farben des Regenbogens im Spektrum – benannt nach dem lateinischen Wort für Erscheinung oder Erscheinung von Isaac Newton 1671 – umfassen all jene Farben, die durch sichtbares Licht einer einzigen Wellenlänge erzeugt werden können, die reinen spektralen oder monochromatischen Farben. Die Tabelle rechts zeigt ungefähre Frequenzen (in Terahertz) und Wellenlängen (in Nanometern) für verschiedene reine Spektralfarben. Die aufgelisteten Wellenlängen sind in Luft oder Vakuum gemessen (siehe Brechungsindex).

Die Farbtabelle sollte nicht als definitive Liste interpretiert werden – die reinen Spektralfarben bilden ein kontinuierliches Spektrum, und wie sie linguistisch in verschiedene Farben unterteilt ist, ist eine Frage der Kultur und der historischen Kontingenz (obwohl Menschen überall Farbwahrnehmungen wahrgenommen haben) gleicher Weg). Eine gemeinsame Liste identifiziert sechs Hauptbänder: rot, orange, gelb, grün, blau und violett. Newton Die Konzeption umfasste eine siebte Farbe, Indigo, zwischen Blau und Violett. Es ist möglich, dass was Newton Blau ist näher an dem, was heute als Cyan bekannt ist, und dass Indigo einfach das Dunkelblau des Indigo-Farbstoffs war, der zu der Zeit importiert wurde.

Die Intensität einer Spektralfarbe, relativ zum Kontext, in dem sie betrachtet wird, kann ihre Wahrnehmung erheblich verändern; Zum Beispiel ist eine geringe Intensität orange-gelb braun, und eine geringe Intensität gelb-grün ist olivgrün.

Farbe von Objekten
Die Farbe eines Objekts hängt sowohl von der Physik des Objekts in seiner Umgebung als auch von den Eigenschaften des wahrnehmenden Auges und Gehirns ab. Physikalisch kann gesagt werden, dass Objekte die Farbe des Lichts haben, das ihre Oberflächen verlässt, was normalerweise von dem Spektrum der einfallenden Beleuchtung und den Reflexionseigenschaften der Oberfläche sowie möglicherweise von den Beleuchtungs- und Beobachtungswinkeln abhängt. Einige Objekte reflektieren nicht nur Licht, sondern übertragen auch Licht oder emittieren selbst Licht, was ebenfalls zur Farbe beiträgt. Die Wahrnehmung der Objektfarbe durch den Betrachter hängt nicht nur vom Spektrum des aus seiner Oberfläche austretenden Lichts ab, sondern auch von einer Fülle kontextueller Hinweise, so dass Farbunterschiede zwischen Objekten meist unabhängig vom Beleuchtungsspektrum, Betrachtungswinkel etc. erkennbar sind. Dieser Effekt wird als Farbkonstanz bezeichnet.

Einige Verallgemeinerungen der Physik können gezogen werden, wobei die Wahrnehmungseffekte zunächst vernachlässigt werden:

