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18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung 1
Helligkeitswahrnehmung und Helligkeitsillusionen
Dozent: Dr. Alexander SchützReferent: Tobias ZahnSeminar: Visuelle Wahrnehmung A
Gliederung
1. Einstieg2. Wichtige Definitionen3. Illusionen und Lösungsevidenzen4. Diskussion der Klausurfragen5. Quellenverzeichnis
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1.Einstieg in das Thema (Licht und Schatten)
„Every light is a shade, compared to the higher lights, till you come to the sun; and every shade is a light, compared to the deeper shades, till you come to the night.“
John Ruskin (1879)
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1.Einstieg in das Thema
• Menschliche Berechnung von Helligkeit ist imperfekt, stellt die Umwelt aber in den meisten natürlichen Situationen gut dar
• Probleme treten bei Konfrontationen mit unnatürlichen Szenen, speziell bei Illusionen auf
• Nachfolgend betrachten wir, was wir anhand von Helligkeitsillusionen über
unsere Helligkeitswahrnehmung lernen können
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2.Wichtige Definitionen
Luminance: Menge sichtbaren Lichts, welches von einer Oberfläche insAuge einfällt
Illuminance: Lichtmenge, welche auf eine Oberfläche, von einer Lichtquelleausgehend, einfällt
reflectance: Reflexionsgrad = Anteil, des von einer Oberfläche zurückgestrahlten Lichts
Luminance, illuminance und reflectance sind physikalischeMengeneinheiten, welche mit diversen physikalischen Geräten messbar sind
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2.Wichtige Definitionen
lightness: wahrgenommene reflectance einer Oberfläche – Versuch des
visuellen Systems, reflectance basierend auf den luminances in den Szenen zu extrahieren
brightness: wahrgenommene luminance, wahrgenommene Intensität
des vom Objekt zurückgestrahlten Lichts
lightness und brightness sind subjektiv empfundene Einheiten
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2.Wichtige Definitionen
Helligkeitskonstanz: Fähigkeit, verschiedene Flächen bei
unterschiedlichen Lichteinflüssen konstant wahrzunehmen
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3.Der Simultan-Kontrast-Effekt
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3.Der Simultan-Kontrast-Effekt
Wahrheit: Beide innere Quadrate aus selben Grauton Illusionserklärung: Linkes Quadrat In Peripherie und an Kanten des Quadrats-
weniger starke Hemmung des rezeptiven Feldes der Retina als im rechten Quadrat-Dadurch denkt sich visuelles System die Erregung in Mitte heller als sie wirklich ist
Center-surround inhibition
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3.Craik-O´Brien-Cornsweet Effekt (COCE)
3.Craik-O´Brien-Cornsweet Effekt (COCE)
Wahrheit: Beide Vierecke sind identisch und luminance ebenfalls
Illusionserklärung: Rechtes Viereck erscheint heller aufgrund des Übergangs des dunklen Kontrastes in der Mitte
denken wir ist objektbezogene Kante-dabei projezierte Kante Harte Kante in Mitte, nebenan weiche, deshalb wird subjektiv
eine stärkere reflectance rechts wahrgenommen
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3.Verarbeitungsebenen
High-level: Kognition – Wahrnehmung ist das Produkt von Inferenzen, d. h.
