Glossar der Lichtfarbe, Chromatizität und Photometrie

Dieses Nachschlagewerk richtet sich an Fachleute, Ingenieure und Wissenschaftler aus den Bereichen Beleuchtung, optische Technik und Farbmetrik. Jeder Eintrag bietet eine präzise Definition, Theorie, Messmethodik und praktische Anwendungen in der Luftfahrt unter Bezugnahme auf ICAO, CIE und andere maßgebliche Quellen.

A

Absorption (von Licht)

Absorption ist der Prozess, bei dem ein Material einfallende elektromagnetische Strahlung (einschließlich sichtbaren Lichts) aufnimmt und deren Energie – meist in Wärme, manchmal in photochemische Energie – umwandelt. Das Maß der Absorption hängt von den Materialeigenschaften, der Wellenlänge und dem Einfallswinkel ab.

Anwendung:
Absorption beeinflusst die spektrale Zusammensetzung des Lichts in Beleuchtung, Photometrie und Farbmetrik. In der Flugzeugkabinenbeleuchtung werden beispielsweise Materialien mit geringer sichtbarer Absorption für Effizienz gewählt, während Beschichtungen gezielt absorbieren, um Blendung oder UV-Strahlung zu reduzieren.

Messung:
Quantifiziert durch den Absorptionskoeffizienten; gemessen mit Spektralphotometern oder Ulbricht-Kugeln. ICAO-Normen (Anhang 14) verlangen, dass Oberflächenmaterialien für die Rollbahnbeleuchtung auf Absorption geprüft werden, um Sichtbarkeit und Farbtreue zu gewährleisten.

Beispiel:
Graufilter und Sonnenbrillen nutzen kontrollierte Absorption zur Lichtdämpfung. In der Photometrie werden Absorptionskorrekturen für exakte Messungen des Lichtstroms oder der Chromatizität vorgenommen.

B

Schwarzkörper (Planckscher Strahler)

Ein Schwarzkörper ist ein ideales Objekt, das sämtliche einfallende Strahlung absorbiert und Energie gemäß dem Planckschen Gesetz wieder abstrahlt. Sein Emissionsspektrum wird ausschließlich durch die Temperatur bestimmt, wobei sich die Wellenlänge des Maximums gemäß dem Wienschen Verschiebungsgesetz umgekehrt proportional zur Temperatur verschiebt.

Anwendung:
Die Schwarzkörperstrahlung bildet die Grundlage für die Definition der Farbtemperatur. Die ICAO legt Schwarzkörper-Chromatizitäten für Flugplatzbeleuchtung fest, um weltweite Einheitlichkeit zu gewährleisten. Der plancksche Kurvenzug im Chromatizitätsdiagramm ist Bezugspunkt für die korrelierte Farbtemperatur (CCT).

Messung:
Schwarzkörperquellen (z. B. Wolfram-Lampen) kalibrieren photometrische Instrumente. Deren spektrale Leistungsverteilung wird mit realen Lichtquellen verglichen, um die CCT zu bestimmen.

Beispiel:
Der CIE-Standard-Beleuchtungswert A (2856 K) ist eine Schwarzkörper-Referenz zur Kalibrierung und Farbwiedergabe. Cockpit-Displays verwenden Schwarzkörper-Referenzen für eine konsistente Weißbalance.

Helligkeit

Helligkeit ist das subjektive Attribut, das beschreibt, wie leuchtend eine Fläche für einen menschlichen Beobachter erscheint – unabhängig von ihrer physikalischen Leuchtdichte. Sie wird beeinflusst durch Lichtintensität, Anpassung des Auges, Hintergrund und Kontrast und ist ein Wahrnehmungsphänomen, kein direkt messbarer physikalischer Wert.

Anwendung:
Leuchtdichte (cd/m²) ist die physikalische Entsprechung, aber die menschliche Wahrnehmung kann aufgrund des Purkinje-Effekts oder Blendung abweichen. Die ICAO gibt Mindestwerte und Gleichmäßigkeit der Leuchtdichte für Flugplatzbeleuchtung vor, um eine ausreichende wahrgenommene Helligkeit für die Piloten zu gewährleisten.

