Physik - Kaleidoskop

Helligkeit 231
Helligkeit
Helligkeit ist ein Überbegriff subjektiver Eindrücke und objektiver
Messgrößen für die Stärke einer visuellen Wahrnehmung von –
sichtbarem – Licht.
Helligkeit als Sinnesempfindung
Die Worte Helligkeit und Dunkelheit (auch Finsternis) werden meist
für die subjektive Lichtempfindung benutzt, wie sie auf das Auge des
Beobachters wirkt [1] – Dunkelheit ist einfach ein niedriger Messwert
an Helligkeit.
Dabei umfasst der Begriff zwei Konzepte:
• das gesamte Licht, das ins Auge einfällt, was man dann als
Lichtverhältnisse oder Beleuchtung bezeichnet
• die von einer Lichtquelle ausgestrahlte Lichtmenge, unabhängig
davon, ob sie selbstleuchtend ist (Licht emittiert), oder nur eine
Beleuchtung reflektiert
Abnahme der Helligkeit mit der Tiefe
Die meisten höheren Lebewesen haben zwei – im allgemeinen getrennt – arbeitende Systeme des visuellen Systems:
Die normalen Lichtverhältnisse werden als photopischer Bereich bezeichnet (Tagsehen), Sehen bei Dämmerlicht als
mesopischer, Nachtsehen als skotopischer Bereich. Unterhalb der Sehschwelle des skotopischen Bereichs nimmt ein
Auge nichts mehr wahr, es herrscht Finsternis – auch wenn die Beleuchtungs- bzw. Lichtstärke noch nicht Null ist
(Restlicht). Übermäßige Helligkeit führt zu Blendung, der Sehsinn versagt. Die Farbwahrnehmung funktioniert nur
mit genügend Licht (photopischer Sehbereich), darunter werden nur Grautöne wahrgenommen, darüber nur „Weiß“.
Die physiologischen Schwellen des Sehsinns sind bei allen Lebewesen extrem unterschiedlich, auch beim Menschen
schwanken sie relativ deutlich.
Objektivierung der Helligkeit
Die Sinnesempfindung der Helligkeit ist etwa dem Logarithmus des Reizes proportional – sie folgt wie viele andere
neurologische Prozesse dem Weber-Fechner-Gesetz. Sie kann aber bei verschiedenen Personen etwas
unterschiedlich sein. Insbesondere hängt sie von der spektralen Empfindlichkeit für Tagessehen (photopisches
Sehen) der Sehzellen für mittlere Wellenlängen ab, die bei den meisten Menschen im Bereich um 555 nm
Wellenlänge (grün) am höchsten ist (Maximum der Sonnenstrahlung), bei vielen Tieren aber zu anderen Farben
verschoben ist (z. B. Katzen oder Bienen). Die genauere Verteilung der Helligkeitsempfindlichkeit des menschlichen
Sehapparats in Abhängigkeit von der Lichtfarbe beschreibt die V-Lambda-Kurve.
Das menschliche Auge arbeitet in einem sehr großen Helligkeitsbereich, der Lichtintensitäten von 1 : 10 Milliarden
entspricht (Sehschwelle 10 -13 Lumen [2] ). Dennoch können wir verschiedene Helligkeiten als unterschiedlich
wahrnehmen, sobald sich ihre Lichtmenge um mehr als 10 % unterscheidet. Darauf beruht die fotometrische
Stufenmethode für scheinbare Helligkeiten, die der Astronom Friedrich Argelander um 1840 entwickelt hat.
Will man Helligkeiten objektiver bestimmen, sind zwei Effekte besonders zu berücksichtigen:
1. die individuellen Eigenschaften des Auges
2. gleichzeitige Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich und im angrenzenden Infrarot bzw. UV.
Der Begriff Helligkeit versteht sich dann allgemeiner als Intensität der auf einen Beobachter oder Sensor wirkenden
Strahlung, die räumlich und über ein Frequenzband mit benachbarter elektromagnetischer Strahlung gemittelt wird.