Wahrnehmungsinterpretation aufgrund von unvollkommenen Datenbild und vorherigen Erfahrungen
Low-level: -Aufnhame des Lichts mit Retina -Lokale Interaktion mittels rezeptiven Feldern
Mid-level: -Gestaltpsychologen – Koffka - Gruppierung (Nachbarschaft, Ähnlichkeit…) -Grenzen und Konturen
Helligkeitsverarbeitung benötigt alle Ebenen
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3.Grenzen der low-level Prozesse
• Helligkeitskonstanz wird aus Helmholtz Sicht durch Schlussfolgerung aus der illuminance erreicht
• Low-level Prozesse reichen bei der Beschreibung der natürlichen Umgebung nicht aus, sondern die Involvierung des ganzen visuellen Systems ist erforderlich
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3.Knill und Kersten´s illusion
3.Knill und Kersten´s illusion
Wahrheit: Beide Objekte in A sind identisch, genau wie Objekte in B Beide gleiche COCE-ramps Beide selbe luminance Illusionserklärung: -In A werdem die ramps als Schatten interpretiert, -In B wird Kante zwischen Objekten als Objektkannte wahrgenommen -Durch diese unterschiedlichen Anordnungen/Gruppierungen
nehmen wir A als identisch war und das rechte Quadrat von B heller war
Mid-level - Gestaltansatz
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3.Koffka-Ringe
3.Koffka-Ringe
Wahrheit: Kreis in A, 2 Halbkreise in B und die beiden geschlängelten
Kreise in C sind aus gleichem grauton Illusionserklärung: -A Das Grau des Kreises ist identisch -B Rechter Halbkreis wirkt dunkler, da simultaner Kontrast→
durch räumliche Anordnung manipuliert wird -C Rechte geschlängelter Kreis wirkt hier am dunkelsten, durch
Verschiebung und Änderung des direkten Umfelds Mid-level-Gestaltansatz
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3.„Checker-block“
3.„Checker-block“
Wahrheit: Diagonal gegenüberliegende Flächen haben gleichen Grauton
Illusionserklärung p und q: -gleiche reflectance aber -Unterschied in luminance und deswegen Unterschied in
brightness, deshalb scheint p heller zu sein Illusionserklärung q und r: -Gleiche illuminance aber r hat größer reflectance und dadurch
höhere luminance llusionserklärung p und r: Haben wahrscheinlich die selbe luminance, aber unterschiedlich in lightness und brightness
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3.Das Problem der Helligkeitskonstanz
Physikalische Sicht des Problems:
Illuminance ( Beleuchtungsstärke ) = E (x,y) Reflectance ( Reflexionsgrad )= R (x,y) Luminance (Leuchtdichte )= l (x,y)
L (x,y) = e (x,y) * r (x,y)
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3.Lösungsvorschläge
• Aus mathematischer Sicht ein unlösbares Problem, da E und R willkürliche Funktionen sind und für jedes E ein eingeschätztes R existiert, dass das Bild produziert
• Trotzdem kann das visuelle System diese ziemlich gut berechnen
• Deswegen Annahme: E und R sind doch keine willkürlich wählbaren Parameter und beschränkt durch die statistischen Beschaffenheiten unserer Umwelt
3.„Checker-Block“
Jeder Kantendetektor oder Filter würde eingekreistelte Kanten als identisch ansehen
Tatsächliche Wahrnehmung:• Obere:
Illuminanceunterschied• Untere:
Reflectanceunterschied
» FIGURE 24.8 (a) The local ambiguity of edges
3.„Checker-Block“
Interpretationstheorie:• Unser visuelles System setzt die beiden Kanten in
einen höheren Kontext• Dies passiert durch die Berücksichtigung
verschiedener Junktionen
Junktionen = Platz, an welchem 2 oder mehrere Kanten ineinander übergehen
3.„Checker-Block“
Junktionstypen Ψ-Junktion:• Trennung 2er
illuminancestärken• Trennung 2er
reflectancestärken
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3.Das gewellte Karo
3.Das gewellte Karo
Wahrheit: Die beiden Quadrate sind aus dem gleichen grau
Illusionserklärung: -A: Die obere Stelle scheint dunkler zu sein, jedoch weisen
beide gleiche illumination auf -Wechsel in den Ψ-Junktionen beeinflusst Wahrnehmung der
3D-Oberflächenorientierung, somit nehmen wir die obere Fläche dunkler wahr
-B Durch die veränderte Form ist zusätzlich die illuminance unten stärker und somit könnte der wahrgenommene Kontrast größer als in A sein
