helligkeitswahrnehmung dozent: dr alexander schütz referentin: theresa stahl
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Helligkeitswahrnehmung
Dozent: Dr Alexander Schütz
Referentin: Theresa Stahl
Helligkeitswahrnehmung 2
Worum geht es?
• Every light is a shade, compared to the higher lights, till you came to the sun; and every shade is a light, compared to the deeper shades, till you came to the night.
John Ruskin (1879)
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Gliederung
• Einführung
• Begriffsbestimmung
• Levels of processing
• Konstanzen sind zentral für unsere Wahrnehmung
• Bedeutung von Objektkanten
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Gliederung
• Der „Gestalt“ Ansatz
• Intrinsische Bilder
• Lightness- constancy
• Anchoring and frameworks
• Atmosphären
• T-Kreuzungen und weiße Illusionen
• Snake- Illusion
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Gliederung
• Bedeutung von Grenzlinien für die Farbwahrnehmung
• Raumwahrnehmung und Farbwahrnehmung
• Die Rolle des Hintergrundes
• Hängt der Grauton von der Lichtintensität ab?
• Zusammenfassung
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Helligkeitskonstanz
• Damit eine graue Oberfläche sowohl im Schatten als auch in der Sonne gleich grau erscheint– Muss das visuelle System
Helligkeitskonstanzen herstellen
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Helligkeitskonstanz
• Das visuelle System muss die Helligkeit berechnen, um sie richtig abschätzen zu können
• Diese menschliche Helligkeitsberechnung arbeitet jedoch nicht perfekt…
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Begriffsbestimmung
• Luminanz: Menge des sichtbaren Lichtes, das von Oberfläche zum Auge gelangt
• Illuminanz: Betrag des einfallenden Lichtes auf die Oberfläche
• Reflexion: Anteil des reflektierten einfallenden Lichtes von der Oberfläche
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Begriffsbestimmung
• Reflexion/ R (albedo): variiert von 0% (schwarz)- 100% (weiß)
• Luminanz• Illuminanz
– Physikalische Größen
• Lightness: wahrgenommene Relexion• Brightness/ B: wahrgenommene L.
– Subjektive Größen
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Levels of processing
• Das visuelle System bearbeitet Informationen auf vielen Stufen:
• 1. Low Level (retinale Verarbeitung):– Lichtgewöhnung– Rezeptive Felder der Ganglienzellen
• 2. High Level (kortikale Verarbeitung):– Kognitive Prozesse werden miteinbezogen
(Wissen über Objekte, Vorgänge, Materialien)
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Levels of processing
• Dazwischen- das Mid-Level– Schlecht definierte Region
– Involviert Oberflächen, Konturen, Gruppierungen
• Ewald Hering betrachtete Adaption und lokale Interaktion auf Low-Level Basis als entscheidendenden Mechanismus
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Levels of processing
• Center-surround cell weist Laterale Verbindungen auf:
• Licht in der Mitte erregend
• Licht im Äußeren hemmend Verstärkung des Kantensignals
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Levels of processing
• Querschnitt des rezeptiven Feldes
• Zelle übt einen „lokalen Vergleich“ zw. gegebener und benachbarter Helligkeit aus simultaner Kontrasteffekt
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Konstanzen sind zentral für unsere Wahrnehmung
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Konstanzen sind zentral für unsere Wahrnehmung
• Der Simultane Kontrast Effekt• Durch die Helligkeitsunterschiede in der
Umrandung kommt es zu Fehlern in unserer Wahrnehmung
• Mach`sches Band• Wenn eine räumliche Rampe in Sachen
Helligkeit abrupt ihr Gefälle ändert erscheint ein helles oder dunkles Band
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Konstanzen sind zentral für unsere Wahrnehmung
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Die Bedeutung von Objektkanten
• Land & McCann (1971): Retinexmodell• Reflexionen der Helligkeit sind räumlich
konstant außer an Kanten• Illuminanz ändert sich räumlich nur
graduellUnterscheidung möglich zw.
