Das Auge ist ein Sinnesorgan zur Wahrnehmung von Licht, Farbe, räumlicher Entfernung und der Bewegung und Goethe stellt dazu treffend fest: "Licht hat das Auge erschaffen als ein Organ, um sich selbst wahrzunehmen."

Die Sonne sendet uns ein Strahlengemisch aus den Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett. Wir empfinden diesen Mix des sichtbaren Lichts als gleichmäßige Mischung, die ein neutrales weißes Licht ergibt. Keine dieser einzelnen Regenbogenfarben färbt das Sonnenlicht, sondern die Summe dieser Farbenmischung ist unsere "Farbe" Weiß.

Das Sinnesepithel ist die Netzhaut (Retina) und besteht aus 10 Schichten. Die innere Schicht bildet das eigentliche Sehnervenende. Die Schicht, die der Aderhaut am nächsten liegt, besteht aus nebeneinander gelagerten Zapfen und Stäbchen - die eigentlichen lichtempfindlichen Elemente. Durch die Linse und den Glaskörper trifft der Strahl auf die Stäbchen und Zapfen.

Die Stäbchen- und Zapfenzellen wandeln einzelne Lichtquanten in entsprechend starke elektrische Spannungsimpulse um, die über die Nerven an das Gehirn weitergeleitet werden.

Die an die Netzhaut gelangenden Lichtquanten werden als Sehreize analysiert, verstärkt oder abgeschwächt und im Zusammenhang mit vorhandenen Informationen auch aus anderen Sinnesorganen wie dem Gleichgewichtssinn und dem Gehör verarbeitet. Dadurch sind wir in der Lage, optische Informationen hinsichtlich ihrer Farbe, der Intensität, der Form, der Bewegung, ihrer Entfernung und Plastizität wahrzunehmen. Zusätzlich werden zahlreiche Reflexe gesteuert, wie die Verengung der Pupille bei starkem Lichteinfall oder auch das reflexartige Schließen der Lider bei rascher Annäherung eines Objekts.

Das beidäugige (binokulare) Sehen wird wesentlich dadurch gestützt, dass die Reizung der Netzhautpunkte des einen Auges zugleich identische Netzhautpunkte des anderen Auges in Aktion setzt. Dadurch wirkt sich der blinde Fleck im Sehen nicht aus, da es für ihn korrespondierende und sehfähige Punkte auf der anderen Netzhaut gibt. Stäbchen und Zapfen unterscheiden sich nach Form und Verbindung der Zellen mit den Nervenästen des Sehnervs und dienen zur Helligkeits- bzw. Farbenwahrnehmung.

Farben sind Empfindungen, die die Lebensumständen verbessern und Überlebensvorteile schaffen können. Farben ist damit ein wichtiger Teil des Leben auf der Erde.

Für die drei Grundfarbbereiche existieren beim Menschen drei verschiedene Rezeptoren, die Zapfen, die bei guter Beleuchtung das prachtvolle Farbsehen erlauben. Diese Zapfen sind unterschiedlich sensibel für verschiedene Farben. Dazu kommen noch die Rezeptoren für Helligkeiten, die Stäbchen. Aus diesen vier Informationen werden alle Farben rekonstruiert.

Normal farbentüchtige Menschen und die meisten übrigen Primaten empfinden zahlreiche Farben beim Betrachten ihrer Umwelt. Ihre Farbwelt umfasst eine ungeheure Dimension.

Das menschliche Auge kann das ankommende Licht nicht in seine spektralen Komponenten zerlegen. Daher kann ein und dieselbe Farbempfindung durch unterschiedliche Mischungsverhältnisse verschiedener Farben entstehen. Beispielsweise enthält eine Mischung aus rotem und grünem Licht keinerlei Wellen mit der Wellenlänge des rein gelben Lichtes. Dennoch erscheinen bestimmte Rot-Grün-Mischungen dem menschlichen Auge bei geeignetem Intensitätsverhältnis der Wellen als eindeutig gelb.

