Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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1 *UDSKLVFKH 'DWHQYHUDUEHLWXQJ Elemente der Bildwahrnehmung Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker *RHWKH8QLYHUVLWlWÃ)UDQNIXUW *UDSKLVFKHÃ'DWHQYHUDUEHLWXQJ hehuvlfkw 1. Licht physikalisch betrachtet 2. Das visuelle System Aufbau - Bildentstehung - Sehfeld Visuelle Wahrnehmung 3. Helligkeitswahrnehmung - Kontrast 4. Ortscharakteristikades visuellen Systems Ortsauflösung - CSF 5. Farbwahrnehmung Was ist Farbe? Basisphänomene und Modellbildung 6. Textur-, Tiefen- und Raum- und Bewegungswahrnehmung 2 1

2 hehuvlfkw)ruwvhw]xqj 7. Glossar 8. Weitere Informationen 9. Ausblick Nächste Schritte 3 (LQI KUXQJ Alle Bilder die wir erzeugen, sollen der Kommunikation (von und) zum Menschen dienen! Wir müssen sein visuelles System kennen, um dies zu ermöglichen oder den Informationstransfer optimal zu gestalten. Das menschliche visuelle System ist ein entscheidendes Glied in der Kette der Bilderzeugung (am Monitorausgang ist nicht das Ende des Informationsflusses). 4 2

3 =LHOH Vermittlung der wichtigsten psycho-physischen Grundlagen, um technische Bilderzeugungssysteme zu gestalten. Problembewußtsein: das visuelle System ist stark nichtlinear: Î keine einfachen Interpolationen oder Extrapolationen von Versuchsergebnissen. 5 3K\VLNDOLVFKH*UXQGODJHQ/LFKW Licht ist elektromagnetische Strahlung: elektrisches Feld und ein magnetisches Feld Maxwellschen Gleichungen: Richtungen des/der Wellenvektors N elektrischen Feldstärke ( magnetischen Induktion % bilden ein rechtwinkliges Dreibein. Eine Lichtwelle, deren (-Vektor immer nur in einer Ebene schwingt, heißt linear polarisiert. In diesem Fall nennt man die vom (-Vektor und der Ausbreitungsrichtung N aufgespannte Ebene Schwingungsebene, die von % und N aufgespannte Ebene Polarisationsebene. % ( 6FKZLQJXQJV( 3RODULVDWLRQV( N 6 3

4 (OHNWURPDJQHWLVFKH6WUDKOXQJ Monochromatisches (einfarbiges) Licht wird beschrieben durch Angabe der Frequenz Q bzw. der Wellenlänge O. Beide Größen sind durch die Beziehung Q O = c (Frequenz mal Wellenlänge=Ausbreitungsgeschwindigkeit) miteinander verknüpft, wobei F PV die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts im Vakuum ist. 7 'DV6SHNWUXPGHU HOHNWURPDJQHWLVFKHQ6WUDKOXQJ m γ-strahlen Röntgen UV Infrarot Mikrowellen Rundfunk 3* * * * * *10 8 Sichtbares Licht 3*10 6 Hz violett blau grün gelb orange rot nm 8 4

5 5DGLRPHWULHXQG3KRWRPHWULH Radiometrie: Physikalische Messung elektromagnetischer Energie, z.b. Betrag der Lichtenergie je Wellenlänge 3KRWRPHWULH: psychophysikalische Messung der durch das menschliche visuelle System wahrgenommen Größen, die vom elektromagnetischen Spektrum erzeugt werden. CIE V (λ) 1,2000 1,0000 0,8000 0,6000 0,4000 0,2000 0, ,2000 c 740 [ FG P 2 / ] = 9 ( λ) ( λ / QP 380QP λ G Hellempfindungsgrad V(λ) 9 /XPLQDQFH /LFKWVWlUNH %ULJKWQHVV /HXFKWGLFKWHRGHU+HOOLJNHLW /LJKWQHVV Luminance (luminous intensity) Lichtstärke Gemessene Lichtmenge, die aus einer Region des Raumes abgestrahlt wird. Wird in Candela (cd) gemessen. Brightness (1) Leuchtdichte [cd/m 2 ] auch 1Stilb = 1sb = 1cd/cm 2 1Apostilb = 1asb = 0,3183 cd/m 2 1 Lambert = 1L = 10 4 /π cd/m 2 1 foot-lambert = 1fl = 3,426 L auf der Netzhaut (Retina) oft in: 1 troland = 1cd/cm 2 bei 1mm Pupillenöffnung Brightness (2) Helligkeit (1) Entspricht der ZDKUJHQRPPHQHQ Menge an Licht, das von einer selbstleuchtenden Lichtquelle (z.b. Monitor) ausgeht. Lightness Helligkeit (2) Entspricht der ZDKUJHQRPPHQHQ Menge an Licht, das von einer reflektierenden Oberfläche ausgeht. 10 5

