Das Auge

Nicht umsonst wird die Kamera immer mit dem menschlichen Auge verglichen. Beides sind optische Systeme, die Informationen über eintreffendes Licht sammeln und an einen leistungsfähigen Rechner weitergeben.
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Stäbchen und Zapfen - die Bestandteile der Netzhaut

Im Auge werden die Bilder mit einer Linse variabler Stärke umgekehrt und auf der Netzhaut (Retina) scharf abgebildet. Dabei erfassen 120 Millionen Stäbchenzellen ausschließlich Tonwertabstufungen (Helligkeitsinformationen) - Farbinformationen werden von insgesamt etwa 6 Millionen Zapfenzellen erfasst.

(Eselsbrücke zApfen für fArbe)

Interpretation, Neuaufbau und Umsetzung zu einem dreidimensionalen Bild erfolgt dabei erst im Gehirn.

Etwas unterhalb der Mitte auf der Netzhaut liegt die Fovea (Netzhautgrube) und bildet den schärfsten Seh-Punkt. In der Fovea befinden sich ausschließlich Zapfen-Rezeptoren.
Jeder Zapfen ist dabei nur für eine der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau sensibel, kann also nur Wellenlängen aus diesem spezifischen Bereich registrieren. Es gibt in der Regel etwa doppelt so viele grün-sensitive Zapfen wie rot- und blau-sensitive - das Verhältnis von rot zu grün zu blau ist in etwa 1:2:1. Um die optische Aufzeichnung von Kameras unseren Augen zu ähnlich wie möglich zu machen haben auch viele Hersteller diese Verteilung in Ihren Sensoren eingebaut.

Mit zunehmender Entfernung von der Fovea treten immer mehr Stäbchen auf. Diese sind in Gruppen zusammengeschaltet, was zu einer verringerten Schärfeleistung aber zu einer erhöhten Licht-Empfindlichkeit führt.
Stäbchen erlauben aufgrund dieser Gruppenschaltung auch bei schlechten Lichtverhältnissen noch ausreichend helles aber monochromatisches (farbloses) Sehen. Hiervon kommt auch das Sprichwort: “Nachts sind alle Katzen grau”.
Der Dynamikumfang des Menschen entspricht in etwa 20 Blendenstufen - Moderne Mittelformatkameras erreichen hier etwa 16. Allerdings bedient sich der Mensch dabei eines Tricks - Das Gehirn rechnet aus den vorhandenen Informationen ein ständiges HDR-Bild (High-Dynamik-Range) mit enormen Dynamikumfang.

Im Internet wird oft darüber diskutiert, wie viele Megapixel das Auge hat. Dabei fällt oft die Zahl 576 Megapixel. In der Theorie stimmt das aufgrund der Anzahl unserer Sinneszellen auch. In der Praxis sieht es da leider etwas anders aus. Tatsächlich sehen wir nur in der Fovea, der Netzhautgrube wirklich scharf. Zu den Rändern unseres Sichtfelds wird das Bild jedoch zunehmend unschärfer. Die wirklich nutzbare Auflösung unseres Auges liegt demnach lediglich bei 6-8 Megapixeln. Ein scharfes Bild entsteht dadurch, dass unser Auge ständig neu fokussiert und unser Gehirn dabei die Bilder zu einem Seh-Eindruck zusammenfügt.

Adaptationen (Anpassungen) des Auges

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Das Auge kann sich, im Zusammenspiel mit dem Gehirn an die unterschiedlichsten Bedingungen in sekundenbruchteilen Anpassen und liefert uns immer einen klaren Blick auf unsere Umgebung.
So wird beispielsweise blitzschnell ohne unser Zutun der Weißabgleich anhand der erfassten Lichtquelle angepasst.

Eine weitere Anpassung ist die Hell-Dunkel-Adaptation. Ähnlich der Blende im Objektiv kann sich die Iris im Auge durch Anspannen diverser Muskelgruppen zusammenziehen. Durch das dann kleinere Loch gelangt weniger Licht in das Auge, das erfasste Bild wird dunkler. Betreten wir nun einen sehr dunklen Raum, entspannen sich die Muskeln rund um die Iris und diese wird wieder größer. Eine größere „Blende“ bedeutet, mehr Licht trifft auf die Netzhaut und das Bild wird heller.

Die dritte Anpassung des Auges ist die Akkomodation, das Scharfstellen des Bildes. Weitere Muskelgruppen krümmen die Linse dabei in ihrer Achse. Dadurch werden die Lichtstrahlen so gebrochen, dass deren Brennpunkt wieder genau auf der Netzhaut liegt. Das bild wird so scharf gestellt. Alle drei Anpassungen passieren ohne unser Zutun, automatisch im Zusammenspiel von Auge und Gehirn.