Auf eine physikalische Größe gebracht werden die Wellenlängen elektromagnetischer Wellen beim Menschen zwischen 400 und 700 nm (Nanometer = 10^-9 Meter) als Farbe empfunden.

Durch die besondere Fähigkeit des Farbsehens nehmen die Primaten nicht nur durch ihre Intelligenz, ihrer dreidimensionalen Raumvorstellungen und den Gebrauch ihrer Hände, sondern auch durch ihr reiches Farbempfinden eine Sonderstellung unter den Säugetieren ein.

Alle Arten von Säugetieren, abgesehen von den Primaten, haben kein besonders ausgeprägtes Farbsehen. Damit Lebewesen Farbnuancen im Tageslicht überhaupt wahrnehmen können, benötigen sie mindestens zwei Arten von Licht-Rezeptoren - eine für kurzwelliges (S) und eine für langwelliges (L) Licht.

Das Farbempfinden der niedrigen Säugetiere ist relativ schwach ausgebildet, neben weiß, grau und schwarz empfinden sie nur noch ein einziges artspezifisches Farbenpaar.

Hasen, Rehe, Hirsche, Ratten, Hunde und Katzen sind gewissermaßen rotgrünblind, da sie nur über zwei verschiedene Zapfen für die Farberkennung verfügen. All diese Viecher können daher auch unbewegte Objekte nur schlecht wahrnehmen.

Durch die fehlende Rotwahrnehmung kann das Wild weder die herbstliche Färbung des Laubes ausreichend wahrnehmen, noch die sie jagenden "Rotröcke". Jäger in roter Jagdkleidung heben sich zwar für Menschen vom grünen Unterholz deutlich ab, nicht aber für das Rotwild. Ähnlich kann der Stier das Blutrot der Muletta in der Stierkampfarena nicht wirklich wahrnehmen, sondern nur die Bewegung des Tuches.

Die meisten Säugetiere sehen nur gedeckte Farben die von einem richtigen Braun über Graubraun bis zu einem dreckigen Gelb gehen. Sie können zwar zwischen Grautönen und Bunttönen unterscheiden, das Bunte aber nicht eigentlich mehrfärbig empfinden. Dadurch entsteht eine relativ einfach Farbwelt. Dabei sehen sie langwelliges Licht (braun bis gelb) eindeutig besser und "bunter" als kurzwelliges (grün, blau und violett).

Vögel, Brachiatoren, Insekten und Fische bewegen sich frei in den drei Dimensionen des Raumes. Daher sind diese Arten viel mehr als andere Tiere, die nur am Boden leben, durch ihre dreidimensionale Fortbewegung und Geschwindigkeit auf präzise optische Informationen angewiesen. Das Farbsehen ist nur eine dieser dafür vorteilhaften Eigenschaften.

Der Mensch hat das Farbsehen von den Brachiatoren behalten, seinen schwing-hangelnen Vorfahren, die sich mit hoher Geschwindigkeit in Baumkronen fortbewegt haben. Farbsehen war für diese Primaten überlebenswichtig, um sich im dreidimensionalen Raum sicher zwischen Ästen und Laub herumschwingen zu können.

Primaten, Vögel, Fische und  viele Arten von Insekten empfinden mehr als ein einziges Farbenpaar und leben daher in einer komplexen Farbwelt. Als besonders farbenprächtig unter den Primaten gilt der Mandrill, unter den Vögeln sind es die Papageien, aber auch Buntfischen und Schmetterlinge besitzen eine überragende Farbenpracht.

Die ausgesprochen bunte Farbgebung dieser Tiergattungen könnte sich kaum weitervererben, wenn der Farbensinn dieser Spezies so arm wäre, wie derjenige von Ratten.

