Helligkeitswahrnehmung Dozent: Dr Alexander Schütz Referentin: Theresa Stahl.

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)


Gliederung

• Einführung

• Begriffsbestimmung

• Levels of processing

• Konstanzen sind zentral für unsere Wahrnehmung

• Bedeutung von Objektkanten


Gliederung

• Der „Gestalt“ Ansatz

• Intrinsische Bilder

• Lightness- constancy

• Anchoring and frameworks

• Atmosphären

• T-Kreuzungen und weiße Illusionen

• Snake- Illusion


Gliederung

• Bedeutung von Grenzlinien für die Farbwahrnehmung

• Raumwahrnehmung und Farbwahrnehmung

• Die Rolle des Hintergrundes

• Hängt der Grauton von der Lichtintensität ab?

• Zusammenfassung


Helligkeitskonstanz

• Damit eine graue Oberfläche sowohl im Schatten als auch in der Sonne gleich grau erscheint– Muss das visuelle System

Helligkeitskonstanzen herstellen


Helligkeitskonstanz

• Das visuelle System muss die Helligkeit berechnen, um sie richtig abschätzen zu können

• Diese menschliche Helligkeitsberechnung arbeitet jedoch nicht perfekt…


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


Begriffsbestimmung

• Reflexion/ R (albedo): variiert von 0% (schwarz)- 100% (weiß)

• Luminanz• Illuminanz

– Physikalische Größen

• Lightness: wahrgenommene Relexion• Brightness/ B: wahrgenommene L.

– Subjektive Größen


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)



• 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



• Center-surround cell weist Laterale Verbindungen auf:

• Licht in der Mitte erregend

• Licht im Äußeren hemmend Verstärkung des Kantensignals



• Querschnitt des rezeptiven Feldes

• Zelle übt einen „lokalen Vergleich“ zw. gegebener und benachbarter Helligkeit aus simultaner Kontrasteffekt


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




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



• 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)





• 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


Der „Gestalt“ Ansatz

• Betont die Bedeutung der Wahrnehmungsorganisation (mittleres Sehkraftlevel Gruppierungen, Zugehörigkeiten…)

• Koffka: Durch Änderungen in der räumlichen Anordnung können simultane Kontraste manipuliert werden


Der „Gestalt“ Ansatz


Intrinsische Bilder


Lightness- constancy

• Reflektivitätsbild (x,y) · Illuminanzbild(x,y)

• = Luminanzbild (x,y) (Wahrnehmung)







• 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)


Anchoring and Frameworks


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


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


Atmosphären


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


Atmosphäre

• Aufgabe des Betrachters:

• Die Luminanz in die wahrgenommene Reflexion umkehren lightness transfer function (LTF)- ist subjektiv


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


The snake illusion


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


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



• 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



• 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…





• John Krauskopf:

• Das Auge sendet nur Informationen über Lichtänderungen an Grenzlinien an das Gehirn

• Bereiche, für die keine Änderung gemeldet wird, ergänzt es einfach


Raumwahrnehmung und Farbwahrnehmung

• Die Raumwahrnehmung spielt eine Rolle bei der 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



Versuch mit weißen und schwarzen Quadraten


Die Rolle des Hintergrundes

• Alfred Yarbus: Verhindert man, dass sich die Bilder der äußeren Umgrenzung auf der Netzhaut bewegen



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)



• 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


Hängt der Grauton von der Lichtintensität ab?

• Gilchrist & Jacobsen:

• Was passiert, wenn man eine Szene baut, die keine Linien mit zusammentreffenden Reflektanzen enthält?



– 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



• 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



• Daher: das Visuelle System schließt vom Intensitätsmuster des Raumes auf seinen Grauton

• Aber wie es das tut wissen wir nicht!


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

Date post:	06-Apr-2015
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Helligkeitswahrnehmung Dozent: Dr Alexander Schütz Referentin: Theresa Stahl.

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