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2026-03-30T10:20:07Z

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{{Überarbeiten|Grund= Der Artikel stellt den LMS-Farbraum missverständlich dar und verwechselt ihn mit physiologischen Absorptionsspektren der Zapfenpigmente. Eine klare Unterscheidung zwischen Farbraummodell und biologischer Grundlage fehlt.}}

[[Datei:LMS-Kurven.jpg|mini|Nicht zu verwechseln mit dem LMS-Farbraum: [[Absorptionsspektrum|Absorptionsspektren]] der Zapfen und [[Stäbchen (Auge)|Stäbchen]] von Menschen und [[Rhesusaffen]]]]
Der '''LMS-Farbraum''' ist der für jeden menschlichen Betrachter von Farblichtern oder gefärbten Flächen wirksame [[Farbraum]]. Er ist eine physikalisch-mathematische [[Funktion (Mathematik)|Darstellung]] des zugrunde liegenden [[Biologie|biologisch]]-[[psychologisch]]en Prozesses der [[Farbwahrnehmung]]. Der LMS-Farbraum ist der eigentliche ''[[Zapfen (Auge)|Zapfen]]<nowiki />farbraum'' und Grundlage für naturgetreu farbwiedergebende technische Systeme.

== Die Kürzel ==
=== Bedeutung ===
Die Farbrezeptoren bzw. Zapfen jedes Auges haben eine individuelle spektrale Empfindlichkeit. Diese wird im Wahrnehmungsprozess zu einem bestimmten [[Sinneseindruck]] im [[Nervensystem]] geformt. Dies gilt für jedes Auge, egal ob tierisch oder menschlich, und den nachfolgenden Nervenapparat.

Jeder normalfarbsichtige Mensch besitzt drei Arten farbempfindlicher Zapfen. Diese werden nach der Lage des Maximums ihrer Empfindlichkeit als L-, M- und S-Zapfen bezeichnet, in deutschsprachiger Literatur wird für S-Zapfen mitunter auch K-Zapfen gesetzt:
* die L-Zapfen nehmen vorrangig den Farbreiz der Strahlung aus dem '''l'''angwelligen Rotbereich wahr (englisch ''long wavelength'')
* die M-Zapfen den '''m'''ittleren Grünbereich (englisch ''medium wavelength'')
* die S-/K-Zapfen den '''k'''urzwelligen Blaubereich des Spektrums (englisch ''short wavelength'').
Zum Empfangssystem des [[Sehsinn]]s gehören auch noch die [[Stäbchen (Auge)|Stäbchen]], englisch: ''rods''.

=== Alternative Kürzel ===
{| class="wikitable"
|-
! nach Zapfenart bzw. [[Wellenlänge]]<br />der aufgenommenen Strahlung
! nach Lage des<br />Empfindungsmaximums*
! mit griechischen<br />Buchstaben
! nach [[Farbenfehlsichtigkeit]] bzw.<br />ausgefallenem Farbrezeptor (Zapfen)
|-
! L (''long'')
| R (bei Rot / ''red'')
| ρ (rho)
| P ([[Protanopie]])
|-
! M (''medium'')
| G (bei Grün / ''green'')
| γ (gamma)
| D ([[Deuteranopie]])
|-
! S (''short'') bzw. K (kurz)
| B (bei Blau / ''blue'')
| β (beta)
| T ([[Tritanopie]])
|}
'*) kann zu Verwechslungen mit den Koordinaten des [[RGB-Farbraum]]es führen.

== Theorie ==
Jegliche Farben lassen sich (für einen menschlichen Betrachter) nach dem [[Graßmannsche Gesetze #Erstes graßmannsches Gesetz|ersten Grassmannschen Gesetz]] durch drei Grundgrößen darstellen. Deshalb lässt sich jeder Farbnuance in einem dreidimensionalen [[Vektorraum]] ein [[Farbort]] zuordnen. Diese Betrachtungsweise ist die abstrahierte Symbolik, die für farbgebende Methoden, die [[Farbmetrik]] und technische Behandlung von Farben, wie etwa die [[Farbwiedergabe]] dieses Bildschirms, notwendig wurde. [[Farbraum|Farbräume]] sind an unterschiedliche Aufgaben angepasst und als [[CIE-Normvalenzsystem|CIE-Normfarbraum]], [[RGB-Farbraum]], [[CMYK-Farbraum]] oder [[Lab-Farbraum]] in Benutzung.

Eine Strahlung im sichtbaren Bereich [[Lichtfarbe|direkt von einer Lichtquelle]] oder [[Körperfarbe|indirekt von einer Oberfläche]] übt einen [[Farbreiz]] aus. Dieser verursacht in den drei Zapfen des [[Menschliches Auge|menschlichen Sehorgans]] eine [[Farbvalenz]], einen [[Farbwert]]. Im nachfolgenden Vorgang im Körper wird dies als [[Farbton]] wahrgenommen. Für die „stimulierte“ Reaktion der Farbzentren ist der Begriff [[CIE-Tristimulus-Kurve|Tristimulus]] gebräuchlich, obwohl dieser Begriff auch für die abgewandelten [[Farbvalenz|Normvalenzen]] genutzt wird.