Hinsichtlich des Farbsehens gibt es zwischen den verschiedenen Tiergattungen deutliche Unterschiede und Spezialisierungen. So können Vögel zusätzlich zu dem für Menschen sichtbaren Farbenspektrum auch ultraviolettes Licht über 800 nm noch einwandfrei wahrnehmen. Amseln - für uns einfach schwarz - sind für ihre Artgenossen ausgesprochen bunt, da ihr Gefieder in unterschiedlichen UV-Farben leuchtet.

Es gibt demnach keine schwarzen Vögel, sondern es handelt sich um Gefiederfarben die der Mensch ebenso wenig wahrnehmen kann wie gewöhnlich Säugetiere die Grün- und Blautöne.

Licht hat aber außer seiner Wellenlänge noch zusätzliche Eigenschaften, zum Beispiel kann es linear oder zirkular polarisiert sein.

Wenn Sonnenlicht auf die Erdatmosphäre trifft, wird es teilweise linear polarisiert. Das Himmelslicht aus der Richtung der Sonne weist eine andere Polarisation auf als das Himmelslicht das nicht direkt von der Sonne kommt.

Die Augen und Gehirne der Säugetiere sind jedoch nicht in der Lage, Licht unterschiedlicher Polarisation in unterschiedliche Empfindungen umzusetzen - im Gegensatz dazu etwa können Bienen diese Polarisierung erkennen und wissen daher, in welchem Winkel zur Sonne sie fliegen. Man kann aber diese Licht-Phänomene mit einer polarisierenden Brille überprüfen.

Das menschliche Auge vermag den Farbton, also die Wellenlänge des sichtbaren Lichts (mit einer Wellenlänge zwischen 400 und 800 nm) in geeigneter Weise zu codieren und eine entsprechende Empfindung hervorzurufen. Es gibt aber auch "unsichtbares Licht", deren kürzeren Wellenlängen bezeichnet man als ultraviolett, die längeren als infrarot.

Erfasst wird die Farbe im Auge durch die Lichtzellen der Netzhaut (Retina), die Stäbchen und Zapfen. Diese drei Elemente sprechen in unterschiedlicher Weise auf farbiges Licht an.

Die optimale Lichtempfindlichkeit für die Stäbchen liegt bei einer Wellenlänge von 510-520 nm. Die optimale Wellenlänge für Zapfen ist unterschiedlich, je nach Farbe, durch diese Zapfen ist vor allem die Farbempfindungen gegeben. Für blaues Licht ist das Optimum 420 nm, für grünes 534 nm und für rotes 564 nm.

Die menschliche Retina enthält drei Zapfentypen mit unterschiedlichen Frequenzbändern bzw. Farbempfindungen:
L-Typ  (long)       lange Wellenlänge um 564 nm
M-Typ (middle) mittlere Wellenlänge um 534 nm
S-Typ  (short)     kurze Wellenlänge um 420 nm

Die Farbe eines Objektes wird durch die Zusammensetzung der Wellenlängen des Lichts, die Oberflächeneigenschaften und die Farbe des Hintergrundes bestimmt. Diese biologische Eigenschaft wird im RGB-Farbmodell nachgebildet. Farbe ist eine Empfindungsgröße, nicht das Licht oder der Spektralbereich sind farbig, sondern die Verarbeitung im unserem visuellen System erzeugt den Eindruck Farbe.

Für das Farbsehen gibt es zwei Theorien, die Dreifarbentheorie und die Vierfarbentheorie.

Die Dreifarbentheorie von Young und von Helmholtz geht von drei verschiedene Arten von Rezeptoren in der Netzhaut aus, von denen jede auf eine der drei Primärfarben Blau, Grün, Rot reagiert. Die übrigen Farbreize entstehen nach dieser Theorie durch additive Mischung der Primärfarbreize.

Nach ihm müsste es drei Grundfarben geben, die noch gesättigter sind als diejenigen des Spektrums - sie lägen demnach außerhalb des Farbenhufeisens (siehe CIE-Farbmodell). Jedes spektralreine Licht, das auf die Netzhaut fällt, regt mindestens zwei der drei Farbrezeptortypen an und kann daher keinen äußerer Lichtreiz der Farbwirkung eines einzigen Rezeptors bewirken.

