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Beispielbild

Allgemeine Psychologie

Wahrnehmung:

Farbe und Objekte

SoSe 2008/09

2Allgemeine Psychologie

Literatur


Einleitung

Welche Funktionen hat die Farbwahrnehmung?

Trennung von Feldern

- Kontrast

- Objektkohärenz


Einleitung

Was sind die physikalischen Grundlagen der Farbwahrnehmung?

InfrarotRadarUKW

FernsehenMittelwelle

Wechselstrom

GammastrahlenRöntgenstrahlen

Ultraviolett

400-450violett

450-500blau

500-570grün

570-590gelb

590-620orange

620-700rot

Die Wellenlänge der Lichts ist die physikalische Größe, die mit Farbe zusammenhängt

Im Alltag nehmen wir Kompositionen aus verschiedenen

Wellenlängen wahr


„Farbe“ kommt in der Umwelt eigentlich nicht vor.

Der Farbeindruck ist damit ein typisches

psychologisches Phänomen, das es erst ‚im Organismus‘

entsteht.



Einleitung

Durchsichtfarbe: Bestimmt durch die spektrale Transmission , d.h. welche Wellenlängen passieren den Körper?

Selbstleuchtende Farben: Welches spektrale Muster gibt die Lichtquelle

ab?



Einleitung

Wie beschreibt man das Farbempfinden?

chromatisch versus achromatisch

Psychophysik: ca. 200 Farbabstufungen (engl. hue)

Sättigung der FarbeMenge von ‚weiß‘ in einer Farbe

Ca. 20 Sättigungsstufen

Helligkeit der FarbeLuminanz der Farbe

Ca. 500 Helligkeitsstufen

Kombination (200 x 20 x 500) macht die Vielfalt der Farbeindrücke


Farbmischung

Die additive Farbmischung:Beruht auf der Mischung von Lichtern. Bei der Überlagerung von, z.B. rot, grün und blau resultiert in der Schnittmenge weißes Licht.


Farbmischung

Die subtraktive Farbmischung:Beruht auf Pigmentmischung, z.B. bei Malfarben. Die Pigmente reflektieren nur bestimmte Wellenlängen und absorbieren die restlichen. Sind mehrere Pigmente gemischt, absorbieren sie zunehmend mehr Wellenlängen.


Die trichromatische Theorie

Helmholtz (ca. 1850, auch: Maxwell): Aus drei monochromatischen Lichtern jeder beliebigen Farbton hergestellt werden. Legt nahe, dass die Farbwahrnehmung ist daher das Ergebnis einer additiven Mischung ist.

Young-Helmholtz‘scheDreifarbentheorie beruht auf der Annahme von drei Rezeptorsystemen mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit.


Die trichromatische Theorie

419 nm 531 nm 558 nm

Neurophysiologische Evidenz

3 Zapfentypen mit unterschiedlicher Sensitivität

(Brown & Wald, 1964)

Die 420-Kurve ist für die kurzwelligen Zapfen, die 498-

Kurve ist für die Stäbchen, und die 534- und 564-Kurven sind für

mittel- bzw. langwellig-sensitiven Zäpfchen.


Theorie der Gegenfarbe

Hering (ca. 1900): Wählt eine Versuchsperson "pure" Farben aus, so entscheiden sie sich für vier, anstatt für drei Farben: rot, grün, blau und gelb.Auffällig ist außerdem, dass bestimmte bestimmteFarbkombinationen nie berichtet werden - z.B. rötliches Grün oder gelbliches Blau. Stattdessen scheinen antagonistische Farbpaare vorzuliegen.

S- W+

Schwarz – Weiß -Antagonist

R+ G-

Rot – Grün -Antagonist

B- G+

Blau - Gelb -Antagonist

+ = Aufbau einer chemischen Substanz

- = Abbau einer chemischen Substanz


Theorie der Gegenfarbe

Neurophysiologische Evidenz

Erste direkte Evidenz durch DeValois(1960) in der Neuronenantwort im CGL (Rhesusaffen): Typen von Neuronen die antagonistisches Verhalten bei... - 450 vs. 580 nm zeigen (blau-gelb)- 510 vs. 660 nm zaigen (rot-grün)- Durch Licht aktiviert werden (schwarz-weiß)

