Kontrast und Raumfrequenz Seminar: Visuelle Wahrnehmung

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

2. Gliederung • Einführung • Bezug zum visuellen System • Fourieranalyse im visuellen System • Kontrastwahrnehmung des Menschen (2 Versuche) • Kontrastwahrnehmung der Katze • Mensch und Katze im Vergleich • Take-home message & Klausurfragen • Diskussion

3. Einführung • Was verbindet ihr mit Kontrasten und wisst ihr bereits über sie?

4. Einführung • Kontrast = Helligkeitsdifferenz zwischen benachbarten Flächenelementen • Raumfrequenz = Ordnung der Abfolge verschiedener Flächenelemente in einem regelmäßigen Abstand

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. 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. Bezug zum visuellen System • besondere Kontrastempfindlichkeit für bestimmte Raumfrequenzen (siehe auch Musik)

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. Fourieranalyse

10. Fourieranalyse

11. 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

12. Fourieranalyse

13. 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?

14. Kontrastwahrnehmung des Menschen • Versuch 1: • Versuchsperson muss Kontrast bei verschiedenen Gittern so einstellen, dass das Muster gerade noch erkennbar ist

15. 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

16. Kontrastwahrnehmung des Menschen

17. Kontrastwahrnehmung des Menschen • Versuch 2

18. Kontrastwahrnehmung des Menschen • Ergebnis 2:

19. 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)

20. Kontrastwahrnehmung der Katze • mit letzterer Methode Schwellen auch bei Tieren berechenbar • Was denkt ihr? Sehen Katzen besser oder schlechter als Menschen?

21. Kontrastwahrnehmung der Katze

22. Kontrastwahrnehmung der Katze • Mikroelektrodentechnik

23. Kontrastwahrnehmung der Katze • Ergebnis der Mikroelektrodentechnik: • verschiedene Zellen sprechen auf engen Bereich von Raumfrequenzen an • jede Zelle auf einen Bereich abgestimmt

24. 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

25. Kontrastwahrnehmung der Katze

26. 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

27. 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)

28. 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

29. 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

30. 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

31. 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

32. 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

33. Eventuelle Klausurfragen • Welche beiden Methoden gibt es beim Menschen, um die Raumfrequenz zu ermitteln, bei der wir die kleinsten Kontraste wahrnehmen? • Man kann die Versuchspersonen den geringst möglichen Kontrast einstellen lassen, der gewährleistet, dass ein Muster noch erkannt wird. • 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.

34. Diskussion • Psychophysik ohne Psychologie? • Reicht die antrainierte Reaktion der Katze als Beweis bzw. als Ersatz für das Beantworten von Fragen?

35. Quellen • „Kontrast und Raumfrequenz“ von Fergus W. Campbell und Lamberto Maffei