Diese Erregungs- und Hemmprozesse lassen sich nicht an den Zapfen, aber an den nachgeschalteten Neuronen der Retina beobachten.

Maler, Drucker und technisch Mediendesigner nutzen nun diese Eigenschaft der Augen und bauen die Farbinformation aus nur wenigen Grundfarben zusammen. Mit diesen drei oder vier reinen Farben lässt sich aber nicht jede sichtbare Farbe darstellen.

Die meisten Bildverarbeitungssysteme benutzen zwei Modelle zur Farbmischung der Ausschnitte aus dem Farbraum. Das eine nennt sich RGB-Modell und benutzt die additive Farbmischung und wird bei Monitoren verwendet. Das andere ist  das CMY-Modell, es benutzt subtraktive Farbmischung und findet bei Druckern und beim Film Anwendung.

Diese beide Farbräume des RGB- und CMY-Modells sind unterschiedliche Ausschnitte aus dem Bereich des sichtbaren Lichts. Diese beiden Farbräume sind außerdem nicht deckungsgleich. Jede Umwandlung zwischen den beiden Farbräumen verschlechtert also immer das Ergebnis und stellt einen Verlust an Farbinformation dar.

Sonnenlicht besteht aus einem Gemisch von Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen. Licht mit kurzer Wellenlänge, wird von unserem Sehsinn als blau wahrgenommen, Licht mit langer Wellenlänge, wird als Rot. Die dazwischen liegende Wellenlängen werden als Grün und Gelb wahrgenommen. Man kann diese Lichtbestandteile unterschiedlicher Wellenlänge aus dem weißen Sonnenlicht mit einem Prisma auftrennen - jeder Regenbogen macht das genau so.

Aus der Mischung von Rot und Blau ergibt sich Magenta. Aus Rot und Grün ergibt sich Gelb. Grün und Blau gemischt ergibt Cyan.

Beim RGB Modell wird eine Farbe durch ihre Anteile an den drei Grundfarben ermischt. Jede Farbe hat also einen Rotwert, einen Grünwert und einen Blauwert.

Weiß ist die additive Mischung aus intensivem Rot, intensivem Grün und intensivem Blau. Schwarz dagegen ist die gleichzeitige Abwesenheit der drei Grundfarben, die dann keinerlei Intensität haben.

Die sinnvolle Auswahl verschiedener Farben kann man mit dem Methoden der Farbmetrik unterstützen.

Die Bildschirmauflösung und beträgt meist 72dpi. Doch die tatsächlichen Dots per Inch hängen natürlich von tatsächlicher Bildschirmdiagonale und Auflösung ab.

Bei Grafikkarten ist es üblich, die Helligkeitsstufen der  Grundfarben für jeden der Leuchtpunkte in (hexadezimal) #FF (dezimal 256) Stufen anzugeben.
Also kann z.B. die Farbe Rot den Wertebereich von #00 bis #FF annehmen. Dabei entspricht der Wert #FF der maximalen Leuchtkraft und der Wert #00 der niedrigsten Leuchtkraft, bei dem kein Farbwert vorhanden ist.

Ein dunkles Blau hat etwa den Farbwert #000099. Der RGB Code beschreibt die Intensität #00 für den Rot-, #00 für der Grün- und #99 für den Blauanteil. Mit diesem Schema können über 16,77 Millionen unterschiedliche Farben definiert werden, die man aber optisch oft kaum unterscheiden kann. Der Mensch kann etwa sieben Millionen Farbnuancen unterscheiden, die aber mit den obigen 16 Millionen nicht immer deckungsgleich sind. Normalerweise nimmt der Mensch zwischen 200 und 250 Farben wahr. So entsprechen 216 Farben dem mathematischen Modell eines Farbwürfels mit 6x6x6 Farben.