Messung:
Leuchtdichtemessgeräte oder bildgebende Photometer liefern objektive Messwerte. Psychophysikalische Tests setzen wahrgenommene Helligkeit ins Verhältnis zur Leuchtdichte in der Forschung.

Beispiel:
Randbefeuerungslichter müssen eine Mindestleuchtdichte für gute Sichtbarkeit erfüllen, wobei atmosphärische Dämpfung berücksichtigt wird. Die Helligkeit der Cockpitbeleuchtung wird angepasst, um Blendung zu vermeiden und die Nachtsicht zu erhalten.

C

Candela (cd)

Die Candela (cd) ist die SI-Basiseinheit der Lichtstärke – die in eine bestimmte Richtung pro Raumwinkel (Steradiant) abgestrahlte Lichtleistung, gewichtet mit der V(λ)-Empfindlichkeitskurve für das photopische Sehen des Menschen.

Anwendung:
Candela quantifiziert die gerichtete Abstrahlung von Signal- und Navigationslichtern. Die ICAO legt Mindest- und Höchstwerte in Candela für die Luftfahrtbeleuchtung fest, um Sichtbarkeit und Blendungsfreiheit sicherzustellen.

Messung:
Gemessen mit Goniophotometern oder photometrischen Bänken, indem ein Sensor in bestimmten Winkeln ausgerichtet und der Lichtstrom pro Raumwinkel erfasst wird.

Beispiel:
Mittellinienlichter auf Start- und Landebahnen müssen im Hauptstrahl mindestens 200 cd ausstrahlen (ICAO Anhang 14). Flugzeug-Antikollisionslichter werden für die Sichtbarkeit aus definierten Winkeln in Candela bewertet.

Chromatizität

Chromatizität beschreibt die Farbart unabhängig von der Helligkeit – sie definiert Farbton und Sättigung. Dargestellt durch Koordinatenpaare (x, y) im CIE-1931- oder (u’, v’) im CIE-1976-Diagramm.

Anwendung:
Grundlegend für Farbspezifikation in Beleuchtung, Displays und Materialwissenschaft. Luftfahrtnormen legen Chromatizitätsbereiche für Signalleuchten fest, damit Farben zur Sicherheit unterscheidbar sind.

Messung:
Abgeleitet aus den Tristimuluswerten (X, Y, Z) mithilfe der CIE-Farbwertfunktionen. Geräte wie Spektroradiometer messen die spektrale Leistungsverteilung und berechnen daraus die Chromatizität.

Beispiel:
Die ICAO definiert grüne Chromatizitätsgrenzen für Rollbahnlichter. Bei der LED-Herstellung ist eine enge Kontrolle der Chromatizität nötig, um sichtbare Farbunterschiede zu vermeiden.

Chromatizitätskoordinaten

Numerische Werte, die die Position einer Farbe im Chromatizitätsdiagramm bestimmen – (x, y) im CIE-1931-, (u’, v’) im CIE-1976-UCS.

Anwendung:
Präzise Kommunikation und Spezifikation von Farbtoleranzen in Fertigung und Regulierung. Die ICAO legt zulässige Koordinaten für die Konformität der Luftfahrtbeleuchtung fest.

Berechnung:
Aus den Tristimuluswerten:

• x = X/(X+Y+Z)
• y = Y/(X+Y+Z)
• u’ = 4X/(X+15Y+3Z)
• v’ = 9Y/(X+15Y+3Z)

Beispiel:
LED-Module für Flugzeuginnenräume werden auf (x, y)-Koordinaten getestet, um Farbhomogenität sicherzustellen.

Chromatizitätsdiagramm

Eine zweidimensionale grafische Darstellung aller wahrnehmbaren Chromatizitäten. Am weitesten verbreitet sind das CIE-1931-(x, y)- und das CIE-1976-(u’, v’)-Diagramm. Der Spektrallokus bildet den Rand der reinen Spektralfarben.

Anwendung:
Verwendung in Beleuchtungs- und Displaydesign, Kalibrierung und Regulierung. ICAO- und CIE-Normen definieren Farbbereiche zur Einhaltung der Vorgaben.

Visualisierung:
Das CIE-1931-Diagramm hat eine Hufeisenform; der plancksche Kurvenzug zeigt den Verlauf der Farbtemperatur.

