18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung 1 Helligkeitswahrnehmung und Helligkeitsillusionen Dozent: Dr....

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



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)


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


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



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



Helligkeitskonstanz: Fähigkeit, verschiedene Flächen bei

unterschiedlichen Lichteinflüssen konstant wahrzunehmen


3.Der Simultan-Kontrast-Effekt


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


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



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


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


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



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


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


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)


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


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


Junktionstypen Ψ-Junktion:• Trennung 2er

illuminancestärken• Trennung 2er

reflectancestärken


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


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


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


3.Simultan-Kontrast-Effekt 2


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


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


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


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


3.CrissCross illusion


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


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


4. Antworten der Klausurfragen

Zu 2: -Besonders gut in natürlichen Situationen -In unnatürlichen Situationen sehr schlecht



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


Vielen Dank für eureAufmerksamkeit!

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