pattern sensitivityCampbell & Robson (1968)
pattern sensitivity
• wie gut nimmt man einfache Muster wahr?• Schwellenmessung:
– UV: Kontrast und Raumfrequenz
Typische Stimuli: eindimensionale GitterSinusfunktion bestimmt HelligkeitsschwankungVariation durch Kombination von Sinusschwingungen
warum ist das interessant?
• Erkennung von kontrastreichen Strukturen– Kanten
• Grundlegende visuelle Verarbeitung (V1)– Aufschluss über Verarbeitungsmechanismen
• Kanten strukturieren visuelle Information– Objekterkennung?
pattern sensitivity
• wie gut nimmt man einfache Muster wahr?• Schwellenmessung:
– UV: Kontrast und Raumfrequenz
• 3 Fragen– Was ist Kontrast?– Was ist Raumfrequenz?– Wie ändert sich die pattern sensitivity
mit der Raumfrequenz?
Kontrast & Raumfrequenz
Kontrast =Lmax- Lmin
2 * L
Lmin= 0.25
Lmax= 0.75
→ Kontrast = 0.5
Lmin= 0
Lmax= 1.0
→ Kontrast = 1.0
Lmin= 0.5
Lmax= 0.5
→ Kontrast = 0
Kontrast & RaumfrequenzKontrastsensitivität ist abhängig von Raumfrequenz
Raumfrequenz = Anzahl Musterwiederholungen / Raum
Sehwinkel der Daumenbreite bei ausgestrecktem Arm: ca. 2°
Niedrige Raumfrequenz Hohe Raumfrequenz
[cpd]cycles per degree
Kontrastsensitivität
Kontrastsensitivität
• Höchste Empfindlichkeit: Muster zwischen 1-10 cpd– passen 2-20 mal auf Daumen
• Für feinere Muster stark abfallende Sensitivität– Natürliche Grenze: etwa ab 76 cpd – blurring d. Auges
• < 1cpd (grob): etwas abfallende Sensitivtät– Neuronale Mechanismen
Kontrastsensitivität
Räumliche Frequenz
Ko
ntr
ast
warum ist das interessant?
• Grundlegende visuelle Verarbeitung (V1)– Aufschluss über Verarbeitungsmechanismen– Idee der linearen Abbildung
• Lineare Verarbeitung im visuellen System– abgeleitet von der Netzhautabbildung– forschungsfreundliche Annahme…– was ist das überhaupt?
Lineare Abbildungen
f(Urbild)
Lineare Abb.: HomogenitätNetzhautabbild Stimulus
x*x*
Lineare Abb.: ÜberlagerungNetzhautabbild Stimulus
+ +
Lineare Abbildungen
• 2 Grundprinzipien:– Homogenität (Gewichtung Urbild = Gewichtung Abbild)– Überlagerung (Abbild = Summe der Einzelteile)
• Anwendung auf visuelles System– Linearität nicht nur von Stimulus zu Netzhaut,
sondern auch von Netzhaut in visuellen Kortex→ Bsp. Nicht-Linearität: Simultaner Farbkontrast
• Test durch zusammengesetzte Stimuli
Fourier-AnalyseEinfachstes Muster: variiert nur in einer Dimension
z.B. Helligkeit in x-Richtung
Helligkeit
1.0
0.5
0.02π
1.0
0.5
0.0 7. Harmonische
1.0
0.5
0.0 5. Harmonische
1.0
0.5
0.03. Harmonische
Fourier-Analyse
2π 2π
5. Harmonische
3. Harmonische
7. Harmonische
Fundamentale
Um π/4 kleiner
Um π/4 grösser
Enthaltene Komponenten Enthaltene Komponenten
sinus square
square vs. sinus
• square lässt sich in sinus zerlegen• Grösste Amplitude: Die Fundamentale
→ Beeinflusst den Kontrast am stärksten
• square vs. sinus mit identischem Kontrast:Fundamentale in square kontrastreicher (um π/4)
Bei linearer Abbildungen der Frequenzen: Welcher Stimuli müsste die niedrigere Wahrnehmungsschwelle haben – square- oder sinus-Welle? Warum?