Reines Cyan, Magenta oder Gelb sind auf Monitoren nicht richtig darstellbar, da sie keine Grundfarben sind, ermischt werden müssen und deshalb nicht exakt dargestellt werden. Immer ist die Farbdarstellung auch durch Umgebungslicht oder den Farbhintergrund beeinflusst. Ganz abgesehen haben alle Monitore einen mehr oder weniger starken Farbstich.

Farben auf einem Monitor leuchten selbst und können die Farbtöne wesentlich satter und leuchtender produzieren, als ein z.B. durch einen Drucker produziertes Aufsichtsbild, welches das Licht bloß reflektiert.

Derzeit existieren für Web-Grafiken zwei bedeutende Formate: Das von CompuServe entworfene GIF und das standardisierte JPEG Format. GIF kann man für reine monokolore Bilder und solche mit scharfen Konturen und einfarbigen Flächen verwenden. Für die Abbildung natürlicher Objekte (Fotos) und Bilder mit feinen Farbverläufen (wie sie durch Gradientenwerkzeugen entstehen) lässt sich nur JPEG sinnvoll einsetzen.

               2 Farben (GIF schwarzweiß)
             16 Farben (GIF)
           256 Farben (GIF)
16.777.216 Farben (RGB)

Mit dem CMY-Modell entstehen die Farben der Druckwerke, Fotos und Filme. Bei diesem Modell entsteht der Farbeindruck dadurch, dass alle Farben außer der Farbe selbst ausgefiltert wird.

Auch beim CMY-Modell ergibt die Mischung zweier Farben die Komplementärfarbe. Cyan und Magenta ergibt Blau. Cyan und Gelb ergibt Grün. Magenta und Gelb ergibt Rot. Eine Mischung aller drei Grundfarben ergibt die Farbe Schwarz.

In der Praxis sind auch hier die Grundfarben CMY nicht rein sondern eine Mischung. Deshalb sind auch hier nicht die reinen Komplementärfarben darstellbar sondern nur angenäherte Varianten. Vor allem ist hier das Schwarz nicht exakt schwarz. Deshalb benutzt man in der Drucktechnik zumindest Schwarz als vierte Farbe, auch als K (für Kontur) bezeichnet, daher der Name CMYK-Modell.

Dadurch werden nicht die einzelnen Farben wahrgenommen, sondern es entsteht ein neues Produkt als Ergebnis der Verschmelzung. Beispiele dafür sind der Farbkreisel und das Stroposkop.

Die Farben des Spektrums sind hufeisenförmig um den absoluten Weißpunkt, dem "Unbuntpunkt", angeordnet. Ausgehend von diesem Mittelpunkt nimmt nach außen der Sättigungsgrad der Farbe, und damit ihre Buntheit, zu. Jeder Punkt innerhalb des Hufeisens (andere sagen dazu auch Schuhsohle) stellt eine eigene Farbart dar.

Beim CIE-Farbmodell werden Rot, Grün und Blau durch die standardisierten Primärfarben X, Y, und Z ersetzt. Mit diesen neu definierten Grundfarben lassen sich alle theoretisch möglichen Farben erzeugen. Sie beschreiben einen 3-dimensionalen Farbraum in dessen hufeisenförmigen Bereich (X + Y + Z = 1) alle sichtbaren Farben enthalten sind. Alle wahrnehmbaren Farben des gleichen Farbtons, aber unterschiedlicher Helligkeit werden auf einen Punkt innerhalb des Bereichs abgebildet. Dadurch liegen etwa Schwarz, Grau und Weiß am gleichen Farbort.

Mit dem CIE-Farbmodell kann man zwar die Reinheit jeder Farbe nachbilden, jedoch ist es nicht möglich die Helligkeit zu bestimmen. Braun erscheint z.B. nicht im Diagramm, da Braun ein Farbwert von Orange ist, aber mit geringer Helligkeit. Das CIE-Diagramm ist also keine vollständige Farbpalette, da beim Vorgang des Projizierens die Informationen über die Luminanz verloren gehen. Das Diagramm ist nicht in der Lage, Farbempfindungen abzubilden, sondern stellt Licht dar. 

