Abbildung. Auf der Netzhaut entsteht ein zwei-dimensionales (umgekehrtes) Abbild der Umwelt

Transkript

1 Tiefensehen Der uns umgebende drei-dimensionale Raum wird auf die zwei-dimensionale Netzhaut abgebildet Auf diesem Bild berechnet das visuelle System die 3D Distanz der Objekte Dazu dienen viele verschiedene Tiefenhinweise Die Größe unterschiedlich weit entfernter Objekte wird skaliert (Größenkonstanz)

2 Abbildung Auf der Netzhaut entsteht ein zwei-dimensionales (umgekehrtes) Abbild der Umwelt

3 Vieldeutigkeit des Netzhautbildes Viele verschiedene Umweltreize können zu dem gleichen Netzhautbild führen. Die Körper A und B sowie die auf eine Platte P gezeichnete Figur führen zum selben Netzhautbild.

4 Blick in den Ames schen Raum

5 Der Ames sche Raum

6 Wie funktioniert das? Im Ames schen Raum sind die Winkel und Entfernungen so verzerrt, dass das Netzhautbild auch von einem zwei-dimensionalen, rechtwinkligen Raum stammen könnte Wegen der unterschiedlichen Entfernungen ist die Größe auf der Netzhaut aber sehr unterschiedlich Daher sehen die verschiedenen Personen verschieden groß aus Beobachtung ist stationär und mit einem Auge!

7 Der Beuchet-Stuhl

8 Tiefenhinweise Okulomotorisch Visuell Akkommodation Konvergenz Binokular Monokular Statische Hinweise Bewegungsparallaxe Verdeckung Größe Perspektive

9 Konvergenz Bei der Betrachtung naher Objekte konvergieren die Augen. Bei der Betrachtung weit entfernter Objekte stehen sie parallel. Um nahe Objekte zu fokussieren, muss die Brechkraft der Linse erhöht werden. Dies geschieht durch Akkommodation.

10 Okulomotorische Hinweisreize Akkommodation und Konvergenz können nur im Nahbereich innerhalb von ca. 3 m funktionieren. Doch selbst in diesem Bereich sind Tiefenurteile auf Grund von okulomotorischen Hinweisreizen allein sehr ungenau.

11 Visuelle Hinweisreize Monokular Statisch Verdeckung Größe Perspektive Dynamisch Parallaxe Binokular Disparität

12 Verdeckung und Schatten Verdeckte Objekte werden als weiter hinten wahrgenommen. Die Distanz zwischen Schatten und Objekt ist ein Indikator dafür, wie weit das Objekt vom Untergrund entfernt ist. -> Video

13 Schatten

14 Verdeckung und Größe

15 Relative Höhe im Blickfeld Objekte, die sich weiter oben befinden (näher am Horizont) werden größer wahrgenommen. Bei gleicher Netzhautgröße werden die Objekte als weiter entfernt wahrgenommen. Dies führt über die Distanzskalierung zur unterschiedlichen Wahrnehmung.

16 Relative Größe

17 Bekannte Größe

18 Atmosphärische Perspektive

19 Lineare Perspektive Vor der Entdeckung der Perspektive um 1500 wirkten Bilder in der räumlichen Darstellung und Größe falsch und unnatürlich.

20 Lineare Perspektive Lineare Perspektive induziert Entfernung. Objekte mit gleicher Netzhautgröße werden dann als unterschiedlich weit entfernt und damit auch als unterschiedlich groß wahrgenommen.

21 Texturgradient Mit zunehmender Distanz werden die Texturen feiner

22 Perspektivische Textur

23 Beleuchtung

24 Gesichter und Schattierung Das visuelle System macht oftmals Vorannahmen über Lichtquelle oder die Beschaffenheit von bekannten Objekten.

25 Erreichbarkeit Die Distanz zu einem Objekt wird überschätzt, wenn sich zwischen Proband und Objekt ein Hindernis (z.b. Graben) befindet

26 Bewegungsparallaxe Ein Auge, das sich von einer Position links zu einer Position rechts bewegt. Dabei verändern die Abbildungen zweier Objekte (A und B) ihre Position auf der Netzhaut. Man beachte, dass die Abbildung des nahen Objektes A bei der Positionsänderung eine größere Strecke auf der Netzhaut zurücklegt als die Abbildung des fernen Objektes B.

27 Aufdecken und Verdecken Wenn sich das Auge bewegt, dann bewegen sich die betrachteten Objekte relativ zueinander. Je weiter die Objekte in der Tiefe voneinander entfernt sind, desto größer sind die Veränderungen

28 Binokulare Disparität Die Abbilder im linken und rechten Auge unterscheiden sich. Aus dem Grad der Verschiebung (Disparität) kann das Gehirn die Tiefe errechnen.