Zur Illustration sind die „Spektralvalenzen“ der Zapfen im Diagramm dargestellt. Die Werte wurden unmittelbar an menschlichen L-, M- und S-Zapfen sowie an menschlichen Stäbchen mit einem Mikroskop-[[Spektrometer]] gemessen.<ref>Bowmaker, Mollon: ''Human rods and cones''. 1983. MSP-Wertetabelle (CSV) in Verbindung mit [http://www.cvrl.org/database/text/pigments/msphum.htm Data Key] auf [http://www.cvrl.org/pigments.htm Colour and Vision Research Labs – Photopigments] auf ''cvrl.ucl.ac.uk'', zuletzt abgerufen am 30. März 2026.</ref> Zusätzlich sind die Messwerte an Rhesusaffen eingetragen, die von Bowmaker durchgeführt wurden.<ref>Bowmaker et al.: ''Rhesus monkey rods, and M- and L-cones.'' 1978. MSP-Wertetabelle (CSV) in Verbindung mit [http://www.cvrl.org/database/text/pigments/msprhes.htm Data Key] bei [http://www.cvrl.org/pigments.htm Colour and Vision Research Labs – Photopigments] auf ''cvrl.ucl.ac.uk'', zuletzt abgerufen am 30. März 2026.</ref>

Trotz individueller Unterschiede in den spektralen Absorptionseigenschaften dieser Zapfen, die etwa durch [[genetische Variation]]en entstehen, und dem spezifischen Einfluss von [[Linse (Auge)|Linse]] oder [[Glaskörper]] im Auge, der durch persönliche Färbung oder etwa im Alter durch [[Linsentrübung|Trübung]] bestimmt wird, stimmen die Absorptionskurven für alle [[normalsichtig]]en Menschen gut überein.

Die Gesamtheit der wahrnehmbaren Farbreize, also der Farben, wird letztlich auf diese drei Größen L, M und S abgebildet. In der „objektiven Welt“ sind es [[Spektralverteilung|spektrale Verteilungen]], die bei jeder (sogar kontinuierlich gestuften) [[Wellenlänge]] zwischen etwa 380 nm und 780 nm Farbreizen mit je einer Intensität von 0 % bis 100 % entsprechen.

=== Mathematische Beschreibung ===
Es lässt sich ein dreidimensionaler Vektorraum bilden, der von den drei Achsen L, M, S aufgespannt wird:

::<math> \vec L {,} \vec M {,} \vec S</math> (... ersatzweise auch <math> \vec P {,} \vec D {,} \vec T </math>)

Der eingestrahlte, das Auge treffende Farbreiz hat die spektrale Zusammensetzung f(λ), die aufnehmenden Zapfen absorbieren mit den Spektralwerten l(λ), m(λ) und s(λ). Diese (''Zapfen-'')Spektralwerte sind die Farbwerte in den Farbgleichungen und ergeben die spektralen Farbvalenzen:

:<math>\vec F {(} \lambda {)} { = } l {(} \lambda {)} \ast \vec L + m {(} \lambda {)} \ast \vec M + s {(} \lambda {)} \ast \vec S</math>

Je nach Interpretation erhält man die ans Nervensystem geleitete Farbvalenz mit den notwendigen drei Farbwerten oder den Farbort der Farbe im Farbraum.

Eine [[Spektralfarbe]] ist in der Farbmetrik ein ausreichend schmaler Ausschnitt des [[Elektromagnetisches Spektrum|elektromagnetischen Spektrums]] mit der [[Bandbreite]] Δλ ''fast'' 0 [[Nanometer|nm]], in der Praxis kann diese Breite minimal 1 nm sein.

=== Lage in der Farbtafel ===
Da die [[V-Lambda-Kurve|Empfindlichkeitskurven]] der Zapfen des menschlichen Auges grundsätzlich keine negativen Zahlenwerte annehmen können, müssen auch die drei [[Farbvalenz #Spektralwerte 2|Spektralwertfunktionen]] des LMS-Systems ausschließlich nichtnegative Werte aufweisen.

Dies ist nur möglich, wenn alle Spektralfarben (und damit alle anderen reellen Farben) ausschließlich durch [[Farbvalenz #Innere Mischung|innere Mischung]] aus den Grundvalenzen <math>\mathbf{L}</math>, <math>\mathbf{M}</math>, <math>\mathbf{S}</math> ermischbar sind. Die drei Grundvalenzen müssen folglich ein [[Gamut]]-Dreieck aufspannen, welches den [[Farbvalenz #Spektralfarbenzug und virtuelle Farben|Spektralfarbenzug]] vollständig umschließt, ''selbst also außerhalb des Spektralfarbenzugs liegen''. Es handelt sich daher (ähnlich wie bei den [[Farbvalenz #Normvalenzen XYZ|Normvalenzen]]) um [[Farbvalenz #Virtuelle Farben|virtuelle]] [[Farbvalenz #Primärvalenzen|Primärvalenzen]].