Licht, das an einer opaken Oberfläche ankommt, wird entweder „spiegelnd“ (dh in der Art eines Spiegels) reflektiert, gestreut (dh mit diffuser Streuung reflektiert) oder absorbiert – oder eine Kombination davon.
Undurchsichtige Objekte, die nicht spiegelnd sind (die dazu neigen, raue Oberflächen zu haben), haben ihre Farbe durch die Wellenlängen des Lichts bestimmt, die sie stark streuen (wobei das Licht, das nicht gestreut wird, absorbiert wird). Wenn Objekte alle Wellenlängen mit ungefähr gleicher Stärke streuen, erscheinen sie weiß. Wenn sie alle Wellenlängen absorbieren, erscheinen sie schwarz.
Undurchsichtige Objekte, die spiegelbildlich Licht unterschiedlicher Wellenlängen mit unterschiedlichen Wirkungsgraden reflektieren, sehen wie Spiegel aus, die mit durch diese Unterschiede bestimmten Farben getönt sind. Ein Objekt, das einen Teil des auftreffenden Lichts reflektiert und den Rest absorbiert, kann schwarz aussehen, aber auch schwach reflektierend sein; Beispiele sind schwarze Objekte, die mit Schichten aus Emaille oder Lack überzogen sind.
Objekte, die Licht durchlassen, sind entweder durchscheinend (das durchgelassene Licht streuend) oder durchlässig (das durchgelassene Licht wird nicht gestreut). Wenn sie auch Licht unterschiedlicher Wellenlängen unterschiedlich absorbieren (oder reflektieren), erscheinen sie mit einer Farbe getönt, die durch die Art dieser Absorption (oder dieses Reflexionsvermögen) bestimmt ist.
Objekte können Licht emittieren, das sie aufgrund von angeregten Elektronen erzeugen, anstatt nur Licht zu reflektieren oder zu übertragen. Die Elektronen können infolge erhöhter Temperatur (Weißglut) infolge von chemischen Reaktionen (Chemolumineszenz), nach Absorption von Licht anderer Frequenzen („Fluoreszenz“ oder „Phosphoreszenz“) oder aufgrund von elektrischen Kontakten wie bei Leuchtdioden oder anderen angeregt werden Lichtquellen.
Zusammengefasst ist die Farbe eines Objekts ein komplexes Ergebnis seiner Oberflächeneigenschaften, seiner Transmissionseigenschaften und seiner Emissionseigenschaften, die alle zu der Mischung von Wellenlängen in dem Licht beitragen, das die Oberfläche des Objekts verlässt. Die wahrgenommene Farbe wird dann weiter durch die Art der Umgebungsbeleuchtung und durch die Farbeigenschaften anderer Objekte in der Nähe und durch andere Eigenschaften des wahrnehmenden Auges und Gehirns beeinflusst.

Wahrnehmung

Entwicklung von Theorien des Farbensehens

Obwohl Aristoteles und andere antike Wissenschaftler bereits über das Wesen von Licht und Farbsehen geschrieben hatten, war es erst Newton Dieses Licht wurde als Quelle der Farbempfindung identifiziert. 1810 veröffentlichte Goethe seine umfassende Farbenlehre, in der er der Farbe physiologische Wirkungen zuschrieb, die heute als psychologisch verstanden werden.

1801 schlug Thomas Young seine trichromatische Theorie vor, basierend auf der Beobachtung, dass jede Farbe mit einer Kombination von drei Lichtern in Einklang gebracht werden könnte. Diese Theorie wurde später von James Clerk Maxwell und Hermann von Helmholtz verfeinert. Wie Helmholtz es ausdrückt, „die Prinzipien von Newton Das Gesetz der Vermischung wurde 1856 experimentell von Maxwell bestätigt. Youngs Theorie der Farbempfindungen blieb, wie so vieles andere, was dieser wunderbare Forscher im Vorfeld seiner Zeit erreichte, unbemerkt, bis Maxwell darauf aufmerksam wurde. “

Zeitgleich mit Helmholtz entwickelte Ewald Hering die gegnerische Prozesstheorie der Farbe und stellte fest, dass Farbenblindheit und Nachbilder typischerweise in gegensätzlichen Paaren (rot-grün, blau-orange, gelb-violett und schwarz-weiß) vorkommen. Letztendlich wurden diese beiden Theorien 1957 von Hurvich und Jameson synthetisiert, die zeigten, dass die retinale Verarbeitung der trichromatischen Theorie entspricht, während die Verarbeitung auf der Ebene des lateralen geniculaten Kerns der gegnerischen Theorie entspricht.

Im Jahr 1931 entwickelte eine internationale Expertengruppe, die so genannte Commission internationale de l’éclairage (CIE), ein mathematisches Farbmodell, das den Raum der beobachtbaren Farben abbildete und jedem einen Satz von drei Zahlen zuordnete.

Farbe im Auge
Die Fähigkeit des menschlichen Auges, Farben zu unterscheiden, beruht auf der unterschiedlichen Empfindlichkeit verschiedener Zellen in der Retina gegenüber Licht unterschiedlicher Wellenlängen. Menschen sind trichromatisch – die Netzhaut enthält drei Arten von Farbrezeptorzellen oder Zapfen. Ein Typ, der sich von den anderen beiden relativ unterscheidet, spricht am besten auf Licht an, das als blau oder blau-violett mit Wellenlängen um 450 nm wahrgenommen wird; Kegel dieses Typs werden manchmal kurzwellige Kegel, S-Kegel oder blaue Kegel genannt. Die anderen beiden Arten sind genetisch und chemisch eng verwandt: Mittelwellenkegel, M-Zapfen oder grüne Zapfen sind am empfindlichsten für das als grün wahrgenommene Licht mit Wellenlängen um 540 nm, während die langwelligen Zapfen, L-Zapfen oder roten Zapfen , werden am empfindlichsten für Licht als grünlich gelb wahrgenommen, mit Wellenlängen um 570 nm.

