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Das menschliche Auge kann das ankommende Licht nicht in seine spektralen Komponenten zerlegen. Daher kann dieselbe Farbempfindung durch unterschiedliche Mischungsverhältnisse verschiedner Farben, also durch verschiedene physikalische Reize entstehen. Beispielsweise enthält eine Mischung aus rotem und grünem Licht keinerlei Wellen mit der Wellenlänge des rein gelben Lichtes. Dennoch kann es dem menschlichen Auge bei geeignetem Intensitätsverhältnis der Wellen als ebenso gelb erscheinen wie eine reine Spektralfarbe der Natriumdampflampe.
Jede beliebige Farbempfindung kann durch Mischen entsprechender Anteile von rotem, blauem und grünem Licht hervorgerufen werden (so genannte additive Farbmischung). Diese drei Farben bezeichnet man als additive Primärfarben, die in etwa gleicher Farbintensität zusammen weißes Licht ergeben. Bestimmte Paare reiner Spektralfarben nennt man Komplementärfarben. Wenn diese additiv gemischt werden, lässt sich ebenfalls die Farbe Weiß erhalten. Beispiele Komplementärfarben sind die Paare Gelb und Blau sowie Rot und Grün.
Die meisten für das Auge wahrnehmbaren Farben entstehen dadurch, dass der betreffende Gegenstand vom weißem Licht einen Teil (also bestimmte Wellenlängenbereiche) absorbiert und nur den Rest reflektiert oder durchlässt. Die sichtbare Farbe resultiert aus dem Mischungsverhältnis der reflektieren oder durchgelassenen Wellenlängen. Man spricht dabei auch von subtraktiver Farbmischung.
Die auch beim Farbdruck oder in Tintendruckern verwendeten, genormten drei subtraktiven Primärfarben sind Magenta (Purpurrot), das Grün absorbiert, dann Gelb, das Blau absorbiert, sowie Cyan (Blau), das Gelb absorbiert. Wenn z. B. grünes Licht auf eine rote Fläche fällt, so wird praktisch kein Licht reflektiert. Die Fläche erscheint dunkel bis schwarz. Mit geeigneten Mischungsverhältnissen der subtraktiven Primärfarben kann man praktisch jeden gewünschten Farbton erzeugen. Alle drei Primärfarben in gleichen Anteilen ergeben zusammen eine sehr dunkle, aber nicht völlig schwarze Fläche. Daher druckt man mit Schwarz als vierter Farbe. Subtraktive Primärfarben werden auch in der Photographie verwendet: So befinden sich in Farbfilmen Farbstoffe mit den Farbtönen Magenta, Cyan und Gelb. Durch Belichten und anschließendes Entwickeln werden diese Farbstoffe zu einem gewissen Teil entfernt. Dadurch bleibt an jeder Stelle des Bildes mengenmäßig derjenige Farbanteil zurück, der dem jeweiligen Farbton entspricht.
Mit welchem Farbton ein Gegensatz für das Auge sichtbar wird, hängt aber nicht allein vom jeweiligen Anteil der Farbstoffe auf seiner Oberfläche ab, sondern auch von der Lichtquelle, mit der er beleuchtet wird. So hat das Licht einer Glühlampe einen wesentlich höheren Anteil an langwelligem roten Licht als das Sonnenlicht. Deswegen hat das von einem Gegenstand im Lampenlicht reflektierte Licht eine andere Zusammensetzung als im Sonnenlicht. Diese Farbunterschiede sind meist nicht wahrnehmbar, weil das Auge sich an das jeweilige Licht gewöhnt und es als Weiß interpretiert. Dadurch erscheint der Gegenstand stets in einer sozusagen richtigen Farbe. Dieses Phänomen beruht auf der gemeinsamen Leistung von Auge und Gehirn. Der amerikanische Physiker Edwin Herbert Land, der die Sofortbild-Photografie erfand (Polaroid-System), wies als erster auf die enorme Leistungsfähigkeit des Auge-Gehirn-Systems hin. Er konnte zeigen, dass die Sinnesreize der Zapfen in der Netzhaut des Auges nur einen Teil der Farbenwahrnehmung bewirken und dass das Wahrnehmen der Formen und Farben hauptsächlich im Gehirn erfolgt.
Auge und Gehirn vermögen auch Farben anhand geringer Informationen zu rekonstruieren. Um das zu zeigen, fotografierte Land dasselbe Objekt mit zwei Schwarzweißfilmen, einmal bei roter und einmal bei grüner Beleuchtung. Bei der Projektion der Dias, eines mit roter und eines mit grüner Projektionslampe, auf eine und dieselbe Leinwand erschien ein komplett farbiges Bild. Den gleichen Effekt beobachtete Land, wenn eines der Dias mit einer weißen Lampe projiziert wurde. Nach Vertauschen der Lampen in den Projektoren entstand auf der Leinwand ein Bild in den Komplementärfarben.
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