Metamerie (Farblehre)

Mit Metamerie (gr. meta - „nach, mitten unter“ und meros - „Teil“, das heißt „aus mehreren Teilen bestehend“) bezeichnet man in der Optik den Sachverhalt, dass verschieden zusammengesetzte Lichtspektren beim Menschen die gleiche Farbvalenz hervorrufen können. Bei einer Änderung der Beurteilungsbedingungen wie Lichtart oder Beobachter werden unterschiedliche Farbvalenzen erzeugt. Farbpaare, die dieses Verhalten zeigen, nennt man metamere oder bedingt gleiche Farben.

Der Effekt des Einflusses der Lichtfarbe der Beleuchtung auf die Wahrnehmung des Farbreizes wird auch Metamerismus genannt.

Das hat besonders bei Körperfarben praktische Folgen, deren Farbstoffe oder Pigmente nicht monochrom sind, das heißt einen relativ breiten Spektralteil des Umgebungslichtes reflektieren.

So kann ein Kleiderstoff einen anderen Farbeindruck erzeugen, wenn er unter einer anderen Lichtquelle betrachtet wird. Das andere Licht kann bestimmte Wellenlängen, die von den textilen Färbemitteln auch reflektiert würden, nicht enthalten (zum Beispiel das Licht der Glühlampen). In der Summe entsteht ein vom vorherigen abweichender Farbeindruck, der umgekehrt auch abweichend ist, wenn zusätzliche Wellenlängen vorhanden sind und reflektiert werden (zum Beispiel im Tageslicht).

Nach der Reparatur einer Auto-Karosserie passiert es oft, dass die neu lackierten Blechteile nicht mehr gleich aussehen wie die übrigen. Ursache ist, dass der ausgewählte Lack im Kunstlicht der Werkstatt zum gleichen Farbeindruck führt, nicht aber im Tageslicht draußen. Dass beide Blechteile für sich draußen anders aussehen können, stört in der Regel nicht, störend ist ihr voneinander abweichendes Aussehen. Der in der Werkstatt ausgewählte oder gemischte Lack enthält nicht die gleiche Pigmentmischung wie der Originallack, obwohl er bei der dortigen Beleuchtung zum gleichen Farbeindruck führt. Von den in der Regel zusätzlich im Tageslicht enthaltenen Wellenlängen werden entweder Anteile vom Original- oder vom Reparaturlack reflektiert, nicht aber von beiden Lacken die gleichen zusätzlichen Anteile.

Die unterschiedlichen Farbeindrücke bedingt gleicher Körperfarben unter unterschiedlichen Lichtquellen werden mit Hilfe des Metamerie-Indexes quantitativ beschrieben. Als Normal wird in der Regel Tageslicht beziehungsweise eine künstliche Lichtquelle verwendet, deren Licht dem Tageslicht sehr ähnlich ist.

Definition

Mit zwei metameren (bedingt gleichen) Farben lackierte Blechhälften
gleicher Farbeindruck unter tageslichtähnlicher Lichtart D65 (links); unter Lichtart A (Mitte) erscheint die obere Blechhälfte röter, unter Lichtart TL84 (rechts) die untere Blechhälfte

Als metamer oder bedingt gleich werden zwei Proben bezeichnet, die unter bestimmten Bedingungen die identische Farbvalenzen erzeugen, jedoch unterschiedliche spektrale Reflexions- oder Transmissionskurven haben. Proben mit gleicher spektraler Reflexions- oder Transmissionskurve sind nie metamer.

Korrekterweise ist der Begriff Metamerie nur dann gültig, wenn die erzeugten Farbvalenzen beider Proben unter bestimmten Bedingungen exakt gleich sind. Ist dies nicht der Fall, sondern nur innerhalb der jeweiligen Toleranzgrenzen, wird das Probenpaar als paramer bezeichnet. Letzteres ist der in der Praxis häufigere Fall, da zwei Proben nur selten die exakt gleiche Farbvalenz erzeugen, sondern sich leicht unterschieden. Im deutschen Sprachraum wird selten zwischen Paramerie und Metamerie unterschieden, sondern beides unter dem Begriff Metamerie zusammengefasst.

