Donnerstag, 26. Dezember 2013

Simulation von Bienenfarben I



Dass wir die Welt in Farben sehen, erscheint uns selbstverständlich. Diese Fähigkeit hängt mit den Sehzellen in der Netzhaut unserer Augen zusammen, genauer gesagt mit den Zapfen in der Netzhaut. Diese gibt es in drei unterschiedlichen Ausführungen, von denen eine besonders für blaues (S), die zweite für grünes (M) und die dritte für rotes (L) Licht empfindlich ist (Abb. 1).

Abbildung 1: Empfindlichkeit der Farbstoffe in den drei Zapfentypen des menschlichen Auges (http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cone-response.svg#filelinks)


Die uns Menschen bekannten Farben lassen sich daher im sogenannten RGB Farbraum darstellen, welchen man durch die Kombination der Farben Rot, Grün und Blau erhält. Wird eine weiße Fläche mit Lichtbündeln aller drei Grundfarben gleichzeitig beleuchtet, so sehen wir die Farbe Weiß. Sobald eine der drei Grundfarben fehlt, sehen wir die Mischfarbe der verbleibenden Farben (Abb. 2). 

Abbildung 2: Zusammensetzung der Farbe Weiß und die Entstehung von Mischfarben in unserem Auge.


Übergangsfarben entstehen durch die Mischung der Grundfarben in unterschiedlicher Intensität, d.h. in unterschiedlichen Helligkeiten.
Bei all den Unterschieden zwischen dem Auge der Biene und des Menschen und der zugehörigen Informationsverarbeitung gibt es jedoch eine Gemeinsamkeit, welche hier bei der Simulation der Bienenfarben genutzt wird: Biene und Mensch haben jeweils drei verschiedene Sehfarbstoffe, mit welchen unterschiedliche Farben des Lichtes wahrgenommen werden. (Sie sind trichromatische Organismen).
Wenn wir mit unseren Augen das Farbenspektrum der Biene betrachten, dann können wir nur einen Teil davon wahrnehmen. Vereinfacht kann man sagen, dass Bienen für uns unsichtbares Ultraviolett sehen, dafür aber nicht den Lichtanteil, welchen wir als Rot wahrnehmen. Deshalb ergibt sich folgende Darstellung:
Rot fällt weg, da die Biene diese Farbe nicht sehen, dafür können wir Ultraviolett (UV) nicht wahrnehmen, weshalb es hier schwarz dargestellt ist (Abb. 3).

Abbildung 3: Das Farbenspektrum der Biene, mit dem menschlichen Auge betrachtet.
 
Um nun die Farben der Bienen für uns sichtbar zu machen, bedienen wir uns eines Tricks: Wir verschieben „unsere“ Farben in den Wahrnehmungsbereich der Biene. Das heißt, wir stellen Ultraviolett als Bienenblau dar, Blau als Bienengrün und Grün wird schließlich zu Bienenrot (Abb. 4).



Abbildung 4: Das Farbenspektrum der Biene, in den für uns sichtbaren Farbraum "verschoben".


Es soll ausdrücklich nicht behauptet werden, dass Bienen die Farben genau in dieser Art wahrnehmen. Diese Darstellung ist nur eine Möglichkeit, wie wir uns eine ungefähre Vorstellung von den Farben machen können, welche für Bienen sichtbar sind.

Bildnachweis:
Abb. 1 aus: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cone-response.svg#filelinks
Abb. 2-4: Copyright Nicolas Chalwatzis 2013.

Freitag, 15. November 2013

Winterjasmin (Jasminum nudiflorum) in UV und Bienenfarben

Der Winter steht vor der Tür und dennoch kann man an der hessischen Bergstraße noch Blüten von verschiedenen Wildkräutern und Gartenblumen finden. Bei den meisten Arten handelt es sich um "Nachzügler", also einzelne Blüten welche sich noch öffnen, nachdem die Hauptblütezeit der Pflanzenart vorbei ist. Der Winterjasmin (Jasminum nudiflorum) hat dagegen erst vor kurzem mit der Blüte begonnen und ziert viele Gärten als einer der relativ wenigen im Winter blühenden Pflanzen
Der aus China stammende Strauch wird zur  Familie der Ölbaumgewächse (Oleaceae) und damit zur Verwandtschaft des Olivenbaums gezählt. 

Für das menschliche Auge erscheint die Blüte in einem relativ einheitlichen Gelb, das nur in der Mitte etwas gesättigter ist.

Alle Aufnahmen wurden mit einer umgebauten Panasonic-Lumix G1 durchgeführt, die für Wellenlängen von ca. 350-1100nm sensitiv ist. Objektiv: EL-Nikkor 80 mm /f5,6 bei Blende 11.


Aufnahme im sichtbaren Bereich mit Tageslicht. Der Infrarotbereich wird durch den  IR-Neutralisationsfilter NG (Optic Makario) herausgefiltert. Belichtungsdaten: 1/100s, ISO 100.

