Helligkeitswahrnehmung und Helligkeitsillusionen Dozent: Dr. Alexander Schütz Referent: Tobias Zahn Seminar: Visuelle Wahrnehmung A 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

Gliederung Einstieg Wichtige Definitionen Illusionen und Lösungsevidenzen Diskussion der Klausurfragen Quellenverzeichnis 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

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) 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung 3

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 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

2.Wichtige Definitionen Luminance: Menge sichtbaren Lichts, welches von einer Oberfläche ins Auge einfällt Illuminance: Lichtmenge, welche auf eine Oberfläche, von einer Lichtquelle ausgehend, einfällt reflectance: Reflexionsgrad = Anteil, des von einer Oberfläche zurückgestrahlten Lichts Luminance, illuminance und reflectance sind physikalische Mengeneinheiten, welche mit diversen physikalischen Geräten messbar sind 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

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 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

2.Wichtige Definitionen Helligkeitskonstanz: Fähigkeit, verschiedene Flächen bei unterschiedlichen Lichteinflüssen konstant wahrzunehmen 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

3.Der Simultan-Kontrast-Effekt 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

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 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

3.Craik-O´Brien-Cornsweet Effekt (COCE) 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

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 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

3.Verarbeitungsebenen High-level: Mid-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 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

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 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

3.Knill und Kersten´s illusion 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

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 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

3.Koffka-Ringe 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

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“ 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

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) 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

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 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

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

3.Das gewellte Karo 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

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 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

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 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

3.Simultan-Kontrast-Effekt 2 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung 30

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 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung 31

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 18.05.2009 Visuelle 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 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

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 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung 35

3.CrissCross illusion 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

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 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

4.Klausurfagen Nennen Sie die Unterschiede der high-,low- und mid-levels! In welchen Situationen funktioniert bei uns Menschen Helligkeitskonstanz sehr gut und in welchen nicht? 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

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 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

4. Antworten der Klausurfragen Zu 2: -Besonders gut in natürlichen Situationen -In unnatürlichen Situationen sehr schlecht 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

5.Quellenverzeichnis -Adelson, E. H. Lightness Perception and Lightness Illusions. 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 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung

Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit! 18.05.2009 Visuelle Wahrnehmung