Sehen: Die Visuelle Wahrnehmung Das menschliche Auge

Kapitel: 5. Visuelle Wahrnehmung
Sehen: Die Visuelle Wahrnehmung
Vorlesung: Usability and Interaction
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Dr. Thomas Schlegel, Institut für Visualisierung und interaktive Systeme (VIS)
Kapitel: 5. Visuelle Wahrnehmung
Das menschliche Auge
Vorlesung: Usability and Interaction
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Kapitel: 5. Visuelle Wahrnehmung
Das menschliche Auge
Aufbau der Retina
− Retinale Ganglien geben
das Singnal weiter im
Auge (…Chronobiologie!).
Quelle:
www.dma.ufg.ac.at
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Das menschliche Auge
Anatomie des Auges:
p 2-8 mm ((Helligkeitsanpassung);
g
p
g) Iris = “Regenbogenhaut”
g
g
Pupille
Fokusabstand zur Linse (scharfe Abbildung): 14-17 mm
Netzhaut (Retina) mit Stäbchen und Zapfen (“Sensor”)
Fovea (Bereich mit den meisten (Farb-)Rezeptoren
Blinder Fleck: Austritt des Sehnervs
Abstand / Fokus
Sehfeld
03m
0.3
0 30 – 0.33
0 33 m
0.30
1.0 m
1.0 – 1.3 m
3.3 m
3.3 - ∞ m
Weitsichtigkeit
Kurzsichtigkeit
Siehe auch nächste Folie Æ
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Sehfähigkeit und Korrekturen in „Dioptrien“
Dioptrien bei
Kurzsichtigkeit
g
− „Inverse Meter“ bei Brechwerten
−M
Merkformel:
kf
l
D = 1 geteilt durch <scharfe Sichtweite in Meter>
Beispiel
Kurzsichtigkeit
− Kurzsichtiger mit 4 Dioptrien (-4 dpt), d.h. D = 4
Weitsichtigkeit
− Die Dioptrien bei Weitsichtigen (Plus-Werte) ist
gleich dem Kehrwert der Brennweite. Beispiel:
g
− 4 = 1 / s Æ s = ¼ m = 0,25 m = 25 cm
ab 25 cm wird es also langsam unscharf…
− Treffen sich die Lichtstrahlen bei 1m, hat das
Brillenglas die Stärke plus 1 Dioptrie (dpt). Treffen
sie sich in 50 Zentimetern, sind es plus 2 dpt. Je
kürzer die Brennweite, desto stärker.
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Das menschliche Auge
Rezeptoren der Netzhaut (Retina)
Stäbchen:
– Mehr als 120 Millionen
– Vor allem beim peripheren Sehen (Maximum bei 20°)
– Graustufen, geringe Helligkeit (Nachsehen!)
– Maximal Empfindlichkeit bei 555 nm (grün)
Zapfen:
Peripheres
Sehen
– Ca. sieben Millionen, vor allem in der Fovea
– Farbsehen,
Farbsehen Tagsehen
1 mm² auf der Netzhaut entspricht 1cm²
in 57cm Entfernung (1 Grad)
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Farbsehen
(Fovea)
1°
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Das menschliche Auge: Empfindlichkeit
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Stäbchen und Zapfen entlang des horizontalen Meridian der Retina
Cones
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Sehschärfe
„Auflösung“ des
Bildes,, wie es im
Gehirn ankommt.
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Das menschliche Auge
Photorezeptoren
Ca. 130 Mio. Photorezeptoren führen in 1 Mio.
Ganglienzellen. Diese bilden aus den
Rezeptoren kreisförmige Rezeptorfelder
unterschiedlicher Größe.
Zwei Typen:
– AN: Plus im Zentrum,
Minus in der Peripherie
– AUS: Minus im Zentrum,
Plus in der Peripherie
Reaktion auf Intensitäts- oder FarbUnterschiede Æ Erkennung von
Ausrichtung und Textur
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Raumdimension der Empfindung:
Kontrastüberhöhung (Simultankontrast)
•
•
•
•
Der physikalisch identische
Reiz wird in Abhängigkeit
seiner
i
U
Umgebung
b
unterschiedlich
wahrgenommen.