π/4
square
sinus
square/sinus ratio
Campbell & Robson (1968)
Sensitivität sinus- vs. square-Welle:
• Sensitivität für square grösser
• Verhältnis der empirischen Sensitivitäten:square/sinus = π/4
• Entspricht genau dem Amplitudenverhältnis der fundamentalen Einzelfrequenz– spricht für lineare Abb. der einzelnen Frequenzen
π/4
square
sinus
square/sinus ratio
Warum fällt die square-Sensitivität bei niedrigen Raumfrequenzen weniger stark ab?
Fourier-Analyse
2π 2π
5. Harmonische
3. Harmonische
7. Harmonische
Fundamentale
Um π/4 grösser
Enthaltene Komponenten Enthaltene Komponenten
sinus square
Einfluss der Reizintensität
500 cd / m² sinussquare
0.05 cd / m²sinussquare
andere zusammengesetzte Stimuli
• rectangle-Wellen– duty cycle: a/b– Gewichtung Fundamentale
abhängig vom duty cycle
• sawtooth-Wellen
• Wellenformen, die auch gerade Harmonische enthalten:
a b
rectangle-Sensitivität
• bisher nur Wahrnehmungsschwellen• bei schwellennahem Kontrast:
square & sinus erscheinen gleich→ Wahrnehmung < Diskrimination→ da nur Fundamentale überschwellig
Angenommen, Frequenzen werden unabhängig voneinander linear abgebildet…
Der Wahrnehmungsschwelle welcher Schwingung entspricht dann die Diskriminationsschwelle zwischen einer square- und sinus-Welle?
Diskriminationsschwelle square vs. sinus
Fourier-Analyse
2π 2π
5. Harmonische
3. Harmonische
7. Harmonische
Fundamentale
Um π/4 grösser
Enthaltene Komponenten Enthaltene Komponenten
sinus square
Diskriminationsschwelle square vs. sinus
Square discrimination
sinus threshold
1/3 sinus threshold
Campbell & Robson (1968)
• Ergebnisse sprechen für Linearität
• Wahrnehmungsschwellen zusammen-gesetzter Stimuli entsprechen denen der fundamentalen Schwingung
• Diskriminationsschwellen entsprechen der Schwelle der 1. Harmonischen Schwingung
→ Verschiedene Raumfrequenzen werden unabhängig voneinander neuronal abgebildet
Diskussion
Warum mehrere Frequenzbänder?
• nicht das lineare Abbild wurde gemessen(= neuronale Aktivität)
• sondern Schwellen, also Entscheidungen
• Entscheidungen sind eine weitere Verarbeitung des neuronalen Abbildes– und, da über mehrere Neurone integrierend,
vermutlich nicht linear!
uni-resolution-model (Schade)
Ist da was?
Stimulikomponenten
1 Kanal
neuronal:lineare Abbildung
nicht-linear
Entscheidung
uni-resolution-model: ein Kanal für alle Frequenzen→ Stimulikombination erzeugen EIN lineares neuronales Abbild → Entscheidung = nicht-lineare Verarbeitung EINES Abbildes → da nicht-linear: Schwellen Einzelkomp. ungleich Schwelle Summe
multi-resolution-model (Schade)
Ist da was?
Stimulikomponentenneuronal:
lineare Abbildungennicht-linear
frequenzspez. Entscheidung
multi-resolution-model: frequenzspezifische Kanäle→ Stimulikombination erzeugen mehrere lineare neuronale Abbilder→ Entscheidung = nicht-lineare Verarbeitung jedes Abbildes → Entscheidung ist frequenzspezifisch→ Schwellen Einzelkomponenten determinieren Gesamtschwelle
Ist da was?
Diskussion
• lineare Verarbeitung
• in frequenzspezifischen Kanälen
→ frequenzspezifische Adaptation
• noch Fragen?
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