Licht, egal wie komplex seine Zusammensetzung von Wellenlängen ist, wird durch das Auge auf drei Farbkomponenten reduziert. Jeder Kegeltyp entspricht dem Prinzip der Univarianz, dh die Leistung jedes Konus wird durch die Lichtmenge bestimmt, die über alle Wellenlängen auf ihn fällt. Für jeden Ort im Gesichtsfeld ergeben die drei Arten von Kegeln drei Signale basierend auf dem Ausmaß, in dem jede davon stimuliert wird. Diese Mengen an Stimulation werden manchmal als Tristimulus-Werte bezeichnet.

Die Antwortkurve als eine Funktion der Wellenlänge variiert für jede Art von Kegel. Da sich die Kurven überlappen, treten für keine ankommende Lichtkombination einige Farbwerte auf. Zum Beispiel ist es nicht möglich, nur die Mittelwellenkegel (sogenannte „grüne“) zu stimulieren; die anderen Zapfen werden unvermeidlich gleichzeitig stimuliert. Die Menge aller möglichen Farbwerte bestimmt den menschlichen Farbraum. Es wurde geschätzt, dass Menschen ungefähr 10 Millionen verschiedene Farben unterscheiden können.

Die andere Art von lichtempfindlicher Zelle im Auge, der Stab, hat eine andere Antwortkurve. In normalen Situationen, wenn das Licht hell genug ist, um die Zapfen stark zu stimulieren, spielen Stäbchen praktisch keine Rolle in der Sicht. Bei schwachem Licht dagegen werden die Zapfen nicht stimuliert, so dass nur das Signal der Stäbchen zurückbleibt, was zu einer farblosen Reaktion führt. (Darüber hinaus sind die Stäbchen im „roten“ Bereich kaum lichtempfindlich.) Bei bestimmten Bedingungen der Zwischenbeleuchtung können die Stabantwort und eine schwache Konusantwort zusammen zu Farbunterschieden führen, die nicht allein durch Konusreaktionen erklärt werden. Diese kombinierten Effekte werden auch in der Kruithof-Kurve zusammengefasst, die die Veränderung der Farbwahrnehmung und der Helligkeit des Lichts als Funktion von Temperatur und Intensität beschreibt.

Farbe im Gehirn
Der visuelle dorsale Strom (grün) und der ventrale Strom (lila) werden gezeigt. Der ventrale Strom ist für die Farbwahrnehmung verantwortlich.
Während die Mechanismen des Farbsehens auf der Ebene der Netzhaut in Bezug auf Farbwerte gut beschrieben sind, ist die Farbverarbeitung nach diesem Punkt anders organisiert. Eine dominante Theorie der Farbwahrnehmung schlägt vor, dass Farbinformationen aus dem Auge durch drei gegensätzliche Prozesse oder Gegenkanal übertragen werden, die jeweils aus dem rohen Ausgang der Kegel aufgebaut sind: ein rot-grüner Kanal, ein blau-gelber Kanal und ein Schwarz -weißer „Luminanz“ -Kanal Diese Theorie wurde von der Neurobiologie unterstützt und erklärt die Struktur unserer subjektiven Farbwahrnehmung. Insbesondere erklärt es, warum Menschen kein „rötliches Grün“ oder „gelbliches Blau“ wahrnehmen können, und sie sagt das Farbrad voraus: Es ist die Sammlung von Farben, für die mindestens einer der beiden Farbkanäle einen Wert an einem seiner Extremwerte misst .

Die genaue Natur der Farbwahrnehmung über die bereits beschriebene Verarbeitung hinaus, und zwar der Status der Farbe als ein Merkmal der wahrgenommenen Welt oder vielmehr als ein Merkmal unserer Wahrnehmung der Welt – eine Art von Qualia – ist eine komplexe und philosophische Angelegenheit Streit.