Arten der Metamerie

Unterschieden werden fünf Arten der Metamerie.

• Beleuchtungsmetamerie: Der praktisch am häufigsten anzutreffende Fall der Metamerie ist die Beleuchtungsmetamerie. Diese bezeichnet die Übereinstimmung zweier Farben unter einer Bezugslichtart und Abweichung unter anderen Lichtarten. Die Ursache der Metamerie sind hier die unterschiedlichen Lichtspektren der jeweiligen Lichtarten.
• Beobachtergeometriemetamerie: Bei dieser Art der Metamerie stimmen die Farben unter einer Beobachtergeometrie, etwa dem 10°-Normalbeobachter überein, nicht aber unter einer anderen Beobachtergeometrie. Dies wird durch die ungleichmäßige Verteilung von Stäbchen und Zapfen im Auge verursacht.
• Beobachtermetamerie: Diese Art der Metamerie tritt zwischen individuellen Beobachtern auf. Ursächlich ist, dass die Wahrnehmung unterschiedlicher Beobachter nie exakt gleich ist.
• Geometriemetamerie: In diesem Fall tritt Metamerie beim Wechsel des Blickwinkels auf, wird also durch Oberflächeneffekte verursacht. Diese Metamerieart wird auch als Silking-Effekt bezeichnet.
• Gerätemetamerie: Diese Variante tritt zwischen unterschiedlichen Farbmessgeräten auf und wird durch Unterschiede in den verbauten Komponenten erzeugt.

Physiologische Grundlagen

Der Mensch kann Licht der Wellenlänge von etwa 380 nm bis etwa 780 nm in verschiedenen Farben sehen. Der Farbeindruck entspricht einerseits einer Wellenlänge des Lichts oder einem schmalen Bereich des Spektrums. Andererseits können ein kurzwelligeres und ein langwelligeres Licht gemeinsam den gleichen Farbeindruck wie ein einzelnes Licht mit dazwischen liegender Wellenlänge erzeugen. Theoretisch ist dieser Farbeindruck durch beliebig viele Kombinationen von Lichtquellen mit kleinerer und größerer Wellenlänge und damit eine große Zahl bedingt gleicher Farbreize möglich.

Ursache ist, dass die Netzhaut des Auges nicht für jede Wellenlänge oder für jeden schmalen Bereich des Spektrums mit gesonderten Rezeptoren (Zapfen) versehen ist. Die drei vorhandenen Zapfentypen sind in sich überlappenden Teilbereichen - das heißt nicht nur für eine Wellenlänge - empfindlich. Lediglich ihre maximale Empfindlichkeit kann jeweils einer Wellenlänge zugeordnet werden. Jede andere Wellenlänge wird aus der Summe von Signalen, die mittels wenigstens zwei verschiedener Zapfentypen empfangen werden, interpretiert.

Dieses Prinzip des Farbsehens lässt keine Unterscheidung zwischen Signalsummen mit gleichem Wert, aber verschiedener Zusammensetzung, beziehungsweise zwischen den bedingt gleichen oder metamer genannten Farben zu. Andererseits ist die technisch bedeutende Additive Farbmischung gerade erst wegen diese prinzipiellen „Mangels“ möglich. Das Auge kann veranlasst werden, alle Farben des Spektrums zu sehen, obwohl ihm nur Kombinationen dreier farbiger Lichter zugeführt werden brauchen.

Bei Tierexperimenten konnte nachgewiesen werden, dass für Menschen metamere Farben für andere Lebewesen nicht gleichfalls metamer sein müssen und umgekehrt. Dies liegt an einer anderen Zahl von Farbrezeptoren, beispielsweise bei Säugetieren meist zwei, bei Vögeln oft vier, oder abweichenden Empfindlichkeitskurven der Farbrezeptoren bei anderen Lebewesen. Dadurch unterscheiden sich auch die zur Farbempfindung notwendigen Gewichtungen der Signale der Zapfen.

Verhalten metamerer Farben bei subtraktiver Farbmischung

Die metamere Farbe Cyan (unten, aus Blau und Grün bestehend) wird nach dem Passieren eines Gelb-Filters zu Grün.
Die reine Farbe Cyan passiert ein solches Filter annähernd unbeschränkt (mitte).