Beispiel:
Die Zertifizierung neuer LED-Startbahnlichter erfolgt durch Eintragung ihrer Chromatizität zur Überprüfung der ICAO-Konformität.

CIE (Commission Internationale de l’Éclairage)

Die CIE ist die internationale Autorität für Licht- und Farbmesstechnik. Sie entwickelt Systeme und Nomenklatur für Photometrie, Farbmetrik und Radiometrie und bildet die Grundlage für ICAO-, ISO- und IES-Normen.

Wichtige Beiträge:

• CIE-1931-Standardbeobachter und Farbwertfunktionen
• Standardbeleuchtungen (A, D65 usw.)
• Definitionen von Chromatizität, Farbtemperatur, Farbwiedergabe
• Messprotokolle für photometrische Einheiten

Beispiel:
Die Farbvorgaben der ICAO für Startbahnbeleuchtung basieren auf CIE-Normen und gewährleisten globale Einheitlichkeit und Sicherheit.

CIE-1931-Standardbeobachter

Ein mathematisches Modell der durchschnittlichen menschlichen Farbwahrnehmung unter Tageslichtbedingungen, basierend auf den Farbwertfunktionen (x̄(λ), ȳ(λ), z̄(λ)) für ein Sichtfeld von 2° (Fovea).

Anwendung:
Referenz für alle farbmetrischen Berechnungen – XYZ-Werte, Chromatizitätskoordinaten und Farbräume. Die ICAO schreibt den CIE-1931-Beobachter für die Zertifizierung von Luftfahrtbeleuchtung vor.

Messung:
Farbmetrische Instrumente verwenden diese Funktionen zur Ableitung von XYZ-Werten aus spektralen Messungen.

Beispiel:
Ein Spektroradiometer misst die spektrale Leistungsverteilung von Navigationslichtern und wendet die CIE-1931-Funktionen an, um Farbkoordinaten für die regulatorische Konformität zu berechnen.

Farbkoordinate

Ein numerischer Wert (oder Satz), der einen Farbreiz in einem Farbraum oder Chromatizitätsdiagramm lokalisiert – (x, y) im CIE-1931-, (u’, v’) im CIE-1976-, (L*, a*, b*) im CIE Lab*-Farbraum.

Anwendung:
Für Farbspezifikation, Fertigung, Beleuchtungsdesign und Konformität. Luftfahrtleuchten sind in ICAO-Dokumenten durch spezifische Farbkoordinaten definiert.

Beispiel:
Rollbahnlichter werden chargenweise auf (x, y)-Koordinaten getestet, um sicherzustellen, dass sie das geforderte Grün abstrahlen.

Farbwertfunktionen

Standardisierte spektrale Empfindlichkeitskurven (x̄(λ), ȳ(λ), z̄(λ)), die die Reaktion des CIE-Standardbeobachters auf monochromatisches Licht repräsentieren. Sie geben an, wie viel von jedem Primärfarbreiz benötigt wird, um eine bestimmte Wellenlänge farblich auszugleichen.

Anwendung:
Mathematische Grundlage zur Umwandlung von spektralen Leistungsverteilungen in XYZ-Tristimuluswerte – Basis aller farbmetrischen Berechnungen.

Messung:
Als Gewichtungsfaktoren auf gemessene Spektren von 380–780 nm angewendet.

Beispiel:
Spektren von Flugzeugwarnleuchten werden mit Farbwertfunktionen multipliziert, um die Konformität der Chromatizität zu überprüfen.

Farbmetrik

Die Wissenschaft der quantitativen und beschreibenden Erfassung menschlicher Farbwahrnehmung mit standardisierten Systemen und numerischen Kennwerten. Sie umfasst Farbräume, Messprotokolle und mathematische Transformationen, die physikalisches Licht mit wahrgenommener Farbe verbinden.

Anwendung:
Grundlage für Spezifikation und Qualitätskontrolle von Farben in Beleuchtung und Displays. ICAO- und CIE-Normen verwenden farbmetrische Methoden zur Definition zulässiger Parameter für Luftfahrtbeleuchtung.