Unterschiede zur
Umgebung werden
besonders betont.
Bei dunklem Hintergrund
erscheint der äußere Rand
des grauen Kreises
besonders hell, bei hellem
Hintergrund besonders
dunkel.
Diese simultanen
Grenzkontraste werden
nach ihrem Erstbeschreiber
als Mach-Bänder
bezeichnet.
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Helligkeitsillusion
Adelson‘s Schachbrett-Illusion:
A und B haben den g
gleichen Grauwert
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Helligkeitsillusion
Adelson‘s Schachbrett-Illusion:
A und B haben den gleichen Grauwert
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Das menschliche Auge
Mach Bänder
Das Kantenerkennungssystem erhöht den Luminanz-Gradient
Luminanz
Profil
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Kontrast-/Kantenerkennung
- + - B
C - + -
hell
Wahrgen. Helligkeit
Helligkeit
- + - D
A - + -
Reale Helligkeit
dunkel
Abstand von der linken Seite (s.o.)
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Weitere Beispiele für Simultankontrast
Victor Vasarelys
»Arcturus«
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Weitere Beispiele für Simultankontrast I
Herrmann'sche Gitter
Die weißen Streifen sind
physikalisch völlig
homogen.
Jedoch erscheinen die
weißen
Kreuzungspunkte
weniger hell.
Begründung
Jeder Streifen ist komplett von schwarzen Flächen umgeben.
Außer an den Kreuzungen. Hier berühren sie die schwarzen Flächen nur an den
Eckpunkten. Deshalb ist hier weniger Kontrast.
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Interessante visuelle Phänomene
Beobachten Sie die aufblitzenden
schwarzen Flecken!
Beim Betrachten des Bildes mit weit
geöffneten Augen blitzen in einigen
weißen Kreisscheiben plötzlich
tiefschwarze Flecken auf. Sie
kommen und gehen, wenn man den
Blick schweifen lässt. Sie lassen
sich nicht fixieren, denn sobald eine
bestimmte weiße Scheibe genau
betrachtet wird, verschwindet in ihr
d schwarze
der
h
Fl
Fleck
k augenblicklich.
bli kli h
Dieses Phänomen wurde 1985 von J.
R. Bergen entdeckt und kann bis
heute wohl nicht befriedigend erklärt
werden.
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Hering Antagonismus
Gegenläufiger Reaktionstyp (hell-dunkel, gelb-blau, rot-grün)
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Das menschliche Auge
Modulationsübertragungsfunktion
(MÜF) des menschlichen Auges
mit unterschiedlichen
Pupillenöffnungsweiten
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Das menschliche Auge
Grenzen der Signalverabeitung
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Sehen: Signalverarbeitung im Gehirn
The visual path
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Interpretation in der Wahrnehmung
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Kapitel: 5. Visuelle Wahrnehmung
Optische Täuschungen
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Kapitel: 5. Visuelle Wahrnehmung
Vordergrund und Hintergrund?
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Kapitel: 5. Visuelle Wahrnehmung
Vordergrund und Hintergrund
Vordergrund
hat eine Silouette
Æ Überdeckung…
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Kapitel: 5. Visuelle Wahrnehmung
Orientierung: Symmetrie und Wölbung
Der Vordergrund ist
vertikal/horizontal,
symmetrisch
y
und
komplex
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Kapitel: 5. Visuelle Wahrnehmung
Sehvermögen in der visuellen Wahrnehmung
Sehschärfe
− Beleuchtungsabhängig, maximal bei ca.
100cd/qm.
q
− Graustufen peripher und lichtempfindlicher
− Farbsehen hört vorher auf
(„Nachts sind alle Katzen grau“)
Akkomodation
− Scharfstellen auf verschiedene Abstände (nah-/
fernakkomodation)
g g brennpunktabhängig
g g ((Dioptrien))
− Altersabhängig,
Nahpunkt
− geringste scharf gesehene Entfernung
(Altersweitsicht!)
chromatische
Abberation
− Unterschiedliche Lichtbrechung (bei gleicher
realer Entfernung wirkt rot “näher”, blau “ferner”).
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