Nichtstandardmäßige Farbwahrnehmung

Farbmangel
Wenn eine oder mehrere Arten von Farbmesskegeln einer Person fehlen oder weniger gut reagieren als normal auf einfallendes Licht, kann diese Person weniger Farben unterscheiden und wird als farbdefizit oder farbenblind bezeichnet (obwohl dieser letztere Begriff irreführend sein kann; fast alle) Farbmängel können zumindest einige Farben unterscheiden). Einige Arten von Farbmangel werden durch Anomalien in der Anzahl oder Beschaffenheit der Zapfen in der Netzhaut verursacht. Andere (wie zentrale oder kortikale Achromatopsie) werden durch neuronale Anomalien in jenen Teilen des Gehirns verursacht, in denen visuelle Verarbeitung stattfindet.

Tetrachromie
Während die meisten Menschen trichromatisch sind (mit drei Arten von Farbrezeptoren), haben viele Tiere, die als Tetrachromate bekannt sind, vier Arten. Dazu gehören einige Arten von Spinnen, die meisten Beuteltiere, Vögel, Reptilien und viele Fischarten. Andere Arten sind nur für zwei Farbachsen empfindlich oder nehmen gar keine Farbe wahr; diese werden als Dichromate bzw. Monochromate bezeichnet. Man unterscheidet zwischen retinaler Tetrachromie (mit vier Pigmenten in Kegelzellen in der Retina, verglichen mit drei in Trichromaten) und funktioneller Tetrachromie (mit der Fähigkeit, auf der Grundlage dieser Netzhautdifferenz verbesserte Farbunterschiede zu erzielen). Sogar die Hälfte aller Frauen sind Retinal-Tetrachromate.:p.256 Das Phänomen tritt auf, wenn ein Individuum zwei leicht unterschiedliche Kopien des Gens entweder für die mittel- oder langwelligen Zapfen, die auf dem X-Chromosom getragen werden, erhält. Um zwei verschiedene Gene zu haben, muss eine Person zwei X-Chromosomen haben, weshalb das Phänomen nur bei Frauen auftritt. Es gibt einen wissenschaftlichen Bericht, der die Existenz eines funktionellen Tetrachromats bestätigt.

Synästhesie
Bei bestimmten Formen der Synästhesie / Ideästhesie führt das Wahrnehmen von Buchstaben und Zahlen (Graphem-Farben-Synästhesie) oder das Hören von Musiktönen (Musik-Farben-Synästhesie) zu den ungewöhnlichen zusätzlichen Erfahrungen beim Sehen von Farben. Verhaltens- und funktionelle Neuroimaging-Experimente haben gezeigt, dass diese Farberfahrungen zu veränderten Verhaltensaufgaben führen und zu einer verstärkten Aktivierung von Gehirnregionen führen, die an der Farbwahrnehmung beteiligt sind, was ihre Realität und Ähnlichkeit mit echten Farbwahrnehmungen demonstriert, obwohl sie durch eine nicht standardisierte Route hervorgerufen werden .

Nachbilder
Nach Belichtung mit starkem Licht in ihrem Empfindlichkeitsbereich werden Photorezeptoren eines gegebenen Typs desensibilisiert. Für einige Sekunden, nachdem das Licht aufhört, werden sie weiterhin weniger stark signalisieren, als sie es sonst tun würden. Farben, die während dieser Zeit beobachtet werden, scheinen die von den desensibilisierten Photorezeptoren detektierte Farbkomponente zu fehlen. Dieser Effekt ist für das Phänomen der Nachbilder verantwortlich, bei denen das Auge nach dem Wegschauen weiterhin eine helle Figur sehen kann, jedoch in einer Komplementärfarbe.

Nachbilder wurden auch von Künstlern wie Vincent van Gogh verwendet.

Farbkonstanz
Wenn ein Künstler eine begrenzte Farbpalette verwendet, kompensiert das Auge dies, indem er eine graue oder neutrale Farbe als Farbe erkennt, die im Farbrad fehlt. Zum Beispiel wird in einer begrenzten Palette, die aus Rot, Gelb, Schwarz und Weiß besteht, eine Mischung aus Gelb und Schwarz als eine Vielzahl von Grün erscheinen, eine Mischung aus Rot und Schwarz wird als eine Vielzahl von Purpur und reines Grau erscheinen erscheinen bläulich.

