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Kontrast und Raumfrequenz Seminar: Visuelle Wahrnehmung Referentin: Lena-Eowyn Dienelt Dozent: Dr. Alexander C. Schütz.

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Präsentation zum Thema: "Kontrast und Raumfrequenz Seminar: Visuelle Wahrnehmung Referentin: Lena-Eowyn Dienelt Dozent: Dr. Alexander C. Schütz."—  Präsentation transkript:

1 Kontrast und Raumfrequenz Seminar: Visuelle Wahrnehmung Referentin: Lena-Eowyn Dienelt Dozent: Dr. Alexander C. Schütz

2 26.04.2009 Seite: 2 Gliederung 1.Einführung 2.Bezug zum visuellen System 3.Fourieranalyse im visuellen System 4.Kontrastwahrnehmung des Menschen (2 Versuche) 5.Kontrastwahrnehmung der Katze 6.Mensch und Katze im Vergleich 7.Take-home message & Klausurfragen 8.Diskussion

3 26.04.2009 Seite: 3 Einführung Was verbindet ihr mit Kontrasten und wisst ihr bereits über sie?

4 26.04.2009 Seite: 4 Einführung Kontrast = Helligkeitsdifferenz zwischen benachbarten Flächenelementen Raumfrequenz = Ordnung der Abfolge verschiedener Flächenelemente in einem regelmäßigen Abstand

5 26.04.2009 Seite: 5 Bezug zum visuellen System Fähigkeit Details wahrzunehmen hängt davon ab: –wie gut visuelles System Kontraste unterscheiden kann –wie groß das Netzhautbild ist (geringe Empfindlichkeit für Kontraste in Mustern mit kleinen Flächenanteilen)

6 26.04.2009 Seite: 6 Bezug zum visuellen System Wer kennt ein Alltagsbeispiel, in dem wir vorhandene Kontraste nicht mehr erkennen, weil sie sehr gering oder in engen Mustern vorliegen?

7 26.04.2009 Seite: 7 Bezug zum visuellen System besondere Kontrastempfindlichkeit für bestimmte Raumfrequenzen (siehe auch Musik)

8 26.04.2009 Seite: 8 Fourieranalyse Fourieranalyse = Zerlegung eines Signals in seine Frequenzanteile einfachste akustische Signal ist die reine Sinuswelle Wie könnte ein sinusförmiges Muster aussehen? /Was würde dieser Welle in der visuellen Wahrnehmung entsprechen?

9 26.04.2009 Seite: 9 Fourieranalyse

10 26.04.2009 Seite: 10 Fourieranalyse

11 26.04.2009 Seite: 11 Fourieranalyse Der Kontrast: Hier Änderung der Helligkeit zur mittleren Helligkeit des Musters Die Raumfrequenz: Hier die Anzahl der Helligkeitsminima und –maxima innerhalb eines Sehwinkels von 1°

12 26.04.2009 Seite: 12 Fourieranalyse komplexe Muster durch Überlagerung verschiedener Sinuswellen durch Addition der 5.,7.,etc. Harmonischen (Vielfaches der Grundfrequenz) Muster wird immer schärfer Annäherung an Rechteckwellengitter mit starkem Kontrast

13 26.04.2009 Seite: 13 Fourieranalyse

14 26.04.2009 Seite: 14 Fourieranalyse Fazit: –Laut dieser Theorie werden durch Addition der Harmonischen höhere Raumfrequenzen erzeugt –Es bleiben die Fragen: Welche dieser Frequenzen sehen wir besonders gut? Wie wird das erforscht?

15 26.04.2009 Seite: 15 Kontrastwahrnehmung des Menschen Versuch 1: –Versuchsperson muss Kontrast bei verschiedenen Gittern so einstellen, dass das Muster gerade noch erkennbar ist

16 26.04.2009 Seite: 16 Kontrastwahrnehmung des Menschen Ergebnis 1: –Wahrnehmung ist bei einer Frequenz von 3 Perioden pro Sehwinkel optimal (schwächster Kontrast sichtbar) –wahrnehmbar ist eine Raumfrequenz bis 50 Perioden pro Sehwinkel (bei sehr hohem Kontrast) Überraschung: Großes wird nicht zwangsläufig besser gesehen

17 26.04.2009 Seite: 17 Kontrastwahrnehmung des Menschen Versuch hierzu

18 26.04.2009 Seite: 18 Kontrastwahrnehmung des Menschen

19 26.04.2009 Seite: 19 Kontrastwahrnehmung des Menschen Versuch 2

20 26.04.2009 Seite: 20 Kontrastwahrnehmung des Menschen Versuch 2: –evozierte Potentiale, die im visuellen Cortex entstehen, werden registriert –Versuchsperson sieht Gitter mit verschiedenen Raumfrequenzen aufblinken –Blinken führt zu Potentialauslösung –Mittelung der Potentiale

21 26.04.2009 Seite: 21 Kontrastwahrnehmung des Menschen Ergebnis 2:

22 26.04.2009 Seite: 22 Kontrastwahrnehmung des Menschen Ergebnis 2: –es ergibt sich linearer Zusammenhang –somit fiktive Amplitude von 0 feststellbar, heißt: kein Ausschlag –Muster wird also nicht erkannt/gesehen

23 26.04.2009 Seite: 23 Kontrastwahrnehmung des Menschen Fazit der Versuche: –Beweis für erwähnte Abhängigkeit der Kontrastsensitivität von Raumfrequenz –Kurve der Schwellenpunkte= Grenze des Sichtbaren –Übereinstimmende Ergebnisse in Versuch 1 und 2. (theoretische Schwellenbestimmung scheint möglich) –Psychophysik ohne Psychologie??? (Diskussion)

24 26.04.2009 Seite: 24 Kontrastwahrnehmung der Katze mit letzterer Methode Schwellen auch bei Tieren berechenbar Was denkt ihr? Sehen Katzen besser oder schlechter als Menschen?

