Diese App bringt Farbe ins Leben

  • 12. December 2014

Hier wird das Smartphone selbst zum Gegen­stand der Unter­suchung: Die App RGB Color Mixer analy­siert die mensch­liche Farb­wahr­nehmung.

Mit der Android-App RGB Color Mixer kann die additive und subtraktive Farbmischung selbsttätig entdeckt werden. Sie bietet eine sehr gute Möglichkeit, Smartphones das erste Mal im schulischen Physikunterricht einzusetzen, da die Bedienung aufgrund des reduzierten Funktionsumfangs sehr einfach ist.

Nach dem Starten der App erscheinen im oberen Teil des Displays (Abbildung) drei Schieberegler zum Einstellen des Rot- (Red), Blau- (Blue) und Grünanteils (Green) eines Farbtons. Hier kann man zwischen den Angaben Prozent (Percent) oder 8-Bit-Zahl (Value) wählen. Der Farbton wird in der unteren Hälfte des Bildschirms großflächig angezeigt. Die Gesamtanzahl der möglichen Farben im RGB-Farbraum beträgt 256³ = 16777216.

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Abb. Darstellung der Farbe Weiß: rote, grüne und blaue LEDs leuchten, b) Grundfarbe Rot: nur die roten LEDs leuchten, c) Magenta: rote und blaue LEDs leuchten.

Farbsinneszellen (Zapfen) auf der Netzhaut ermöglichen die Farbwahrnehmung des Menschen. Es existieren drei Arten von Zapfen, deren Maxima der spektralen Empfindlichkeit bei etwa 565 nm (Rot), 540 nm (Grün) und 445 nm (Blau) liegen. Ein weißer Farbeindruck entsteht durch die gleichzeitige, gleichmäßige Erregung aller drei Sinneszellen.

Um auf einem Display wie dem des Smartphones möglichst viele Farben darstellen zu können, werden den drei Zapfensorten entsprechend Leuchtdioden (LEDs) in den Farben Rot, Grün und Blau verwendet. Die einzelnen LEDs sind nur etwa 36 µm x 108 µm groß (Abbildung unten) und sind schachbrettartig angeordnet. Die Mischung, das heißt die gleichzeitige Wahrnehmung aller drei Leuchtdiodensorten im Auge, wird als additive Farbmischung mit den Grundfarben Rot (R), Grün (G) und Blau (B) bezeichnet. Die Schieberegler der App steuern also die Helligkeit (0 entspricht dunkel, 255 entspricht hell) dieser farbigen LEDs. Jeder Farbton des RGB-Farbraumes kann als 3-Tupel dargestellt werden: [255,255,255] entspricht der Farbe Weiß, [255,0,0] der Farbe Rot und [255,0,255] der Farbe Magenta usw.

Der mikroskopische Aufbau des Displays ist von großer Bedeutung und kann mit sehr einfachen Mitteln, wie einem (preisgünstigen) Digitalmikroskop oder aber einem Wassertropfen auf dem Display, der als stark vergrößernde Lupe fungiert, nachgewiesen werden. Der hier gezeigte Bildausschnitt ist 1,0 mm breit.

Beim Einstellen der Farben sollte sich der Betrachter von Zeit zu Zeit durch Beobachtung überzeugen, welche der LED-Sorten gerade leuchten. Das Smartphone rückt so selbst ins Zentrum der Untersuchung.

Aufbauend ist RGB Color Mixer auch geeignet, die subtraktive Farbmischung (Wasserfarbkasten) zu untersuchen. Dazu werden allerdings zusätzlich Farbfilterfolien, möglichst in den Farben Magenta, Cyan und Gelb benötigt, die den Grün-, Rot- oder Blauanteil absorbieren. Dementsprechend erscheint gelbes Licht, das im RGB-System aus rotem und grünem Licht zusammengesetzt ist, durch einen cyanfarbenen Filter betrachtet, als grün, da der Rotanteil fehlt.

Eine gleichwertige Alternative für iOS bietet die kostenlose Anwendung RGB-codes.

Alexander Gößling, Bielefeld

Den vollständigen Beitrag mit weiteren Abbildungen und Anwendungsvorschlägen für den Unterricht finden Sie in der aktuellen Ausgabe von Physik in unserer Zeit (nur frei für Abonnenten).

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