Helligkeitswahrnehmung Dozent: Dr Alexander Schütz Referentin: Theresa Stahl

Helligkeitswahrnehmung Worum geht es? Every light is a shade, compared to the higher lights, till you came to the sun; and every shade is a light, compared to the deeper shades, till you came to the night. John Ruskin (1879) Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Gliederung Einführung Begriffsbestimmung Levels of processing Konstanzen sind zentral für unsere Wahrnehmung Bedeutung von Objektkanten Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Gliederung Der „Gestalt“ Ansatz Intrinsische Bilder Lightness- constancy Anchoring and frameworks Atmosphären T-Kreuzungen und weiße Illusionen Snake- Illusion Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Gliederung Bedeutung von Grenzlinien für die Farbwahrnehmung Raumwahrnehmung und Farbwahrnehmung Die Rolle des Hintergrundes Hängt der Grauton von der Lichtintensität ab? Zusammenfassung Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Helligkeitskonstanz Damit eine graue Oberfläche sowohl im Schatten als auch in der Sonne gleich grau erscheint Muss das visuelle System Helligkeitskonstanzen herstellen Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Helligkeitskonstanz Das visuelle System muss die Helligkeit berechnen, um sie richtig abschätzen zu können Diese menschliche Helligkeitsberechnung arbeitet jedoch nicht perfekt… Dazu später mehr…. Retinex modell Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Begriffsbestimmung Luminanz: Menge des sichtbaren Lichtes, das von Oberfläche zum Auge gelangt Illuminanz: Betrag des einfallenden Lichtes auf die Oberfläche Reflexion: Anteil des reflektierten einfallenden Lichtes von der Oberfläche Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Begriffsbestimmung Reflexion/ R (albedo): variiert von 0% (schwarz)- 100% (weiß) Luminanz Illuminanz Physikalische Größen Lightness: wahrgenommene Relexion Brightness/ B: wahrgenommene L. Subjektive Größen Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Levels of processing Das visuelle System bearbeitet Informationen auf vielen Stufen: 1. Low Level (retinale Verarbeitung): Lichtgewöhnung Rezeptive Felder der Ganglienzellen 2. High Level (kortikale Verarbeitung): Kognitive Prozesse werden miteinbezogen (Wissen über Objekte, Vorgänge, Materialien) Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Levels of processing Dazwischen- das Mid-Level Schlecht definierte Region Involviert Oberflächen, Konturen, Gruppierungen Ewald Hering betrachtete Adaption und lokale Interaktion auf Low-Level Basis als entscheidendenden Mechanismus Stimmt das??? Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Levels of processing Center-surround cell weist Laterale Verbindungen auf: Licht in der Mitte erregend Licht im Äußeren hemmend  Verstärkung des Kantensignals Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Levels of processing Querschnitt des rezeptiven Feldes Zelle übt einen „lokalen Vergleich“ zw. gegebener und benachbarter Helligkeit aus  simultaner Kontrasteffekt Helligkeitswahrnehmung

Konstanzen sind zentral für unsere Wahrnehmung Helligkeitswahrnehmung

Konstanzen sind zentral für unsere Wahrnehmung Der Simultane Kontrast Effekt Durch die Helligkeitsunterschiede in der Umrandung kommt es zu Fehlern in unserer Wahrnehmung Mach`sches Band Wenn eine räumliche Rampe in Sachen Helligkeit abrupt ihr Gefälle ändert erscheint ein helles oder dunkles Band Was denkt ihr, unterscheiden sich diese Innenflächen? Und wenn ja wie? Und es funktioniert bemerkenswert… Helligkeitswahrnehmung

Konstanzen sind zentral für unsere Wahrnehmung Helligkeitswahrnehmung

Die Bedeutung von Objektkanten Land & McCann (1971): Retinexmodell Reflexionen der Helligkeit sind räumlich konstant außer an Kanten Illuminanz ändert sich räumlich nur graduell Unterscheidung möglich zw. Reflektivität: hohe räumliche Gradienten Illuminanz: niedrige räumliche Gradienten Allmählich!!! Helligkeitswahrnehmung