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3.Das gewellte Karo
3.Das gewellte Karo
Kritik von Tudorovic: -c illuminance gleich + Form, welche 3D-
Effekte ausschliesst -Trotzdem bleibt Illusion
-d Hinweis laut Gilchrist: -Visuelle System berechnet in 2D -Ψ-Junktionen als gruppierende Elemente
der 2D-Anordnung Mid-level-Gestalt
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3.Das gewellte Karo
• Das löst ein Teil des Helligkeitsproblems, jedoch absoluter reflectance-Anteil ist unbekannt
• Land und McCann legten als fixe Größe weiß fest mit max. luminance fest
Alle Graus können relativ zu weiß skaliert sein =- größte luminance-Regel-- Zusatz: Größte Fläche tendierd dazu weiß bzw. hell
zu erscheinen
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3.Simultan-Kontrast-Effekt 2
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3.Simultan-Kontrast-Effekt 2
• Der verstärkte Kontrast bzw. Illusion wird durch den Term articulation erreicht. ( Katz 1935 ), obwohl luminance weiterhin gleich
• Bezieht sich auf die Anzahl verschiedener Oberflächen innerhalb einer Region
• Im Labor: Stärke des illusorischen Kontrasts kann so gedoppelt
werden
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3.Statistische Einschätzung
Annahme:
Die statistische Einschätzung ist Beitrag dazu, wie wir verschiedene Helligkeiten aus verschiedenen luminances und reflectances ziehen Quasi Intepretationshilfe für subjektive Wahrnehmung
3.Adaptive Window
Gebiet, welches man fokussiert:
• Wächst, wenn zu wenig Infos vorhanden sind
• Schrumpft, wenn zu viele Infos vorhanden sind
• Annahme: Ecken sind weich und Kreis oder Elipse ergibt sich
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3.Atmosphären
- Illuminance ist nur ein Faktor, welcher die luminance entsprechend einer gegebenen reflectance determiniert
- Atmosphäre = Raum zwischen einer Person und seinem fokussierten Objekt
-Dazwischen können Filter wie z.B Sonnenbrille, Nebel, Trübung, Blendlicht etc. liegen und mit multiplikativen Effekten wie illuminance kombiniert werden, um die Atmosphäre zu bilden
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3.Atmosphären
Meisten physikalische Effekte führen zu linearen Transformationen
Atmosphären-Transfer-Funktion (ATF)
L = mR+e L=luminance r=reflectance e= additive Lichtquelle, Filter m= determiniert durch Lichtmenge, welche auf eine
Oberfläche fällt
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3.CrissCross illusion
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3.CrissCross illusion
Wahrheit: Die kleinen gekippten Rechtecke sind aus selben
Grauschattierung
Illusionserklärung: -Ψ-Junktionen entlang vertikaler Kanten bauen
starke atmosphärische Grenzen auf -Innerhalb jeden vertikalen Streifens gibt’s 3
luminances und multiple Kanten, um articulation aufzubauen.
-Kombi der Tricks führt zur Annahme, dass umgekippte Rechtecke in dunklen Streifen heller wirken
Illusion funktioniert auch ohne 3D
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4.Klausurfagen
1. Nennen Sie die Unterschiede der high-,low- und mid-levels!
2. In welchen Situationen funktioniert bei uns Menschen Helligkeitskonstanz sehr gut und in welchen nicht?
4.Antworten der Klausurfragen
Zu 1: High-level= Wahrnehmungsinterpretation auf kognitiver Ebene Low-level= Lichtaufnahme mit Retina Lokale Interakion der rezeptiven Felder mid-level= Wahrnehmungsinterpretation mittels Gestaltansätzen wie Gruppierungen, Grenzen und
Konturen
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4. Antworten der Klausurfragen
Zu 2: -Besonders gut in natürlichen Situationen -In unnatürlichen Situationen sehr schlecht
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5.Quellenverzeichnis
-Adelson, E. H. Lightness Perception and LightnessIllusions. In The New Cognitive Neurosciences, 2nd ed.,M. Gazzaniga, ed. Cambridge, MA: MIT Press,pp.339-351, (2000)-Persönliches Gespräch mit Tutor Simon Koch-www.surgeoncommodore.co.uk -perceptualstuff.org
-www.allpsych.uni-giessen.de/hansen/teaching/
SeminarVisuelleWahrnehmung/referate
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Vielen Dank für eureAufmerksamkeit!