Wahrnehmung von Farben, Tiefen- und Größenwahrnehmung sowie optische Illusionen

Farben entstehen durch additive ( Licht ) oder subtraktive ( Pigmente ) Mischung von verschiedenen Spektren des Lichts. Dieses wird entweder reflektiert ( feste Objekte) oder durchgelassen ( transparente Objekte )

• 3 Farbentheorie von Young und Helmholtz

• Gegenfarbentheorie von Hering

  -> Beide Thorien sind richtig und ihr Zusammenspiel ermöglicht Farbwahrnehmung

  -> die trichromatischen Mechanismen wirken auf der Rezeptorenebene, die Gegenfarbenmechanismen auf der Ebene höherer Neuronen.

-> gilt für solide Objekte

->Transparente Objekte lassen Licht in verschiedenen Wellenlängen durch und kommen so zur Farbe

additive Farbmischung, entsteht bei der Übereinanderprojektion von Licht verschiedener Wellenlängen oder z. B. durch Betrachten eines Mosaiks aus großem Beobachtungsabstand. Die spektralen Strahlungsleistungsverteilungen summieren sich zu einer additiven Mischfarbe. Fällt z. B. auf dieselbe Netzhautstelle rotes und grünes Licht, so sieht man als Mischfarbe gelbes Licht (Farbensehen).

Von der additiven Farbmischung ist die subtraktive Farbmischung zu unterscheiden, die einen rein physikalischen Vorgang umschreibt. Dabei wird von der ursprünglichen Strahlungsleistungsverteilung der Lichtquelle durch Hintereinanderschalten verschiedener Farbfilter jeweils ein Teil weggenommen.

Ihr zufolge beruht die Farbwahrnehmung auf drei Rezeptorsystemen (drei Arten von Zapfen für die Farben Rot, Grün, Blau) mit jeweils unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit. Licht mit einer bestimmten Wellenlänge erregt die drei Rezeptorsysteme der Netzhaut in unterschiedlicher Weise, und das jeweilige Aktivitätsmuster in den drei Systemen führt zur Wahrnehmung eines spezifischen Farbeindrucks.

Durch phänomenologische Beobachtungen stellte Hering fest, daß die Farben Rot und Grün sowie Blau und Gelb perzeptuell zu je einem Gegensatzpaar verbunden sind. Er postulierte somit als vierte Elementarfarbe Gelb. Die Betrachtung eines roten Feldes erzeugt ein grünes Nachbild, bei Blau folgt ein gelbes Nachbild. Nach Hering entsprechen positive und negative Reizantworten dem Auf- und Abbau chemischer Substanzen in der Netzhaut.

Farbfehlsichtigkeit entsteht, wenn Farbrezeptoren im Auge des Betroffenen degeneriert sind (Farbschwäche) oder vollständig fehlen (Farbenblindheit).

Farbkonstanz: Behalten der Farbe, auch wenn die Lichtverhältnisse sich ändern

helligkeitskonstanz: Wahrnehmung gleicher Heliigkeit bei achromatischen Farben

-> Farbkonstanz und Helligkeitskonstanz sind wichtige Adaptionsmechanismen unseres Gehirns um konstante Umwelten wahrzunehmen

• Farbkonstanz, die Tendenz des menschlichen visuellen Systems, ein und dasselbe Objekt zu verschiedenen Zeitpunkten in denselben Farben wahrzunehmen, unabhängig von unterschiedlichen Beleuchtungsbedingungen und selbst dann, wenn die von ihm reflektierten Wellenlängen deutlich variieren.

• Durch die Wechselwirkung der drei Zapfenarten (Zapfen) und der drei postrezeptoralen farbopponenten Bahnen (rot-grüne, blau-gelbe, hell-dunkle Farbachse) werden Lichter und reflektierende Oberflächen in bestimmten Farben wahrgenommen.

• Die wahrgenommene Farbe eines Objekts wird dabei sowohl von der spektralen Zusammensetzung des Lichts, als auch von den Eigenschaften der Objektoberflächen, die das Licht reflektieren, bestimmt.

• Unter bestimmten Umständen tendiert das Gehirn dazu, die wahrgenommene Farbe des Objektes selbst bei starker Variation der Beleuchtung weitgehend konstant zu halten.

• Helligkeitskonstanz, die Fähigkeit des visuellen Systems, trotz unterschiedlicher Beleuchtung die relative Helligkeit verschiedener Teile einer Szene unverändert wahrzunehmen.

• Bei Veränderung der Lichtintensität werden die unterschiedlichen reflektierten Leuchtdichten physiologisch so miteinander verrechnet, daß der jeweilige Helligkeitseindruck gleich bleibt.