– Reflektivität: hohe räumliche Gradienten– Illuminanz: niedrige räumliche Gradienten
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Die Bedeutung von Objektkanten
• Der Craik- O`Brian- Cornsweet Effekt (COCE)
• Durch den starken Übergang zw. beiden „Vierecken“ entsteht der Eindruck, dass eines der beiden heller wäre
• Sie sind jedoch in ihrer Helligkeit identisch/ konstant! (siehe gestrichelte Linie)
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Die Bedeutung von Objektkanten
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Die Bedeutung von Objektkanten
• Helmholtz:• „What we perceive is our visual system`s
best guess as to what is in the world…“• Helligkeit ist Konstrukt der gesamten
Wahrnehmung des Menschen• Helligkeitskonstanz durch
Schlussfolgerungen und Verrechnung der Illuminanz
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Der „Gestalt“ Ansatz
• Betont die Bedeutung der Wahrnehmungsorganisation (mittleres Sehkraftlevel Gruppierungen, Zugehörigkeiten…)
• Koffka: Durch Änderungen in der räumlichen Anordnung können simultane Kontraste manipuliert werden
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Der „Gestalt“ Ansatz
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Intrinsische Bilder
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Lightness- constancy
• Reflektivitätsbild (x,y) · Illuminanzbild(x,y)
• = Luminanzbild (x,y) (Wahrnehmung)
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Lightness- constancy
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Lightness- constancy
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Lightness- constancy
• Die Parallelogramme lassen die gleichen Grautöne unterschiedlich dunkel erscheinen
• Helmholtz: hell beleuchtete Fläche (b) unterscheidet sich von dunkel Beleuchteter die Ψ-Junctions schaffen die 3D Wahrnehmung
• Todorovic: Resultat simpler 2D Berechnung (Helligkeit wird an Gruppierungen, entstanden durch die Kreuzungen, berechnet)
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Anchoring and Frameworks
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Anchoring and Frameworks
• Visuelles System nutzt Nachbarflächen (Anker), um die Helligkeit zu bestimmen
• Je mehr Anker an der Fläche desto besser die Helligkeitseinschätzung
• Articulated surrounding
• Adaptive Fenster passen sich dem an
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Atmosphären
• Luminanz(L) ergibt sich auch aus anderen FaktorenFilter (z.B. Sonnenbrille) + Reflexion (R)
• Kombinierte Faktoren als lineare Transformation L=m R+e Atmosphäre (Atmospharic Transfer Function- ATF)
• Atmosphäre kann beliebig große additive Komponente besitzen
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Atmosphären
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Atmosphäre
• Linke Scheibe dämpfende Atmosphäre• Rechte Scheibe trübe Atmosphäre• Fig.(a) e=0 keine additive Lichtquelle• m=Anstieg der linearen Gleichung• Pfeil zeigt, wie die jeweiligen Reflexionen in der
Luminanz abgebildet werden• Fig(b) Dimmer Atmosphäre- Anstieg ist reduziert• Fig(c) trübe Atmosphäre L. gestaucht durch m,
gepusht durch e
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Atmosphäre
• Aufgabe des Betrachters:
• Die Luminanz in die wahrgenommene Reflexion umkehren lightness transfer function (LTF)- ist subjektiv
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T-Kreuzungen und weiße Illusionen
• weiße Illusion durch den benachbarten Kontrast wirken die rechten Streifen dunkler sind aber vom gleichen Grauton
• T- Kreuzungen sorgen für die versch. Atomsphären
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The snake illusion
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The snake illusion
• (b) zeigt keine atmosphärischen Begrenzungen durch X- Kreuzungen wie in (a), was die Transparenz vermittelt
dadurch wird unser adaptives Fenster groß und kann die hellen und dunklen Streifen besser integrieren
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Bedeutung der Grenzlinien für die Farbwahrnehmung
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Bedeutung der Grenzlinien für die Farbwahrnehmung