Die Bedeutung von Objektkanten Der Craik- O`Brian- Cornsweet Effekt (COCE) Durch den starken Übergang zw. beiden „Vierecken“ entsteht der Eindruck, dass eines der beiden heller wäre Sie sind jedoch in ihrer Helligkeit identisch/ konstant! (siehe gestrichelte Linie) Was sehr ihr???? Helligkeitswahrnehmung

Die Bedeutung von Objektkanten Helligkeitswahrnehmung

Die Bedeutung von Objektkanten Helmholtz: „What we perceive is our visual system`s best guess as to what is in the world…“ Helligkeit ist Konstrukt der gesamten Wahrnehmung des Menschen Helligkeitskonstanz durch Schlussfolgerungen und Verrechnung der Illuminanz Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Der „Gestalt“ Ansatz Betont die Bedeutung der Wahrnehmungsorganisation (mittleres Sehkraftlevel  Gruppierungen, Zugehörigkeiten…) Koffka: Durch Änderungen in der räumlichen Anordnung können simultane Kontraste manipuliert werden Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Der „Gestalt“ Ansatz Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Intrinsische Bilder Wiederholung Reflexion:Anteil des reflektierten einfallenden Lichtes von der Oberfläche Luminanz: Menge des sichtbaren Lichtes, das von Oberfläche zum Auge gelangt Illuminanz: Betrag des einfallenden Lichtes auf die Oberfläche Checker Block: Einfallendes Licht auf Oberfläche (Illuminanz) Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Lightness- constancy Reflektivitätsbild (x,y) · Illuminanzbild(x,y) = Luminanzbild (x,y) (Wahrnehmung) 2 hell- dunkel Ecken sie sind exakt die gleichen im Bild. Retinex Reflexionsstufen IlluminanzÄnderung der Oberflächennormale Reflektanzänderung Kuezungen von mehreren Konturen ermöglichen gute Unterscheidung- X L T Y und PSY sind simple Kreuzungstypen sie geben uns Aufschluss über Schattierungen und Reflexionen einer Oberfläche Psy zeigt besonders starke Grenzungen, Anschein von zweiflächigkeit mit unterschiedlichen Illuminanzen auf beiden Seiten Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Lightness- constancy Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Lightness- constancy Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Lightness- constancy Die Parallelogramme lassen die gleichen Grautöne unterschiedlich dunkel erscheinen Helmholtz: hell beleuchtete Fläche (b) unterscheidet sich von dunkel Beleuchteter die Ψ-Junctions schaffen die 3D Wahrnehmung Todorovic: Resultat simpler 2D Berechnung (Helligkeit wird an Gruppierungen, entstanden durch die Kreuzungen, berechnet) Fig 24.10 Helligkeitswahrnehmung

Anchoring and Frameworks Helligkeitswahrnehmung

Anchoring and Frameworks Visuelles System nutzt Nachbarflächen (Anker), um die Helligkeit zu bestimmen Je mehr Anker an der Fläche  desto besser die Helligkeitseinschätzung Articulated surrounding Adaptive Fenster  passen sich dem an Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Atmosphären Luminanz(L) ergibt sich auch aus anderen FaktorenFilter (z.B. Sonnenbrille) + Reflexion (R) Kombinierte Faktoren als lineare Transformation L=m R+e Atmosphäre (Atmospharic Transfer Function- ATF) Atmosphäre kann beliebig große additive Komponente besitzen m =Menge des Lichtes, das auf die Oberfläche fällt + eingreifendes Medium (Sonnenbrille) e =zusätzliche Lichtquelle Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Atmosphären Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Atmosphäre Linke Scheibe dämpfende Atmosphäre Rechte Scheibe trübe Atmosphäre Fig.(a) e=0 keine additive Lichtquelle m=Anstieg der linearen Gleichung Pfeil zeigt, wie die jeweiligen Reflexionen in der Luminanz abgebildet werden Fig(b) Dimmer Atmosphäre- Anstieg ist reduziert Fig(c) trübe Atmosphäre L. gestaucht durch m, gepusht durch e Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Atmosphäre Aufgabe des Betrachters: Die Luminanz in die wahrgenommene Reflexion umkehren  lightness transfer function (LTF)- ist subjektiv Helligkeitswahrnehmung