29 Beispiel -> Beispiel Finger

30 Noch ein Beispiel

31 Korrespondierende Netzhautpunkte Korrespondierende Punkte auf beiden Netzhäuten entstehen durch die (gedachte) Überlagerung der beiden Augen

32 Der Horopter Punkte in der Umwelt, die auf korrespondierende Netzhautstellen fallen, werden zu einem imaginären Kreis, dem Horopter, zusammengefasst

33 Beispiel

34 Objekte, die auf dem Horopter liegen, werden als gleich weit entfernt wahrgenommen.

35 Disparität Objekte, die nicht auf dem Horopter liegen, fallen auf nicht-korrespondierende Netzhautstellen. Je weiter die Objekte vom Fixationspunkt entfernt sind, desto weiter sind sie auf der Netzhaut verschoben. Das Gehirn muss die korrespondierenden Objekte in den beiden Bildern finden und daraus die Tiefe berechnen.

36 Gekreuzte und ungekreuzte Disparität Objekte, die weiter als der Fixationspunkt entfernt sind, sind auf der Netzhaut zur Nase hin verschoben. Sie erscheinen im linken Auge links vom fixierten Objekt und im rechten Auge rechts davon. Nähere Objekte sind zur Seite hin verschoben. Sie erscheinen im linken Auge rechts vom fixierten Objekt und im rechten Auge links davon.

37 Das Zufallspunktstereogramm

38 Random Dot Stereogram Das Random Dot Stereogram wurde von Bela Julesz in die Sehforschung eingeführt Sämtliche monokularen Tiefenhinweise können bei der Wahrnehmung dieser Stereogramme ausgeschlossen werden Querdisparität ist der einzige Hinweisreiz für die Tiefe Trotzdem nehmen wir die Tiefe ganz deutlich wahr

39 Neuronale Mechanismen Im Gehirn von Primaten (ab V1) finden sich Zellen, die am besten auf Reize mit einer Querdisparität antworten

40 Gewichtung Verschiedene Tiefenkriterien sind bei unterschiedlichen Entfernungen unterschiedlich wichtig. Disparität ist vor allem im Nahbereich für die Auge- Hand-Koordination enorm wichtig. Für weiter entfernte Objekte überwiegen dann die monokularen Kriterien.

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42 Andere Tiere Disparität kann nur von Tieren mit frontalen Augen benutzt werden, da sich bei seitlichen Augen die beiden Netzhautbilder nicht überlappen

43 Tiefenwahrnehmung bei Tieren kann z.b. mittels der Flugbahn untersucht werden, die für verschiedene Distanzen benutzt wird.

44 Größenkonstanz Wahrnehmung der Entfernung ist die Grundlage der Größenkonstanz Die Größe von Objekten wird unabhängig von der Entfernung wahrgenommen Objekte, die sich entfernen werden nicht scheinbar kleiner, auch wenn sich das Netzhautbild ändert

45 Holway und Boring (1941): Aufbau Entscheidend ist bei diesem Experiment, dass alle Testkreisscheiben den selben Sehwinkel haben und daher die selbe Abbildung auf der Netzhaut des Beobachters erzeugen.

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47 Holway und Boring (1941): Ergebnisse Größe der Vergleichsscheibe (Zentimeter) binokular monokular durch eine Lochblende / 25,4 / 50,8 wie (3) aber mit abgedeckten Wänden Entfernung der Testkreisscheiben (Meter) / Größe der Vergleichsscheibe (Zentimeter)

48 Retinale Bildgröße Die Größe des Netzhautbildes verändert sich mit der Entfernung

49 Nachbilder

50 Emmert sches Gesetz Nachbild an der Wand Adaptationsbild G W = K*(G N * D W ) G W = wahrgenommene Größe G N = Größe des Nachbildes D W = wahrgenommene Distanz Netzhautbild Scheinbare Objektgröße ist proportional zur Fixationsentfernung

51 Die Ponzo-Täuschung D W2 G W = K*(G N * D W ) G W = wahrgenommene Größe G N = Größe des Netzhautbildes D W = wahrgenommene Distanz D W1 Da D W1 < D W2 und G N konstant, ist G W1 < G W2

52 Die Mondtäuschung Der Mond erscheint kleiner, wenn er hoch am Himmel steht, als wenn er knapp über dem Horizont steht. wahrgenommen Größe (Illusion)

53 Geometrie der Mondtäuschung G W = K*(G N * D W ) G W = wahrgenommene Größe G N = Größe des Netzhautbildes D W = wahrgenommene Distanz D W1 D W1 < D W2 D W2

54 Erklärung der Mondtäuschung Der Sehwinkel des Mondes ist immer gleich. Der Mond scheint sich am Horizont in größerer Entfernung vom Beobachter zu befinden als am Zenith. Vom Mechanismus der Größenkonstanz wird eine Sehwinkelverkleinerung bei gleichzeitiger Entfernungszunahme für die wahrgenommene Größe kompensiert. Eine wahrgenommene Entfernungsänderung bei konstantem Sehwinkel erzeugt die gleiche Kompensation. Der Unterschied in der wahrgenommenen Entfernung des Mondes erzeugt daher eine Korrektur der wahrgenommenen Größe, so daß bei gleichem Sehwinkel die wahrgenommene Größe zunimmt, wenn die wahrgenommene Entfernung zunimmt.

55 Tiefensehen Das visuelle System berechnet aus dem 2D Netzhautbild die 3D Lage und Größe der Objekte Es gibt monokulare und binokulare Tiefenhinweise Die Größe unterschiedlich weit entfernter Objekte wird skaliert (Größenkonstanz) Das war s für heute!