Jede von ihnen entspricht jener Farbvalenz, welche die zugehörige Farbrezeptor-Art „sehen“ würde, wenn sie allein gereizt würde. Wegen der Überlappung der Empfindlichkeitsbereiche ist es jedoch nicht möglich, eine Rezeptorart allein zu reizen, und keine der Grundvalenzen kann reell erzeugt werden.

== Geschichtliches ==
[[Datei:CIE Tristimul.png|mini|CIE-genormte Spektralwertkurven, dies sind die [[CIE-Normvalenzsystem#Tristimulus und Farbmessung|Tristimulus]]<nowiki />kurven in [[CIE-Normvalenzsystem|X,Y,Z]]]]
[[Datei:CIE Verhältnis.png|mini|Verhältnis der Tristimuluswerte. Beispielsweise betragen die Tristimulus-Verhältnisse bei 480 nm angenähert: x=10 %, y=15 %, z=75 %]]
Die Absorptionsspektren L(λ), M(λ) und S(λ) individuell zu messen ist aufwändig. Die Grundsteine für die [[CIE-Normvalenzsystem|CIE-Systeme]] legten die Messungen und Arbeiten von [[James Clerk Maxwell|Maxwell]], [[Arthur König (Physiker)|König]], [[Conrad Dieterici|Dieterici]] und [[William de Wiveleslie Abney|Abney]], die 1922 von der OSA ([[Optical Society of America]]) zusammengefasst und in bearbeiteter Form veröffentlicht wurden.

Da zu dieser Zeit die Möglichkeiten und die Genauigkeit der Messungen unzulänglich waren, führten David Wright (1928) und John Guild (1931) unabhängig voneinander neue und genauere Mischungsversuche (''color matches'') sowie [[fotometrisch]]e Vergleiche durch und schufen so eine neue Datenbasis. Ihre beiden Datensätze stimmten sehr gut miteinander überein und bestätigten im Rahmen der Genauigkeit auch die älteren Messungen. 1931 wurden Wrights und Guilds Daten von der [[Internationale Beleuchtungskommission|CIE]] international als Datenbasis empfohlen.

Stiles, Burch und Speranskaya lieferten später weitere Daten, die ebenfalls die Messungen von Wright und Guild bestätigten und das System erweiterten.<ref>David L. MacAdam: ''Color Measurement 2. ed.'' Springer-Verlag - Kap. 1.4 „Color Specification in Terms of Equivalent Stimuli“</ref>

Bowmaker führte schließlich mit einem Mikroskop-Spektrometer direkt am Objekt Messungen zu den [[Absorption (Physik)|Absorptions]]<nowiki />eigenschaften der Zapfen durch. Dabei zeigte sich, dass die bisher nur indirekt berechenbaren LMS-Empfindlichkeiten sehr gut mit den Messergebnissen, also den tatsächlichen Werten, übereinstimmten.

Da der originäre LMS-Farbraum für technische Zwecke einige Nachteile enthält, wurden die Zapfenvalenzen LMS durch die virtuellen Normvalenzen XYZ ersetzt und der [[CIE-Normvalenzsystem #Der CIE-Normalbeobachter von 1931 und 1964|CIE-Norm 1931]] zugrunde gelegt.

Bis heute wird als weiterer Nachteil und potentielle Fehlerquelle angesehen, dass die Zahl der Individuen aus den messtechnischen Gründen der 1930er Jahre auf 17 ausgesuchte Personen begrenzt war und Guild nur an 7 von ihnen selbst Messungen durchgeführt hatte. Dennoch hat Stiles 1955 bei nachfolgenden Messungen festgestellt, dass die Daten der 17 Personen eine angemessene Repräsentation des 2°-Standardbeobachters darstellen und gewährleisten.<ref>R. W. G. Hunt: ''Measuring Colour''. Ellis Horwood Ltd. 1987 - S. 44</ref> Da sich aber heute die CIE-Normwerte durchgesetzt haben, wird vorwiegend mit Transformationen wie dem [[DIN99-Farbraum]] unter Nutzung der Rechentechnik korrigiert.

Zur Berücksichtigung aller normalsichtigen Beobachter, die vom Standardbeobachter abweichen, gibt es Datensätze, welche die CIE-Daten ergänzen (''standard deviate observer'', Standardabweichungs-Beobachter) und die sowohl für den 2°- als auch für den 10°-Standardbeobachter gelten.<ref>R. W. G. Hunt: ''Measuring Colour'', Ellis Horwood Ltd. 1987. - Tabelle 7.1 „Modifications of CIE colour-matching functions to obtain a standard deviate observer“</ref>

== Literatur ==
* Manfred Richter: Einführung in die Farbmetrik. Walter de Gruyter, Berlin 1976, ISBN 978-3-11-004751-6.

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Hinweis Farbdarstellung}}

{{SORTIERUNG:Lmsfarbraum}}
[[Kategorie:Farbsystem]]

LMS-Farbraum - Versionsgeschichte

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