Die trichromatische Theorie ist streng zutreffend, wenn das visuelle System in einem festen Anpassungszustand ist. In Wirklichkeit passt sich das visuelle System ständig den Veränderungen in der Umgebung an und vergleicht die verschiedenen Farben in einer Szene, um die Auswirkungen der Beleuchtung zu reduzieren. Wenn eine Szene mit einem Licht und dann mit einem anderen beleuchtet wird, erscheinen die Farben in der Szene für uns relativ konstant, solange der Unterschied zwischen den Lichtquellen in einem vernünftigen Bereich bleibt. Dies wurde in den 1970er Jahren von Edwin Land untersucht und führte zu seiner Retinex-Theorie der Farbkonstanz.

Beide Phänomene lassen sich leicht erklären und mathematisch mit modernen Theorien der chromatischen Adaption und der Farbdarstellung modellieren (zB CIECAM02, iCAM). Es ist nicht notwendig, die trichromatische Theorie des Sehens zu verwerfen, sondern sie kann vielmehr durch ein Verständnis dafür ergänzt werden, wie sich das visuelle System an Veränderungen in der Betrachtungsumgebung anpasst.

Farbbenennung
Die Farben variieren auf verschiedene Arten, einschließlich Farbton (Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett), Sättigung, Helligkeit und Glanz. Einige Farbwörter werden aus dem Namen eines Objekts dieser Farbe abgeleitet, wie „Orange“ oder „Lachs“, während andere abstrakt sind, wie „rot“.

In der 1969 erschienenen Studie Basic Color Terms: Universalität und Evolution beschreiben Brent Berlin und Paul Kay ein Muster bei der Benennung von „Grundfarben“ (wie „rot“, aber nicht „rot-orange“ oder „dunkelrot“ oder „blutrot“). welche sind „Schattierungen“ von Rot). Alle Sprachen, die zwei „grundlegende“ Farbnamen haben, unterscheiden dunkle / kühle Farben von hellen / warmen Farben. Die nächsten zu unterscheidenden Farben sind normalerweise rot und dann gelb oder grün. Alle Sprachen mit sechs Grundfarben sind schwarz, weiß, rot, grün, blau und gelb. Das Muster hält bis zu einem Satz von zwölf: schwarz, grau, weiß, pink, rot, orange, gelb, grün, blau, lila, braun und azurblau (nicht in Russisch und Italienisch blau, aber nicht Englisch).

Verbände
Individuelle Farben haben eine Vielzahl von kulturellen Assoziationen wie Nationalfarben (im Allgemeinen in einzelnen Farbartikeln und Farbsymbolik beschrieben). Das Gebiet der Farbpsychologie versucht, die Auswirkungen von Farbe auf die menschliche Emotion und Aktivität zu identifizieren. Die Farbtherapie ist eine Form der alternativen Medizin, die verschiedenen östlichen Traditionen zugeschrieben wird. Farben haben unterschiedliche Assoziationen in verschiedenen Ländern und Kulturen.

Verschiedene Farben haben Auswirkungen auf die Wahrnehmung gezeigt. Zum Beispiel, Forscher an der Universität von Linz im Österreich zeigte, dass die Farbe Rot die kognitiven Funktionen bei Männern signifikant verringert.

Spektralfarben und Farbwiedergabe

Das Farbraum-Farbdiagramm CIE 1931. Die äußere gekrümmte Grenze ist der spektrale (oder monochromatische) Ort, wobei Wellenlängen in Nanometern gezeigt sind. Die abgebildeten Farben hängen vom Farbraum des Geräts ab, auf dem Sie das Bild betrachten, und sind daher möglicherweise keine streng genaue Darstellung der Farbe an einer bestimmten Position und insbesondere nicht für monochromatische Farben.
Die meisten Lichtquellen sind Mischungen verschiedener Wellenlängen des Lichts. Viele solcher Quellen können immer noch eine spektrale Farbe erzeugen, da das Auge sie nicht von Quellen mit einer einzigen Wellenlänge unterscheiden kann. Zum Beispiel reproduzieren die meisten Computeranzeigen die Spektralfarbe Orange als eine Kombination von rotem und grünem Licht; es erscheint orange, weil Rot und Grün in den richtigen Proportionen gemischt sind, damit die Zapfen des Auges so reagieren können, wie sie es tun, mit der Spektralfarbe Orange.

Ein nützliches Konzept zum Verständnis der wahrgenommenen Farbe einer nicht-monochromatischen Lichtquelle ist die dominierende Wellenlänge, die die einzelne Wellenlänge des Lichts identifiziert, die eine der Lichtquelle am ähnlichste Empfindung erzeugt. Die dominierende Wellenlänge entspricht in etwa dem Farbton.