Bildreferenznummer: CHA_P1110941_131111


Diese Aufnahme zeigt die Blütenfarben, wie sie vom menschlichen Auge wahrgenommen werden.


UV-Aufnahme: Filter: Baader-U 2". Sichtbares Licht und Infrarot werden durch diesen Filter zurückgehalten. Belichtungsdaten: 2s, ISO 400, UV-Blitz: MR21N bei voller Leistung.

Bildreferenznummer: CHA_P1110935_131111


Im nahen UV-Bereich zeigt die Blüte einen starken Kontrast zwischen dem dunklen Zentrum und dem relativ hellen äußeren Bereich der Blütenblätter, welche in der Falschfarbe UV-Gelb erscheinen. Dieses Muster wird auch als "Bullenaugen Muster" bezeichnet.


Simulierte Bienenfarben durch Frequenzverschiebung (Kombination aus zwei Aufnahmen mit verschiedenen Filtern): Hier wurde das Sehspektrum der Biene in den RGB-Farbraum "verschoben": UV wird blau dargestellt, blau wird zu grün und grün wird zu rot. Rot entfällt, da Bienen und andere Insekten dies kaum wahrnehmen. Die Blüte erscheint zentral bienenrot ( für uns grün) und auf den Blütenblättern bienenmagenta (Mischfarbe aus UV (bienenblau) und grün (bienenrot)):

Bildreferenznummer: CHA_P1110924_RGB_UV_bw_131111


Simulierte Bienenfarben durch Austausch von rot gegen UV. Hier wurde das kurzwellige UV in den Rot-Kanal eingefügt, grün und blau bleiben unverändert. Hierdurch wird grün (bienenrot) so dargestellt, wie es Menschen wahrnehmen. Das Gelb ist allerdings eine Mischfarbe aus Grün und UV, die wir ebenfalls grün sehen würden, da wir UV nicht wahrnehmen. Diese Methode enthält weniger "Falschfarben" als die Erste, stellt die Farben aber nicht in der Reihenfolge dar, die ihrer Wellenlänge entspricht.

Bildreferenznummer: CHA_P1110924_RGB_UV_bw_inv_131111



Dienstag, 24. September 2013

Was sind Bienenfarben?



Bienen und andere Insekten sehen die Welt anders als wir. Dies hat eine Reihe verschiedener Ursachen: Das Insektenauge und das Auge der Wirbeltiere sind völlig unterschiedlich aufgebaut. Auch sind die Gehirne von Insekt und Mensch nicht vergleichbar.
Hier soll es jedoch zunächst ausschließlich um die Unterschiede in der Farbwahrnehmung gehen, welche durch eine Verschiebung des wahrgenommenen Lichtspektrums bedingt sind:
Wenn wir Menschen einen Regenbogen betrachten, so sehen wir oben ein rotes Band, darunter ein oranges, ein gelbes, dann ein grünes, blaues und ganz unten ein violettes. Kurz gesagt, die Farben aus denen „unser“ weißes Tageslicht zusammengesetzt ist. Wären wir Bienen, so könnten wir den oberen (für uns dunkelroten) Teil des Regenbogens nicht sehen. Dafür sehen Bienen unterhalb des für uns violetten Bandes noch Licht, welches für das menschliche Auge unsichtbar ist. Wir nennen es Ultraviolett, oder „Schwarzlicht“. Wir können nicht wissen, welches Bild im Kopf einer Biene entsteht, die einen Regenbogen vor Augen hat. Es könnte sein, dass sie die gleichen Farben sieht wie wir, nur etwas nach unten verschoben. Es könnte auch sein, dass Farben im Bienengehirn etwas ganz anderes sind als in unserem. Wir wissen aber sicher, dass die Biene einen anderen Teil des Lichtspektrums sieht und ihr Regenbogen deshalb „etwas tiefer hängt“. Letzteres hat mit Sicherheit auch einen Einfluss darauf, wie Blüten von Bienen gesehen werden.
Die folgenden Aufnahmen zeigen verschiedene Blüten zunächst in den Farben die uns vertraut sind und zum zweiten in simulierten Bienenfarben. Hierbei wurde das Farbspektrum der Biene in unseren Farbraum verschoben. Da wir Ultraviolett nicht sehen können, wurde es blau dargestellt, blau wird zu grün verschoben und grün zu rot. Die rote Farbe in den folgenden Fotos ist daher „Bienenrot“, welches wir als grün sehen. Die Vorgehensweise bei der Simulation der Bienenfarben wird in einem folgenden Beitrag genauer erklärt.