T-Kreuzungen und weiße Illusionen weiße Illusion durch den benachbarten Kontrast wirken die rechten Streifen dunkler  sind aber vom gleichen Grauton T- Kreuzungen sorgen für die versch. Atomsphären Seht ihr die grauen Streifen auf der linken Seite beinhalten längere weiße Balken- und die grauen Streifen auf der rechten Seite beinhalten längere schwarze Balken dadurch wirken die beiden eigentlich identischen Grautöne unterschiedlich hell!!!! Die weißen und schwarzen Querstreifen stellen die jeweiligen Querbalken der T- Kreuzungen dar Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung The snake illusion Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung The snake illusion (b) zeigt keine atmosphärischen Begrenzungen durch X- Kreuzungen wie in (a), was die Transparenz vermittelt  dadurch wird unser adaptives Fenster groß und kann die hellen und dunklen Streifen besser integrieren Fig 14.20!!! Helligkeitswahrnehmung

Bedeutung der Grenzlinien für die Farbwahrnehmung Objektbezogene Grenzlinie: Flächen unterschiedlicher Richtung treffen aufeinander, z.B. am Übergang der Wand in die Fensteröffnung!! Projizierte Grenzlinie: Licht fällt auf Teile einer Fläche und bildet so projizierte Grenzlinie Helligkeitswahrnehmung

Bedeutung der Grenzlinien für die Farbwahrnehmung Das visuelle System ermittelt Änderungen der Reflexion an den Grenzlinien und extrahiert dadurch die Farbe der Fläche Im Falle einer ungleichmäßigen Beleuchtung entstehen Beleuchtungsgrenzlinien Objektbezogene und Projizierte Helligkeitswahrnehmung

Bedeutung der Grenzlinien für die Farbwahrnehmung Um das Reflexionsvermögen einer Fläche zu bestimmen:  vergleicht das visuelle System Intensität des von einer Fläche reflektierten Lichtes mit der Intensität des reflektierten Lichtes der Nachbarfläche Helligkeitswahrnehmung

Bedeutung der Grenzlinien für die Farbwahrnehmung Das Bild muss sich dazu ständig relativ zur Netzhaut bewegen  Zitterbewegungen des Auges von 30- 150 Hertz Wenn man das Bild derart stabilisiert, dass es sich nicht mehr relativ zur Netzhaut bewegen kann  kommt es zu Ausfällen der Wahrnehmung… Helligkeitswahrnehmung

Bedeutung der Grenzlinien für die Farbwahrnehmung Grüne Scheibe, umgeben von einem roten Ring. Krauskopf, der Forscher, drehte nun nur den äußeren roten Ring- das Bild der Rot- Grün Grenze stand still!!! Als Ergebnis passierte was???? Denkt daran, dass das visuelle System Änderungen an den Grenzlinien extrahiert- da sich der rot grüne Übergang im Gegensatz zur puren roten Scheibe nicht ändert verschwindet die grüne Fläche im Auge des Betrachters nach wenigen Sekunden!!!!siehe rechtes Bild!!!! Das System betrachtet die Änderungen an der roten Scheibe und vergleicht sie mit dem Übergang zur roten Umgrenzung so entsteht der Eindruck einer roten Scheibe!!! Helligkeitswahrnehmung

Bedeutung der Grenzlinien für die Farbwahrnehmung John Krauskopf: Das Auge sendet nur Informationen über Lichtänderungen an Grenzlinien an das Gehirn Bereiche, für die keine Änderung gemeldet wird, ergänzt es einfach Helligkeitswahrnehmung