Messung:
Umfasst Messung der spektralen Leistungsverteilung, Anwendung der Farbwertfunktionen und Berechnung von Tristimuluswerten, Chromatizität und korrelierter Farbtemperatur.

Beispiel:
LED-Navigationslichter werden farbmetrisch analysiert, um die ICAO-Konformität sicherzustellen.

Farbwiedergabe (Farbwiedergabeindex, CRI)

Farbwiedergabe beschreibt, wie getreu eine Lichtquelle die Farben von Objekten im Vergleich zu einer Referenz wiedergibt. Der Farbwiedergabeindex (CRI, Ra) ist eine CIE-Kennzahl (0–100), die diese Eigenschaft quantifiziert.

Anwendung:
Entscheidend in Bereichen, wo Farbwiedergabetreue wichtig ist – Flugzeugkabinen, Leitstände und Beschilderungen. ICAO und IES empfehlen Mindest-CRI-Werte für Innen- und Außenbeleuchtung zur Sicherheit und guten Wahrnehmbarkeit.

Messung:
Bestimmt durch Beleuchten standardisierter Farbproben, Messen der Farbdifferenzen zur Referenz und Mitteln der ersten acht Testfarben.

Beispiel:
Die Kabinenbeleuchtung von Passagierflugzeugen wird mit einem CRI über 80 spezifiziert, um Komfort und eine korrekte Wahrnehmung von Sicherheitsschildern zu gewährleisten.

Farbraum

Ein mathematisches System, das eine Menge von Farben als Koordinaten definiert. Gängige Räume: CIE XYZ (geräteunabhängig), sRGB (Displays), CIE Lab* (wahrnehmungsgleichmäßig).

Anwendung:
Ermöglicht konsistente Farbdarstellung über Geräte und Medien hinweg. Luftfahrtbeleuchtung, Displays und Materialien referenzieren Farbräume zur technischen Spezifikation und Einhaltung von Vorgaben.

Beispiel:
Cockpit-Displays von Flugzeugen werden im sRGB-Farbraum kalibriert, um die korrekte Darstellung von Symbolen und Warnfarben zu gewährleisten.

Farbtemperatur

Die Temperatur in Kelvin (K) eines Schwarzkörperstrahlers, der Licht mit einer dem Licht der Lichtquelle am ähnlichsten Farbe abstrahlt. Beschreibt den Farbton von Weißlicht von warm (niedrig K) bis kühl (hoch K).

Anwendung:
Spezifiziert den Farbton von Weißlichtquellen im Beleuchtungsdesign. Die ICAO verweist auf die Farbtemperatur, um verschiedene Klassen weißer Flugplatzbeleuchtung zu unterscheiden.

Messung:
Bestimmt durch Vergleich der Chromatizität der Lichtquelle mit dem planckschen Kurvenzug im Chromatizitätsdiagramm.

Beispiel:
Randbefeuerungslichter können mit 4000–6500 K für neutral bis kühlweiß spezifiziert werden, um maximale Sichtbarkeit zu gewährleisten.

Korrelierte Farbtemperatur (CCT)

Die CCT ist die Temperatur des Schwarzkörpers, dessen Chromatizität der einer Nicht-Schwarzkörperquelle (wie LEDs) am nächsten kommt und wird in Kelvin (K) angegeben. Sie beschreibt den Farbton von Weißlicht, wenn die Quelle kein perfektes Schwarzkörperstrahlen aussendet.

Anwendung:
Die CCT gibt die „Weiße“ von LEDs, Leuchtstoff- oder anderen entwickelten Lichtquellen an. In der Luftfahrt gewährleistet die CCT ein einheitliches Erscheinungsbild von Signal- und Rollbahnbeleuchtung, auch bei modernen Nicht-Schwarzkörperquellen.

Messung:
Die Chromatizität der Quelle wird im Diagramm eingetragen und die CCT durch den nächstgelegenen Punkt auf dem planckschen Kurvenzug bestimmt.

Beispiel:
LED-Startbahnlichter werden hinsichtlich der CCT spezifiziert, damit ihr Weiß mit bestehenden Glühlampensystemen übereinstimmt.

Dieses Glossar wird kontinuierlich erweitert, da sich Beleuchtungstechnik, Messtechnik und Normen weiterentwickeln.