Zelle A

Zelle B

Zelle C


Integrativer Ansatz

Trichromatischer Ansatz: Rezeptor-Ebene

Gegenfarben: höhere Verarbeitungsebenen

Rezeptor

CGL-Neuron

Hemmung

Erregung


Integrativer Ansatz

Helligkeitskanal

Blau-Gelb-Kanal

Rot-Grün-Kanal


Kortikale Verarbeitung

Farbverarbeitung in V1

R+

GR–

Einfache ON- oder OFF-Neurone

R+,GR–

R–,GR+

Doppelte Gegenfarbenzellen

Häufigster Typ von Neuronen im Kortex. Dienen der Farbkontrastverstärkung


Kortikale Verarbeitung

Farbkonstanz

FarbadaptationUmfeld

GedächtnisfarbeAdaptation an eine

Wellenlänge ändert die chromatische Sensitivität

Das Gelb der Lampe wird erst nach Blau-Adaptation

deutlich

Farbkonstanz bei Isolation einer mono-welligen Vorlage schlechter

Zellen in V4 und IT regieren auf Objektfarbe, nicht auf die

spektrale Zusammensetzung des reflektierten Lichts

Wenn die natürliche Farbe bekannt ist, kann die

Beleuchtung herausgerechnet werden

Präsentiertes Objekt

Eingestellte Farbe

Beispielbild

Objektwahrnehmung


Objektwahrnehmung als Problem

Wieso kann ein Computer nicht „einfach“ ein Objekt wahrnehmen?

1. Eine Kamera kann nicht drei-dimensional sehen

Der Blickwinkel bestimmt für den Computer, wie die Figur aussehen wird.


Objektwahrnehmung als Problem

Wieso kann ein Computer nicht „einfach“ ein Objekt wahrnehmen?

2. Computer interpretiert Kanten nicht als mögliche

Objektgrenzen

��

3. Computer kann Objekte unter

Verdeckung nicht identifizieren

��


Objektwahrnehmung: Einfache Lösungen

‚Bottom up‘ : Der lineare neurophysiologische Weg

Grundidee:

Die zunehmende Spezifität der Neuronen im visuellen Kortex ermöglicht eine eindeutige Zuordnung der Objekte zu gespeicherten Prototypen



‚Bottom up‘ : Die Raumfrequenzanalyse

b

Grundidee:

Objekte werden im visuellen System hinsichtlich ihrer basalen Ortsfrequenzanalysiert. Umrisse (globale Eigenschaften) werden schnell analysiert, Details (lokale Eigenschaften) werden langsamer analysiert

Magnozelluläres System Parvozelluläres System



Prinzip- Niedrige Raumfrequenz: Umrisse von Objekten.

- Mittlere Raumfrequenz: Elemente von Objekten.

- Hohe Raumfrequenz: Details der Objektelemente.



Gestaltpsychologie: Eine ‚erste top down‘ Theorie

Max Wertheimer (1880 - 1943) begründete die Gestaltpsychologie. Sein Ausgangspunkt ist die Assoziations-psychologie, die das komplexe Erleben als das Resultat simultaner und sukzessiver Verkettungen elementarer Empfindungen ansieht. Allerdings sagte Wertheimer:„Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile“



Gestaltpsychologie: Zielsetzungen

Nach welchen Regeln werden die Einzelteile zu einer ganzen Gestalt zusammengefügt?

Gestaltfaktoren: Ein Satz von Regeln, die vorhersagen, unter welchen Reizbedingungen

welche Wahrnehmung entsteht.



Gestaltpsychologie: Die Faktoren

Das Prinzip der PrägnanzJedes Reizmuster wird so gesehen, dass die resultierende Struktur so

einfach wie möglich ist. D.h., das visuelle Feld wird in

"gute" Gestalten untergliedert wird. "Gut" sind dabei solche Gestalten, die einfach sind und bestimmte

Regelmäßigkeiten und Symmetrien aufweisen.




Das Prinzip der ÄhnlichkeitÄhnliche Dinge erscheinen zu

zusammengehörenden Gruppen geordnet. Kriterien sind Helligkeit, Farbton, Orientierung oder Größe.

Das Prinzip der FortsetzungPunkte, die als gerade oder sanft geschwungene Linien gesehen

werden, wenn man sie verbindet, werden als zusammengehörig

wahrgenommen.




Das Prinzip der NäheDinge, die sich nahe beieinander

befinden, erscheinen als zusammengehörig.

Das Prinzip des gemeinsamen Schicksals

Dinge, die sich in die gleiche Richtung bewegen, erscheinen als

zusammengehörig




Das Prinzip der VertrautheitDinge bilden mit größerer

Wahrscheinlichkeit Gruppen, wenn diese vertraut erscheinen.