Raumwahrnehmung und Farbwahrnehmung Die Raumwahrnehmung spielt eine Rolle bei der Farbwahrnehmung! Was seht ihr? Sind dies zwei versch. Figuren?? Warum erscheinen sie unterschiedlich in der Farbwahrnehmung?? Änderung im Reflexionsvermögen oder Änderung in der Beleuchtung das visuelle System ist zur Beantwortung dieser Frage auf räumliche Informationen angewiesen. Durch die räumliche Information kann es entscheiden, ob die Unterschiede auf Schatten oder Farbunterschiede zurückzuführen sind. Helligkeitswahrnehmung

Raumwahrnehmung und Farbwahrnehmung Warum erscheinen die Figuren unterschiedlich in der Farbwahrnehmung? Änderung der Reflexion oder Änderung in der Beleuchtung das visuelle System ist zur Beantwortung dieser Frage auf räumliche Informationen angewiesen Durch sie kann es entscheiden, ob die Unterschiede auf Schatten oder Farbunterschiede zurückzuführen sind Helligkeitswahrnehmung

Raumwahrnehmung und Farbwahrnehmung  Versuch mit weißen und schwarzen Quadraten Helligkeitswahrnehmung

Die Rolle des Hintergrundes Alfred Yarbus: Verhindert man, dass sich die Bilder der äußeren Umgrenzung auf der Netzhaut bewegen Was ist auf der rechten Seite passiert? Handelt es sich um zwei neue Kreise??? Helligkeitswahrnehmung

Die Rolle des Hintergrundes  so nimmt man die Halbkreise nicht wahr Der Betrachter sieht nur die beiden roten Scheiben Die Rechte erscheint dunkler als der Hintergrund weil uns die Information über die schwarzen und weißen Hintergründe erhalten bleibt (obwohl sie nicht mehr wahrgenommen werden) Das entstehende!!!!! Helligkeitswahrnehmung

Die Rolle des Hintergrundes Das entstehende Bild auf der Netzhaut sollte eher als Muster von Grenzlinien denn als Muster von Farbflächen aufgefasst werden  denn das Muster von Farbflächen ergibt sich aus dem Muster von Grenzlinien (in diesem Fall an nicht mehr sichtbaren Grenzlinien) Evtl. Beispielgeschichte S.146 Helligkeitswahrnehmung

Hängt der Grauton von der Lichtintensität ab? Gilchrist & Jacobsen: Was passiert, wenn man eine Szene baut, die keine Linien mit zusammentreffenden Reflektanzen enthält? Helligkeitswahrnehmung

Hängt der Grauton von der Lichtintensität ab? Direktes Licht: von der Glühlampe Indirektes Licht: Reflexion der Flächen im Raum (liegt im schwarzen Raum bei 3% kaum indirektes Licht vorhanden) Direktes Licht lässt alle Kanten scharf hervortreten In beiden Räumen ist direktes und indirektes Licht vorhanden. Da im schwarzen Raum das vorhandene Licht vom direkten Licht herrührt- Treten die Kanten scharf hervor, was ihr an der farbigen Kurve erkennen könnt!!! Helligkeitswahrnehmung

Hängt der Grauton von der Lichtintensität ab? Da im weißen Raum ein Reflexionsvermögen der Flächen von 90% herrscht  viel indirektes Licht, das die Kanten verwischt Dieses Reflexionsvermögen gilt sowohl bei starker, als auch bei schwacher Beleuchtung Helligkeitswahrnehmung

Hängt der Grauton von der Lichtintensität ab? Daher: das Visuelle System schließt vom Intensitätsmuster des Raumes auf seinen Grauton Aber wie es das tut  wissen wir nicht! Helligkeitswahrnehmung

Helligkeitswahrnehmung Zusammenfassung Zusammenhang zwischen Wahrnehmung der Farbe einer Fläche und der Beleuchtung einer Fläche Das visuelle System vergleicht Grenzlinien  und erfährt dadurch etwas über die Beleuchtung und Farbe einer Fläche Wahrnehmung von Farbe und Beleuchtung sind parallele Prozesse, bei denen das visuelle System das Bild in Beleuchtungs- und Farbmuster zerlegt!!! Helligkeitswahrnehmung