25 26.04.2009 Seite: 25 Kontrastwahrnehmung der Katze

26 26.04.2009 Seite: 26 Kontrastwahrnehmung der Katze Mikroelektrodentechnik

27 26.04.2009 Seite: 27 Kontrastwahrnehmung der Katze Ergebnis der Mikroelektrodentechnik: –verschiedene Zellen sprechen auf engen Bereich von Raumfrequenzen an –jede Zelle auf einen Bereich abgestimmt

28 26.04.2009 Seite: 28 Kontrastwahrnehmung der Katze Probleme: –Katze nicht befragbar –unklar ob genauso, wie beim Menschen Lösung: –Training der Katze bei Musterwahrnehmung ein Signal zu geben Ergebnis: –übereinstimmende Ergebnisse der Messung und des Trainings/Signals

29 26.04.2009 Seite: 29 Kontrastwahrnehmung der Katze

30 26.04.2009 Seite: 30 Kontrastwahrnehmung der Katze optimale Kontrastempfindlichkeit für Katzen bei 0,3 Perioden (vergleiche beim Menschen: 3) ab 0,5 Perioden Katzen geringere Kontrastempfindlichkeit als Mensch bei hohen Raumfrequenzen Probleme bei niedrigen Frequenzen Details sehr früh erkannt

31 26.04.2009 Seite: 31 Kontrastwahrnehmung der Katze Fazit: –Katze ist auf das Sehen von zehnmal niedrigeren Frequenzen angepasst, als der Mensch –Die Wahrnehmungsschwelle scheint bewiesen aber ist das eine Tatsache? (Diskussion)

32 26.04.2009 Seite: 32 Mensch und Katze im Vergleich Simulation 1 des Sehens einer Katze : –Linsen, die extrem kurzsichtig machen, also hohe Raumfrequenzen dämpfen (Zellen für diese Frequenzen kaum aktiv) Problem 1: –solche Zellen für hohe Raumfrequenzen sind bei Katze nicht vorhanden

33 26.04.2009 Seite: 33 Mensch und Katze im Vergleich Simulation 2 des Sehens einer Katze: –schauen durch 2 umgedrehte Ferngläser –alles wird kleiner & nur noch sehr Großes/Nahes kann gesehen werden –der Rest wird aber nicht unscharf Problem 2: –Perspektivenwechsel, da unklar, ob die Katze wirklich alles zehnmal kleiner sieht

34 26.04.2009 Seite: 34 Mensch und Katze im Vergleich Versuch: –Ball an Faden wird geschwungen –hat der Ball ca. 1cm Durchmesser, bemerkt die Katze ihn schon aus einigen Metern Entfernung und jagt ihm nach –hat der Ball 4mm Durchmesser bemerkt sie ihn erst ab weniger als 1m Entfernung –entfernt man den Ball auf über 1m wird er für Katze unsichtbar

35 26.04.2009 Seite: 35 Mensch und Katze im Vergleich Fazit: –Annahme, dass Katze so scharf wie wir sieht, nur im Nahbereich besser –Katze sieht Vogel mit 20cm Flügelspannweite aus ca. 60m Entfernung, jedoch keine Details –Katze sieht den Mond als Scheibe, jedoch keine Einzelheiten der Oberfläche

36 26.04.2009 Seite: 36 Take-home message Die Kontrastempfindlichkeit ist eine Funktion der Raumfrequenz Die Kontrastschwellen sind beim Menschen theoretisch und praktisch bestimmbar und bilden eine Kurve, die als Grenze des Sichtbaren bezeichnet werden kann Die Katze sieht im Nahbereich besser

37 26.04.2009 Seite: 37 Eventuelle Klausurfragen Welche beiden Methoden gibt es beim Menschen, um die Raumfrequenz zu ermitteln, bei der wir die kleinsten Kontraste wahrnehmen? 1.Man kann die Versuchspersonen den geringst möglichen Kontrast einstellen lassen, der gewährleistet, dass ein Muster noch erkannt wird. 2.Durch die Technik der evozierten Potentiale kann die Schwelle theoretisch bestimmt werden Bei wie vielen Perioden pro Sehwinkel in einfachen Sinusgittern sind wir am kontrastempfindlichsten und wo liegt dieses Optimum bei der Katze? –Bei 3 Perioden ist das visuelle System des Menschen am empfindlichsten, bei Katzen sind es 0,3.

38 26.04.2009 Seite: 38 Diskussion Psychophysik ohne Psychologie? Reicht die antrainierte Reaktion der Katze als Beweis bzw. als Ersatz für das Beantworten von Fragen?

39 26.04.2009 Seite: 39 Quellen Kontrast und Raumfrequenz von Fergus W. Campbell und Lamberto Maffei


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