Die verschiedenen spektralen Anteile metamerer Farben werden bei subtraktiver Farbmischung nicht in gleichem Maße subtrahiert. So kann das reine Cyan (der Cyan genannte Spektralbereich) einen Gelbfilter annähernd unbeschränkt passieren. Ein metameres Cyan, aus je einem Blau und Grün genannten schmalen Spektralbereich, wird beim Passieren eines Gelbfilters in Grün verwandelt, denn der blaue Anteil wird herausgefiltert (siehe nebenstehende Abbildung).

Metamerie-Index

Als Metamerie-Index wird der Farbabstand Delta E verwendet. Das ist der Abstand zwischen den Farborten, die den beiden Farbeindrücken in einem dreidimensionalen Farbraum, üblicherweise in einem Lab-Farbraum zugeordnet sind. Der seit 1976 verwendete Cielab-Farbraum aus dem CIE-Normvalenzsystem ging 1999 als weiter entwickelter Cielab-Farbraum unter der Kurzbezeichnung DIN99-Farbraum in DIN 6176 ein.

Als metameriefrei gilt eine Farbe, deren Delta E bezüglich zweier vereinbarter Lichtquellen nicht größer als 0,5, für ungeübte Beobachter nicht größer als 1,0 ist.

Praktischer Umgang mit metameren Farben

Textilindustrie

Der Käufer soll die Kombinierbarkeit von Kleidungsstücken bei Tageslicht beurteilen, weil er sie meistens bei Tageslicht trägt.

Zur Herstellung werden Färbemittel gesucht, die ein möglichst schmales Band des Lichtspektrums reflektieren. Man kann Metamerie aber auch so ausnutzen, dass gewebte, gewirkte oder gestrickte Muster erst bei besonderer Beleuchtung zum Vorschein kommen. Als Farben für das Muster oder den Hintergrund oder für beides werden bewusst nur bedingt gleiche Farben gewählt.

Lackindustrie

Die Farbe von Lacken wird von den in ihnen enthaltenen Farbpigmenten bestimmt. Davon gibt es eine sehr große Zahl, die in noch mehr möglichen Kombinationen eine sehr ausgedehnte Farbpalette ermöglicht. Weil diese Möglichkeit auch ausgenutzt wird, um ein neues Produkt zusätzlich noch mit einer möglichst neuen Farbe in den Handel zu bringen, werden mehr und mehr nur bedingt farbgleiche Lacke produziert. Teilweises Neulackieren eines solchen Produkts - häufig eine Autokarosserie - führt nur dann zu gleichem Farbeindruck, wenn der Reparaturlack die identische Pigmentkombination enthält. Der Lacklieferant des Autoherstellers hält diese aber geheim. Die farblichen "Nachstellungen" eines Lacks durch andere Lackhersteller haben nur mehr oder weniger gleiche Pigmentkombinationen wie der originale Lack. Der reparierende Lackierer sollte davon ausgehen, dass der von einem anderen Hersteller stammende Lack problematisch sein kann und ihn erst verwenden, wenn die Nachlackierung bei Tageslicht nicht vom Originalblech abweicht (siehe nebenstehende Abbildung). Ein möglicher unterschiedlicher Farbeindruck bei Kunstlicht ist das kleinere Übel.

Digitalfotografie

Bei der Digitalfotografie ist drauf zu achten, dass der Kamerasensor die Farben gleich wie das Auge beurteilt. Das ist annähernd nach erfolgtem Weißabgleich möglich, wenn die Kamera auf die Farbtemperatur des beleuchtenden Lichts eingestellt ist.

Bildreproduktion

Bei Farbbildreproduktionen, zum Beispiel von Gemälden, wird auf möglichst gute Übereinstimmung zwischen Original und Kopie bei einem „mittleren Licht“ geachtet, damit der Eindruck sowohl bei Tages- als auch bei Glühlampenlicht nicht allzu weit vom Original abweicht.

Einzelnachweise

• Wyszecki, Günter und Stiles, W.S. (1982). Color Science: Concepts and Methods, Quantitative Data and Formulae. 2nd Edition. New York: John Wiley & Sons.