Nieswurz im sichtbaren Licht

Nieswurz  in simulierten Bienenfarben

Winterling im sichtbaren Licht

Winterling in simulierten Bienenfarben

Schneeglöckchen im sichtbaren Licht

Schneeglöckchen in simulierten Bienenfarben

Krokus im sichtbaren Licht

Krokus in simulierten Bienenfarben

Traubenhyazinthe im sichtbaren Licht

Traubenhyazinthe in simulierten Bienenfarben


Mehr unter:
http://bee-colours.blogspot.de/2013/04/introduction.html
 

UV-Fotografie


UV-Licht ist in der Farbfotografie normalerweise störend, da es zu Farbverfälschungen führen kann. Deshalb sind moderne Digitalkameras mit UV-Sperr-Filtern vor dem Sensor versehen. Manche Fotografen schrauben einen weiteren UV-Filter vor das Objektiv um den Anteil, der zum Sensor gelangt, weiter zu reduzieren. Auch sind moderne Objektive so konstruiert, dass optische Vergütungen das meiste UV-Licht zurückhalten.


Diese Aufzählung soll verdeutlichen, dass heutige, handelsübliche Kameras kaum für UV-Aufnahmen geeignet sind. Deshalb werden meist umgebaute Kameras verwendet, bei denen der interne UV-Sperrfilter entfernt wurde. Auch das Objektiv muss genügend UV-Durchlässigkeit aufweisen. Um reine UV-Aufnahmen zu erhalten ist es weiterhin notwendig das sichtbare Licht und die Infrarotstrahlung zurückzuhalten. Man benötigt also einen oder mehrere Filter, welche UV-Strahlen durchlassen (Transmissionsfilter), aber gleichzeitig sichtbares Licht und Infrarot zurückhalten (Sperrfilter). Da auch umgebaute Kameras weiterhin RGB (rot, grün, blau) Filter über dem Sensor haben und diese Filter auch für UV-Strahlen eine unterschiedliche Durchlässigkeit aufweisen, erhält man „UV-Falschfarben“, welche in den folgenden Fotos dargestellt sind. Eine detaillierte Beschreibung der UV-Fotografie und der damit verbundenen Besonderheiten wird in einem späteren Artikel erfolgen.


Hier zunächst einige Beispiele von UV-Aufnahmen. Beim Anklicken der Fotos erhält man eine größere Ansicht:

Schneeglöckchen, sichtbares Licht

Schneeglöckchen, UV-Aufnahme


Dass uns Schneeglöckchen weiß erscheinen liegt daran, dass sie alle Wellenlängen/Farben unseres Sehspektrums komplett reflektieren. Im UV-Spektrum erscheinen sie deutlich dunkler und heben sich in der Helligkeit wenig von den grünen Blättern ab. Im Gegensatz zu den grau erscheinenden Blättern, wird jedoch das in der Aufnahme erfasste UV-Spektrum ungleichmäßig reflektiert, so dass die Falschfarbe UV-Blau entsteht.



Gänseblümchen, sichtbares Licht

Gänseblümchen, UV-Aufnahme
Auch die Blütenblätter (Zungenblüten) des weißen Gänseblümchens erscheinen UV-blau, wodurch es sich zumindest vom Hintergrund abhebt. Die zentralen Röhrenblüten reflektieren dagegen kaum UV und erscheinen daher UV-schwarz.



Osterglocken, sichtbares Licht

Osterglocken, UV- Aufnahme
Osterglocken gehören zu den Blumen, welche UV-Licht stark absorbieren und daher kaum reflektieren. Sie erscheinen deshalb in UV-Aufnahmen annähernd schwarz. Eine kleine Ausnahme stellen die winzigen hellen Spitzen der Blütenblätter dar.



Sonnenhut, sichtbares Licht

Sonnenhut, UV-Aufnahme

Eines der faszinierenden Phänomene für UV-Fotografen sind UV-Muster, welche keine Entsprechung im sichtbaren Bereich haben. Für unser Auge erscheinen die Zungenblüten des Sonnenhutes gleichmäßig gelb. Was unseren Augen verborgen bleibt ist das Muster, welches durch eine starke UV-Absorption im mittleren Bereich (UV-schwarz) und eine gute UV-Reflexion im äußeren Bereich der Zungenblüten (UV-gelb) entsteht.


Storchenschnabel (Gartenform), sichtbares Licht

Storchenschnabel, UV-Aufnahme
Auch dieser Storchenschnabel zeigt ein deutliches UV-Muster, welches dem menschlichen Auge völlig verborgen bleibt: Die Blütenblätter sind in der Mitte UV-schwarz, reflektieren also nicht, während sie weiter außen stark reflektieren und damit UV-weiß erscheinen.



Jakobskraut, sichtbares Licht

Jakobskraut, UV-Aufnahme
Jakobskraut gehört wie das Gänseblümchen und der Sonnenhut zu den Korbblütlern. Gemeinsam ist allen drei Arten, dass die mittleren Röhrenblüten im UV-Bild schwarz erscheinen. Hier sind die äußeren Zungenblüten einheitlich hell UV-gelb und kontrastieren damit stark gegen das Zentrum der Blüten, in welchem sich die Röhrenblüten befinden.

Mehr zum Aufbau von Korbblüten findet man unter:
http://materials.lehrerweb.at/materials/gs/su/raum/web/sonnenweb/pflanze/sonnenblume/korbblutler/korbblutler.html


Mehr zur UV-Fotografie unter:
und