Zwei Flächen sehen gleich aus, wenn die Verhältnisse ihrre Lichtintesität dieselben sind wie der Umwelt

-> Schatten werden mit berücksichtigt

• Unser Gehirn verwendet verschiedene Hinweise um Tiefeninformation zu erfassen: okulomotorische, monokulare und binokulare

• okulomotorische Hinweise ( Akkomodation und Konvergenz ) spielen auf sehr kurze Distanzen eine Rolle

• monekulare Hinweise sind zahlreich und ihre Verwendung hängt von der Distanz ab

• Querdisparität ( binokulare Disparität): unterschied in der Wahrnehmung im linken und im rechten Auge als Grundlage des stereoskopischen Sehens und somit wichtigster Tiefenhinweis beim gesunden Menschen

-> Okulomotorische tiefenhinweise

->Monokulare Tiefenhinweise

->Binokulare Tiefenhinweise

• ​Okulomotorische Tiefenhinweise basieren auf unsere Begabung, Erregung unserer Augenmuskeln und Lage unserer Augen feststellen zu können.

Arten der okulomotorische Tiefenhinweise

• ​Akkomodation = Scharfstellen des Auges

• ​Konvergenz = Ausrichtung der Sehachse

Obgleich die Tatsache, dass wir zwei Augen haben, ein wichtiger Faktor für das räumliche Sehen ist, gibt es auch schon beim monokularen Sehen viele Hinweise darüber, wie die wahrgenommenen Objekte relativ zueinander im Raum angeordnet sind. Monokulare Tiefenkriterien können auch aus Bildern und Illustrationen erfasst werden.

Verdeckung und Überlappung: Ein Indiz für räumliche Tiefe ist die Verdeckung und Überlappung. Verdecktes wird als weiter hinten wahrgenommen. Die fehlenden Teile ergänzt unser Gehin implizit.

Schatten: Auch Schatten können Aufschluss über die räumliche Beschaffenheit von Gegenständen vermitteln.

relative Größe: Von vielen Gegenständen wissen wir, wie groß sie normalerweise sind. Menschen sind meistens zwischen 1,5 und 2,0 m. Wenn Sie auf unserer Netzhaut sehr klein sind, dann wissen wir, dass sie sich sehr weit weg befinden.

relative Höhe: Der Balken B erscheint größer als der Balken A, denn Balken B ist näher am Horizont und damit weiter von uns entfernt, erscheint aber genauso groß auf unserer Netzhaut. Ebenso ist der Vogel C vermutlich weiter weg als der Vogel D.

perspektivische Konvergenz: weiter von uns entfernte Punkte in der Regel weniger kontrastreich, heller und unschärfer als nahe Punkte. Das liegt daran, dass sich zwischen uns und den entfernten Objekten Partikel (Staub, Wassertröpfchen, Verschmutzungen) in der Luft befinden.

vertraute Größe: z.B Geldmünzen

Texturgradient: Die Textur einer Oberfläche kann ein Anhaltspunkt für deren räumliche Lage sein.

Auf- und Zudecken

Bewegungsparallaxe: Wenn sich der Beobachter bewegt, bewegen sich betrachtete Objekte je nach ihrer Distanz zum Fixationspunkt unterschiedlich schnell und in unterschiedliche Richtungen; diesen Geschwindigkeitsunterschied nennt man Bewegungsparallaxe.

-> Verdeckung und relative Größe funktionieren über den gesamten Bereich der Tiefenwahrnehmung

1. Verdeckung und Überlappung: Ein Indiz für räumliche Tiefe ist die Verdeckung und Überlappung. Verdecktes wird als weiter hinten wahrgenommen. Die fehlenden Teile ergänzt unser Gehin implizit.

1. Schatten: Auch Schatten können Aufschluss über die räumliche Beschaffenheit von Gegenständen vermitteln.

1. relative Größe: Von vielen Gegenständen wissen wir, wie groß sie normalerweise sind. Menschen sind meistens zwischen 1,5 und 2,0 m. Wenn Sie auf unserer Netzhaut sehr klein sind, dann wissen wir, dass sie sich sehr weit weg befinden.

1. relative Höhe: Der Balken B erscheint größer als der Balken A, denn Balken B ist näher am Horizont und damit weiter von uns entfernt, erscheint aber genauso groß auf unserer Netzhaut. Ebenso ist der Vogel C vermutlich weiter weg als der Vogel D.

1. perspektivische Konvergenz: weiter von uns entfernte Punkte in der Regel weniger kontrastreich, heller und unschärfer als nahe Punkte. Das liegt daran, dass sich zwischen uns und den entfernten Objekten Partikel (Staub, Wassertröpfchen, Verschmutzungen) in der Luft befinden.

1. vertraute Größe: z.B Geldmünzen

1. Texturgradient: Die Textur einer Oberfläche kann ein Anhaltspunkt für deren räumliche Lage sein.

1. Auf- und Zudecken

1. Bewegungsparallaxe: Wenn sich der Beobachter bewegt, bewegen sich betrachtete Objekte je nach ihrer Distanz zum Fixationspunkt unterschiedlich schnell und in unterschiedliche Richtungen; diesen Geschwindigkeitsunterschied nennt man Bewegungsparallaxe.