Das Prinzip der GeschlossenheitTendenz zur Vervollständigung einer

Figur. Es fließt das Prinzip der Fortsetzung und der Vertrautheit ein.




Das Prinzip der gemeinsamen Region

Dinge, die innerhalb einer Region liegen, werden zusammengruppiert.

Das Prinzip der Verbundenheit der Elemente

Elemente, die miteinander verbunden sind, werden als Einheit gesehen.

Kein Krieg

Frieden jetzt

Kein Krieg

Frieden jetzt




Das Prinzip der zeitlichen Synchronizität

Dinge, die gemeinsam erscheinen, werden als Einheit wahrgenommen.

Das Prinzip oben-unten-PolaritätElemente werden bevorzugt in einer aufrechten Position gesehen - und

seltener als hängend.




Figur - Grund - TrennungFigur definiert das Objekt und ist

Gegenstand der Analyse. Sie scheint im Vordergrund zu stehen. Wichtige Faktoren der Trennung sind die

Konvexität der Figur, ihre Orientierung, ihre Größe und Bedeutung.



Gestaltpsychologie: Die Probleme

Wie definiert man Begriffe wie ‚Einfachheit‘ oder ‚Ähnlichkeit‘?

Handelt es sich nicht nur um post-hoc-Erklärungen, die jedoch keinen Prognose-Charakter haben?

Faktoren der Gestaltpsychologie sind eher als heuristische Regeln zu verstehen. Das visuelle System übernimmt im Laufe der Ontogenese (oder Phylogenese) bestimmte Algorithmen, die mit hoher Wahrscheinlichkeit zu

einer richtigen Lösung führen.


Objektwahrnehmung: Komplexe Ansätze

Computational Vision:

David Marr (1950 - 1982) schuf eine Reihe von Algorithmen, die im Wahrnehmungssystem implementiert sein könnten.

1. Rohskizze: Detektion von Ecken und Kanten. Beruht auf Eigenschaften der Helligkeitsdetektoren.

2. 2 1/2-D-Skizze: Gruppierung von Elementmerkmalen nach Gestaltgesetzen.

3. 3 D-Skizze: Abgleich mit gespeicherten Modellen zur Objektidentifikation.

NetzhautabbildKanten und Ele-mentarmerkmale identifizieren

Elementarmerk-male gruppierenund weiterver-

arbeiten

Dreidimensio-nales Objektwahrnehmen.

Primäre rohe Skizze(primal Sketch)

Zweieinhalb-dimensionale

Skizze (2 1/2-D-Sketch)

DreidimensionaleRepräsentation(3-D-Sketch)



Computational Vision - Bewertung

Stärken:

Betonung eines modularen Modells der Objekterkennung

Sehr elegante lineare Lösung zur Extraktion von Objekten.

Grundlage vieler Modelle zur Objekterkennung (siehe Ellis & Young)

Schwächen:

Probleme mit der Interpretation von Schatten

Nicht Überbetonung des bottom-up Ansatzes

Kantenextraktion:

Objektgrenzen sind scharf, während Schatten

kontinuierliche Helligkeitsübergänge sind


Geone


Geon - Theorie (Biederman)

Kernfrage von Biederman:

Wie sind 3-D-Objekte repräsentiert, damit das System problemlos ein Objekt identifizieren kann?

Lösungsansatz:Alle Objekte sind aus einem Satz elementarer Komponenten konstruiert. Diese Komponenten (Geone) sind Abkömmlinge von Zylindern.

Aus 36 Geonenkönnen schon 150 Millionen Objekte Konstruiert werden

Wahrnehmung besteht in der Reduzierung eines Objektes auf seine Geone




PROGNOSEFAKTOR: ERKENNBARKEIT PROGNOSEFAKTOR: ANZAHL

„nonrecoverable“ „complete“„recoverable“




STÄRKEN DER THEORIE

Objekte können aus anderen Blickwinkeln identifiziert werden

Unabhängigkeit gegen teilweise Verdeckung

Sparsam in seinen Voraussetzungen (36 Geone)

Validiert in Bildgebungsstudien: Ventrales System reagiert nicht auf unmögliche

Objekte

SCHWÄCHEN DER THEORIE

Detailinformationen gehen verloren. Kategorien werden identifiziert, Objekte

aber nicht individualisiert

Texturen spielen keine Rolle, sind aber für die Identifikation wichtig (Grasfläche)

Der Algorithmus zur Zerlegung des Objektes wird nicht spezifiziert.

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