Projiziert man nun die Ebene X + Y + Z = 1 aus dem CIE-Farbmodell auf die X-Y-Ebene, so erhält man das CIE-Farbdiagramm, auch chromatisches Diagramm genannt. Bei diesem Farbdiagramm liegen die zu 100 % reinen Farben des Spektrums auf der hufeisenförmiger Randkurve. Ein standardisiertes weißes Licht wird in einem Punkt in der Mitte dargestellt.

Alle innerhalb dieses hufeisenförmigen Spektrums liegenden Punkte entsprechen Lichtern, die durch additive Mischung der Spektrallichter entstehen.

Die verschiedenen Farbräume lassen sich nur simulieren. Schließlich ist es ein Computerbildschirm, auf dem Sie diese Seite betrachten. Und jeder Bildschirm ist ein wenig anders, daher kann dieser Vergleich auch nur schematisch ausfallen. Die Grafik zeigt die Abbildungsgrenzen der Farbräume für die verschiedene Bildmedien LAB, RGB und CMY.

Weder die in CMY gedruckten Medien oder der Film noch die durch RGB am Bildschirmen dargestellten Bilder können alle im CIE-Diagramm enthaltenen Farben erregen. Alle technischen Medien bilden einen deutlich geringeren Farbraum ab.

Insbesondere können die spektralreinen Lichter am Rande des Hufeisens bei keinem Bildmedium "ermischt" werden.

Durch additive Mischung der Bildschirm-Farben Rot, Grün und Blau kann nur Licht entstehen, das innerhalb des durch sie gebildeten RGB-Dreiecks liegt. Das bewirkt, dass alle spektralreinen Lichter, die ganz außen am Rand des Hufeisens liegen, unmöglich am Bildschirm dargestellt werden können. Im Dreieck liegt das am Computer- und Fernsehbildschirmen darstellbare Licht, das in RGB-Farben vorliegt. Dieser Ausschnitt kann im CIE-Diagramm eindeutig lokalisiert werden.

Wie im CIE-Diagramm zu sehen, kann mit den drei spektralreinen RGB Lichtern zwar ein großes Dreieck für den Farbraum abgebildet werden, doch existieren außerhalb davon immer noch Lichtarten, die der Bildschirm nicht erzeugen kann und damit am Bildschirm unsichtbar bleiben.

Durch die bei uns übliche PAL-Technik ist das Dreieck des Farbraums etwas kleiner als auf dem Computermonitor. Damit ist der Farbumfang etwas eingeschränkt.

Die Abbildungsgrenze für den Farbraum im CMY Farbmodell für den Druck ist ein unregelmäßiges Sechseck mit einer ähnlichen Abdeckung wie das des RGB Modells. In diesem CMY-Sechseck fehlen aber vor allem die klaren Rot-, Grün- und Blautöne.

Der Abbildungsfehler im CMY-Farbmodell des Films ist wiederum ein unregelmäßiges Sechseck. Dieses CMY-Sechseck hat die gleiche Form wie das für den Druck ist aber wesentlich größer und schließt das RGB-Dreieck vollständig ein.

Die Farbgrenzen von Film liegen deutlich über denen von RGB, daher kommt der Film von allen Medien dem Farbempfinden des Auges am nächsten.

Einige kurze Online-Sehtest am Bildschirm können Ihnen eine Orientierung geben, ob sie einen Augenarzt konsultieren sollten.

Farbsinnstörungen sind meistens angeboren und vererbt und liegen in der Regel im Rot-Grün-Bereich. Vor allem eine Unterscheidung von Rot und Grün ist dann kaum möglich. Ein rein grüner Farbeindruck wird bei diesen Personen als gräulich empfunden.

Der Ishihara-Test ist der bekannteste Test zur Feststellung von Farbenblindheit. Dabei sollen in Punkttafeln Zeichen erkannt werden, die sich in einem farbigen Muster verbergen.