-> Verdeckung und relative Größe funktionieren über den gesamten Bereich der Tiefenwahrnehmung

• Entstehen dadurch, dass die Augen zwei unterschiedliche Projektionen der Umwelt liefern. Daraus ergeben sich zwei binokulare tiefenhinweise -> Stereoskopisches Sehen

• 2D und 3D Filme

• Phänomenologisch andere Wahrnehmung bei stereoskopischen Tiefensehen als bei Tiefensehen mit monokularen Kriterien

• Querdisparität (binokulare Disparität): Unterschied in der Wahrnehmung im linken und im rechten Auge als Grundlage des stereoskopischen Sehens

Es gibt eine gedachte Linie auf der alle Punkte liegen, die auf korrespondierende Punkte der Netzhaut projeziert werden. Diese gedachte Linie bezeichnet man als Horopter. Theoretisch ist der Horopter ein Kreis, der durch die Knotenpunkte (nodal points) beider Augen und den Fixationspunkt D verläuft: der sogenannte Vieth-Muller-Kreis. Der tatsächliche, empirisch beobachtbare Horopter ist gestrichelt eingezeichnet; er liegt leicht hinter dem theoretischen Horopter.

Korrespondenzproblem, vom Gehirn zu lösendes Problem beim Stereosehen (binokulares Sehen) zur Berechnung von Bildern. Um räumliche Tiefe zu erkennen, nutzt das menschliche Sehsystem die kleinen Verschiebungsdifferenzen (Disparitäten) zwischen den beiden Augenbildern, die durch die leicht unterschiedliche Perspektive der zwei Augen entstehen. Um diese Verschiebungen zu berechnen, müssen in beiden Augenbildern korrespondierende Bildteile gefunden werden.

Wahrgenommene Größe hängt vom beanspruchten Sehwinkel ab. Gleich große Objekte in der Wahrnehmung beanspruchen den gleichen Sehwinkel

Fragestellung: Wie entsteht der Eindruck gleich großer Objekte?

Versuchsaufbau:

Vp sitzt am Kreuzungspunkt zweier Flure und sehen beim Blick in den rechten Flur eine leuchtende Testscheibe sowie beim Blick in den linken Flur eine leuchtende Vergleichsscheibe.

Vergleichsscheibe immer in derselben Entfernung von ca. 3 Metern positioniert, die Testscheiben in Entfernungen zwischen 3 und 36 Metern.

Aufgabe Vp: Durchmesser Vergleichsscheibe so einstellen, dass er mit der Testscheibe übereinstimmt.

Variationen:(1) Ohne Einschränkung

(2) Mit einem Auge

(3) Durch eine Lochblende

(4) Flur mit Vorhängen ausgestattet, um Reflexionen zu verhindern

Ergebnis & Erklärung: Wenn man von der Linse des Auges aus Linien zum obersten und untersten Punkt des betrachteten Objekts zieht, ist der Winkel dazwischen der Sehwinkel. Er hängt sowohl von der Entfernung des Objekts als auch von seiner Größe ab (weiter weg oder kleines Objekt: kleinerer Sehwinkel, näher oder großes Objekt: größerer). Ein nahes kleines Objekt und ein weiter entferntes größeres Objekt können also denselben Sehwinkel haben und gleich große Abbilder auf den Retina erzeugen

Im Experiment: (1) Zunächst waren viele Tiefenreize zur Verfügung gestellt; Entfernung konnte leicht beurteilt werden.

(2) Immer noch gute Beurteilung

(3) Unpräzisere Bestimmung

(4) Schlechteste Größeneinschätzung Abwesenheit anderer Tiefeninformation machte die Beurteilung der physikalischen Größe der Scheiben schwieriger;

Größenwahrnehmung hing dann von der Größe ihrer retinalen Abbilder ab, die ja gleich groß waren; also in Abwesenheit anderer Information auch als gleich groß beurteilt wurden. Wenn andere Tiefeninformation fehlt, wird Größeneinschätzung stark vom Sehwinkel beeinflusst.

Größenkonstanz, läßt Objekte scheinbar unabhängig von der Entfernung annähernd gleich erscheinen. Die Größe des Netzhautbildes (Netzhaut) wird duch die gesehene Entfernung im Sinne einer Konstanz des Größeneindrucks kompensiert (Emmertsches Gesetz). Da die dreidimensionale Welt zweidimensional auf der Netzhaut abgebildet wird, muß die räumliche Gliederung des Wahrenhmungsraumes vom Zentralnervensystem anhand von verschiedenen Informationen erschlossen werden.

• Ergebnis einer Brechnung: G

Optische Täuschungen entstehen durch fehlerhafte Kombination von Tiefeninformation und Größeninformation

1. Subjektive Konturen: Das Rechteck existiert nicht, sondern entsteht durch Gestaltergänzung

2. Hering‘sche Täuschung: Die Vertikalen sind parallel und gerade

3. Titchener-Täuschung: Die Kreise in der Mitte sind gleich groß.

4. Müller-Lyer-Täuschung: Die Stecken sind alle gleich lang.