Sehen und Wahrnehmung
Das menschliche Auge: wie wir einen Bildschirm sehen
Ein LED-Bildschirm existiert nur dank des Auges, das ihn betrachtet. Wer Bildschirme verstehen will, beginnt also beim Auge: einem erstaunlich kameraähnlichen Organ mit zwei Arten von Lichtzellen für Tag und Nacht.
Dein Auge funktioniert eigentlich wie eine Kamera. Vorne sitzt eine kleine Linse, die das Licht scharf stellt. Hinten, auf der Netzhaut, sitzen Millionen winziger Lichtzellen, die das Bild einfangen und an dein Gehirn weiterleiten.
Es gibt zwei Arten von Lichtzellen. Die eine Art (die Zapfen) arbeitet tagsüber und sieht Farben. Die andere Art (die Stäbchen) arbeitet im Dunkeln, sieht aber nur Grautöne. Deshalb sehen wir nachts fast keine Farben!
Optisch ähnelt das Auge stark einer Kamera: Es sammelt reflektiertes Licht und stellt das Bild scharf. Das Licht durchläuft nacheinander die Hornhaut (Cornea), die Pupille (die Öffnung, deren Größe die Iris regelt) und die Linse, die durch Muskeln ihre Form ändert, um scharf zu stellen. Das Bild fällt auf die Netzhaut (Retina), die Licht in elektrochemische Signale umwandelt und über den Sehnerv an das Gehirn sendet.
Zapfen und Stäbchen
Die Netzhaut enthält zwei Arten von Fotorezeptoren. Die Zapfen sorgen für das Farbsehen und scharfes Sehen bei ausreichend Licht (photopische Bedingungen); es gibt etwa 8 Millionen davon, größtenteils in der Fovea gebündelt. Die Stäbchen arbeiten nur bei wenig Licht (skotopische Bedingungen), sehen keine Farbe und sind etwa 120 Millionen.
Die Fovea: klein, aber entscheidend
Die Fovea ist ein winziger Bereich im Zentrum der Netzhaut, vollgepackt mit Zapfen. Sie deckt nur etwa 2 % des Sehwinkels ab, liefert aber das schärfste Sehen und die meiste Farbinformation. Außerhalb davon sinkt die Zahl der Zapfen stark; die Zahl der Stäbchen bricht jenseits eines Sehwinkels von etwa 20° drastisch ein. Das erklärt, warum man einen Bildschirm erst dann wirklich scharf sieht, wenn man direkt darauf blickt, und warum die Platzierung einer Anzeige an der Straße so wichtig ist.
Die Netzhaut enthält ~120 Millionen Stäbchen und ~8 Millionen Zapfen. Bemerkenswert: Beide Fotorezeptortypen sind vom einfallenden Licht weg gerichtet. Die Zapfendichte ist in der Fovea maximal (~2 % des Sehwinkels) und bleibt außerhalb niedrig, aber recht konstant; die Stäbchendichte fällt jenseits ~20° stark ab. Information vom linken Auge geht in die rechte Gehirnhälfte und umgekehrt; der Okzipitallappen ist das primäre Verarbeitungsgebiet und erhält den Löwenanteil seines Inputs aus der Fovea.
Photopisches versus skotopisches Sehen
Bei Tageslichtniveaus (photopisch) dominieren die Zapfen; die Empfindlichkeit hat ihr Maximum um 555 nm und das Farbsehen ist vollständig. Bei sehr niedrigen Lichtniveaus (skotopisch) übernehmen die Stäbchen; das Empfindlichkeitsmaximum verschiebt sich zu ~507 nm (die Purkinje-Verschiebung) und die Farbwahrnehmung verschwindet. Ein Display-Entwickler rechnet mit photopischen Bedingungen, und damit mit der Zapfenantwort und V(λ), wenn er Helligkeit und Farbe festlegt.
Folge für die Display-Konstruktion
Weil Sehschärfe und Farbe von der Fovea getragen werden, ist die Winkelgröße der Zeichen auf der Netzhaut entscheidend für die Lesbarkeit: Sie hängt von der Zeichenhöhe und vom Betrachtungsabstand ab. Das ist die physiologische Grundlage der Leseabstandsberechnung und der Bedeutung, einen Bildschirm im Sehkegel des Zielpublikums zu platzieren.