• Das visuelle System ermittelt Änderungen der Reflexion an den Grenzlinien und extrahiert dadurch die Farbe der Fläche
• Im Falle einer ungleichmäßigen Beleuchtung entstehen Beleuchtungsgrenzlinien– Objektbezogene und Projizierte
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Bedeutung der Grenzlinien für die Farbwahrnehmung
• Um das Reflexionsvermögen einer Fläche zu bestimmen:
vergleicht das visuelle System Intensität des von einer Fläche reflektierten Lichtes mit der Intensität des reflektierten Lichtes der Nachbarfläche
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Bedeutung der Grenzlinien für die Farbwahrnehmung
• Das Bild muss sich dazu ständig relativ zur Netzhaut bewegen Zitterbewegungen des Auges von 30- 150 Hertz
• Wenn man das Bild derart stabilisiert, dass es sich nicht mehr relativ zur Netzhaut bewegen kann kommt es zu Ausfällen der Wahrnehmung…
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Bedeutung der Grenzlinien für die Farbwahrnehmung
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Bedeutung der Grenzlinien für die Farbwahrnehmung
• John Krauskopf:
• Das Auge sendet nur Informationen über Lichtänderungen an Grenzlinien an das Gehirn
• Bereiche, für die keine Änderung gemeldet wird, ergänzt es einfach
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Raumwahrnehmung und Farbwahrnehmung
• Die Raumwahrnehmung spielt eine Rolle bei der Farbwahrnehmung!
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Raumwahrnehmung und Farbwahrnehmung
• Warum erscheinen die Figuren unterschiedlich in der Farbwahrnehmung?
• Änderung der Reflexion oder Änderung in der Beleuchtung das visuelle System ist zur Beantwortung dieser Frage auf räumliche Informationen angewiesen
• Durch sie kann es entscheiden, ob die Unterschiede auf Schatten oder Farbunterschiede zurückzuführen sind
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Raumwahrnehmung und Farbwahrnehmung
Versuch mit weißen und schwarzen Quadraten
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Die Rolle des Hintergrundes
• Alfred Yarbus: Verhindert man, dass sich die Bilder der äußeren Umgrenzung auf der Netzhaut bewegen
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Die Rolle des Hintergrundes
so nimmt man die Halbkreise nicht wahr• Der Betrachter sieht nur die beiden roten
Scheiben• Die Rechte erscheint dunkler als der
Hintergrund weil uns die Information über die schwarzen und weißen Hintergründe erhalten bleibt (obwohl sie nicht mehr wahrgenommen werden)
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Die Rolle des Hintergrundes
• Das entstehende Bild auf der Netzhaut sollte eher als Muster von Grenzlinien denn als Muster von Farbflächen aufgefasst werden
denn das Muster von Farbflächen ergibt sich aus dem Muster von Grenzlinien
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Hängt der Grauton von der Lichtintensität ab?
• Gilchrist & Jacobsen:
• Was passiert, wenn man eine Szene baut, die keine Linien mit zusammentreffenden Reflektanzen enthält?
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Hängt der Grauton von der Lichtintensität ab?
– Direktes Licht: von der Glühlampe
• Indirektes Licht: Reflexion der Flächen im Raum (liegt im schwarzen Raum bei 3% kaum indirektes Licht vorhanden)
• Direktes Licht lässt alle Kanten scharf hervortreten
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Hängt der Grauton von der Lichtintensität ab?
• Da im weißen Raum ein Reflexionsvermögen der Flächen von 90% herrscht
viel indirektes Licht, das die Kanten verwischt
• Dieses Reflexionsvermögen gilt sowohl bei starker, als auch bei schwacher Beleuchtung
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Hängt der Grauton von der Lichtintensität ab?
• Daher: das Visuelle System schließt vom Intensitätsmuster des Raumes auf seinen Grauton
• Aber wie es das tut wissen wir nicht!
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Zusammenfassung
• Zusammenhang zwischen Wahrnehmung der Farbe einer Fläche und der Beleuchtung einer Fläche
• Das visuelle System vergleicht Grenzlinien und erfährt dadurch etwas über die Beleuchtung und Farbe einer Fläche