Es gibt viele Farbwahrnehmungen, die definitionsgemäß keine reinen Spektralfarben aufgrund von Entsättigung sein können, oder weil sie Purpurfarben sind (Mischungen von rotem und violettem Licht von entgegengesetzten Enden des Spektrums). Einige Beispiele für notwendigerweise nicht-spektrale Farben sind die achromatischen Farben (schwarz, grau und weiß) und Farben wie Pink, Tan und Magenta.

Zwei verschiedene Lichtspektren, die die gleiche Wirkung auf die drei Farbrezeptoren im menschlichen Auge haben, werden als die gleiche Farbe wahrgenommen. Sie sind Metamer dieser Farbe. Dies wird durch das von Leuchtstofflampen emittierte weiße Licht veranschaulicht, das typischerweise ein Spektrum von einigen schmalen Bändern aufweist, während das Tageslicht ein kontinuierliches Spektrum aufweist. Das menschliche Auge kann den Unterschied zwischen solchen Lichtspektren nicht einfach durch den Blick in die Lichtquelle feststellen, obwohl reflektierte Farben von Objekten anders aussehen können. (Dies wird oft ausgenutzt, um beispielsweise Früchte oder Tomaten intensiver rot aussehen zu lassen.)

In ähnlicher Weise können die meisten menschlichen Farbwahrnehmungen durch eine Mischung von drei Farben erzeugt werden, die als Primärfarben bezeichnet werden. Dies wird verwendet, um Farbszenen in Fotografie, Druck, Fernsehen und anderen Medien zu reproduzieren. Es gibt eine Anzahl von Methoden oder Farbräumen zum Spezifizieren einer Farbe in Bezug auf drei bestimmte Primärfarben. Jede Methode hat ihre Vor- und Nachteile, abhängig von der jeweiligen Anwendung.

Jedoch kann keine Mischung von Farben eine Antwort erzeugen, die mit der einer Spektralfarbe wirklich identisch ist, obwohl man sich annähern kann, insbesondere für die längeren Wellenlängen, wo das CIE 1931-Farbraum-Chromatizitätsdiagramm eine nahezu gerade Kante hat. Zum Beispiel erzeugt das Mischen von grünem Licht (530 nm) und blauem Licht (460 nm) Cyan-Licht, das leicht entsättigt ist, da die Reaktion des roten Farbrezeptors für das grüne und blaue Licht in der Mischung größer wäre als für a reines Cyanlicht bei 485 nm, das die gleiche Intensität hat wie die Mischung aus Blau und Grün.

Aus diesem Grund und weil die Primärfarben in Farbdrucksystemen im allgemeinen selbst nicht rein sind, sind die reproduzierten Farben niemals perfekt gesättigte Spektralfarben, und so können Spektralfarben nicht genau angepaßt werden. Naturszenen enthalten jedoch selten vollständig gesättigte Farben, daher können solche Szenen in der Regel durch diese Systeme gut angenähert werden. Die Farbpalette, die mit einem gegebenen Farbwiedergabesystem reproduziert werden kann, wird als Farbskala bezeichnet. Das CIE-Farbartdiagramm kann verwendet werden, um den Farbraum zu beschreiben.

Ein anderes Problem mit Farbwiedergabesystemen ist mit den Erfassungsvorrichtungen wie Kameras oder Scannern verbunden. Die Eigenschaften der Farbsensoren in den Geräten sind oft sehr weit von den Eigenschaften der Rezeptoren im menschlichen Auge entfernt. Tatsächlich kann die Erfassung von Farben relativ schlecht sein, wenn sie spezielle, oft sehr „zackige“ Spektren aufweisen, die beispielsweise durch eine ungewöhnliche Beleuchtung der fotografierten Szene verursacht werden. Ein Farbreproduktionssystem, das auf einen Menschen mit normaler Farbsicht „abgestimmt“ ist, kann für andere Beobachter sehr ungenaue Ergebnisse liefern.

Die unterschiedliche Farbreaktion verschiedener Geräte kann problematisch sein, wenn sie nicht ordnungsgemäß verwaltet wird. Für Farbinformationen, die in digitaler Form gespeichert und übertragen werden, können Farbmanagementtechniken, wie beispielsweise diejenigen, die auf ICC-Profilen basieren, dazu beitragen, Verzerrungen der reproduzierten Farben zu vermeiden. Das Farbmanagement umgeht die Gamut-Beschränkungen bestimmter Ausgabegeräte nicht, kann aber dabei helfen, eine gute Abbildung von Eingabefarben in den darstellbaren Gamut zu finden.

