Helligkeitswahrnehmung und Helligkeitsillusionen

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

2. Gliederung • Einstieg • Wichtige Definitionen • Illusionen und Lösungsevidenzen • Diskussion der Klausurfragen • Quellenverzeichnis Visuelle Wahrnehmung

3. 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 3 Visuelle Wahrnehmung

4. 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 Visuelle Wahrnehmung

5. 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 Visuelle Wahrnehmung

6. 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 Visuelle Wahrnehmung

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

8. 3.Der Simultan-Kontrast-Effekt Visuelle Wahrnehmung

9. 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 Visuelle Wahrnehmung

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

11. 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 Visuelle Wahrnehmung

12. 3.Verarbeitungsebenen High-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 Visuelle Wahrnehmung

13. 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 Visuelle Wahrnehmung

14. 3.Knill und Kersten´s illusion Visuelle Wahrnehmung

15. 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 Visuelle Wahrnehmung

16. 3.Koffka-Ringe Visuelle Wahrnehmung

17. 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

18. 3.„Checker-block“ Visuelle Wahrnehmung

19. 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

20. 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) Visuelle Wahrnehmung

21. 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 Visuelle Wahrnehmung

22. 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

23. 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

24. 3.„Checker-Block“ Junktionstypen Ψ-Junktion: • Trennung 2er illuminancestärken • Trennung 2er reflectancestärken

25. 3.Das gewellte Karo Visuelle Wahrnehmung

26. 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

27. 3.Das gewellte Karo Visuelle Wahrnehmung

28. 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

29. 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 Visuelle Wahrnehmung

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

31. 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 31 Visuelle Wahrnehmung

32. 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 Visuelle Wahrnehmung

33. 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

34. 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 Visuelle Wahrnehmung

35. 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 35 Visuelle Wahrnehmung

36. 3.CrissCross illusion Visuelle Wahrnehmung

37. 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 Visuelle Wahrnehmung

38. 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? Visuelle Wahrnehmung

39. 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 Visuelle Wahrnehmung

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

41. 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 Visuelle Wahrnehmung

42. Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit! Visuelle Wahrnehmung