Additive Färbung
Additivfarbe ist Licht, das durch Mischen von Licht aus zwei oder mehr verschiedenen Farben erzeugt wird. Rot, Grün und Blau sind die additiven Primärfarben, die normalerweise in additiven Farbsystemen wie Projektoren und Computerterminals verwendet werden.

Subtraktive Färbung
Subtraktives Färben verwendet Farbstoffe, Tinten, Pigmente oder Filter, um einige Wellenlängen des Lichts und nicht andere zu absorbieren. Die Farbe, die eine Oberfläche anzeigt, kommt von den Teilen des sichtbaren Spektrums, die nicht absorbiert werden und daher sichtbar bleiben. Ohne Pigmente oder Farbstoffe bestehen Gewebefasern, Farbträger und Papier normalerweise aus Partikeln, die weißes Licht (alle Farben) gut in alle Richtungen streuen. Wenn ein Pigment oder eine Tinte hinzugefügt wird, werden Wellenlängen von weißem Licht absorbiert oder „subtrahiert“, so dass Licht einer anderen Farbe das Auge erreicht.

Wenn das Licht keine reine weiße Quelle ist (bei fast allen Arten von künstlichem Licht), erscheint das resultierende Spektrum in einer etwas anderen Farbe. Rote Farbe, unter blauem Licht betrachtet, kann schwarz erscheinen. Rote Farbe ist rot, weil sie nur die roten Komponenten des Spektrums streut. Wenn rote Farbe durch blaues Licht beleuchtet wird, wird sie von der roten Farbe absorbiert, was die Erscheinung eines schwarzen Objekts erzeugt.

Strukturelle Farbe
Strukturfarben sind Farben, die durch Interferenzeffekte und nicht durch Pigmente verursacht werden. Farbeffekte werden erzeugt, wenn ein Material mit feinen parallelen Linien eingekerbt wird, die aus einer oder mehreren parallelen dünnen Schichten gebildet sind oder anderweitig aus Mikrostrukturen auf der Skala der Wellenlänge der Farbe bestehen. Wenn die Mikrostrukturen zufällig beabstandet sind, wird Licht mit kürzeren Wellenlängen bevorzugt gestreut, um Tyndall-Effektfarben zu erzeugen: das Blau des Himmels (Rayleigh-Streuung, verursacht durch Strukturen viel kleiner als die Wellenlänge von Licht, in diesem Fall Luftmoleküle), der Glanz von Opalen und das Blau der menschlichen Iris. Wenn die Mikrostrukturen in Arrays ausgerichtet sind, zum Beispiel die Anordnung von Pits in einer CD, verhalten sie sich wie ein Beugungsgitter: Das Gitter reflektiert verschiedene Wellenlängen in verschiedenen Richtungen aufgrund von Interferenzerscheinungen, wobei es gemischtes „weißes“ Licht in Licht verschiedener Wellenlängen trennt. Wenn die Struktur eine oder mehrere dünne Schichten aufweist, reflektiert sie einige Wellenlängen und überträgt andere, abhängig von der Dicke der Schichten.

Die Strukturfarbe wird auf dem Gebiet der Dünnfilmoptik untersucht. Ein Laienbegriff, der vor allem die am meisten geordneten oder die am stärksten veränderlichen Strukturfarben beschreibt, ist das Schillern. Strukturelle Farbe ist verantwortlich für das Blau und Grün der Federn vieler Vögel (der Blauhäher, zum Beispiel), sowie bestimmte Schmetterlingsflügel und Käfermuscheln. Variationen im Musterabstand führen oft zu einem irisierenden Effekt, wie er bei Pfauenfedern, Seifenblasen, Ölfilmen und Perlmutt zu beobachten ist, da die reflektierte Farbe vom Betrachtungswinkel abhängt. Zahlreiche Wissenschaftler haben in Schmetterlingsflügeln und Käfermuscheln geforscht, darunter Isaac Newton und Robert Hooke. Seit 1942 wird die Elektronenmikrographie verwendet, um die Entwicklung von Produkten, die strukturelle Farben ausnutzen, wie „photonische“ Kosmetik, voranzutreiben.