6 (LQKHLWHQGHU3KRWRPHWULH Lichtstärke luminous intensity Candela [cd] Leuchtdichte brightness [cd/m 2 ] auch 1Stilb = 1sb = 1cd/cm 2 1Apostilb = 1asb = 0,3183 cd/m 2 1 Lambert = 1L = 10 4 /π cd/m 2 1 foot-lambert = 1fl = 3,426 L auf der Netzhaut (Retina) oft in: 1 troland = 1cd/cm 2 bei 1mm Pupillenöffnung Beleuchtungsstärke illuminance Lux [lx] Lichtstrom luminous flux Lumen [lm] 11 7\SLVFKH/HXFKWGLFKWHEHUHLFKH Leuchtdichte [cd/m 2 ] Detlef Krömker Stäbchen-Sehen Zapfen-Sehen skotopisch mesopisch photopisch Sonnenoberfläche mittags Unbedeckter Tageshimmel Monitorbild Bequemes Lesen Untere Grenze für das Farbsehen Weißes Papier im Mondlicht Untere Grenze des Sehens } EHVWH6HKVFKlUIH 6

7 : Tageslicht Sommer : Tageslicht Winter 150: Präzisionsarbeiten : allgemeine Raumbeleuchtung ,2: Mondlicht auf der Erde 13 hehuvlfkw 1. Licht physikalisch betrachtet 2. Das visuelle System 3. Helligkeitswahrnehmung - Kontrast 4. Ortscharakteristikades visuellen Systems 5. Farbwahrnehmung 6. Textur-, Tiefen- und Raum- und Bewegungswahrnehmung 14 7

8 'DVYLVXHOOH6\VWHP Aufbau und Funktion Auge Optischer Weg Retina (Rezeptoren & frühe Verarbeitung) Sehnerv Sehrinde (visual cortex) 15 'DV$XJH Iris: Blendenmechanismus Teil des $GDSWLRQsmechanismus 2-8 mm Öffnung Optisch abbildende Elemente: Hornhaut, Kammerwasser, Linse, Glaskörper Linse: $NNRPRGDWLRQ (Scharfeinstellung) fern: f=17mm, nah: f=14mm Retina (Netzhaut) Rezeptoren -- Sehnerv Gelber Fleck (macula lutea); 5 o Durchmesser fovea centralis : Bereich der höchsten Auflösung 1,5 o Durchmesser 16 8

9 $XJHQKLQWHUJUXQG 17 $QDWRPLHGHUYLVXHOOHQ6HKEDKQHQ Linkes und rechtes Auge Sehnerv Nervus Opticus (ca. 1Mio. Ganglienzellen) Kreuzung Chiasma Optica Tractus Opticus Corpus geniculatum laterale Radiatio Optica Primärerer visueller Cortex Striate Cortex 18 9

10 $XIEDXGHU5HWLQD Photorezeptoren: 2 Grundtypen Nachtsehen: Stäbchen (rods) ca. 120 Millionen Tagsehen: Zapfen (cones) ca. 6 Millionen hauptsächlich in der Fovea Centralis 3 Zapfensubtypen: L rot (R) M grün(g) S blau(b) 19 =DSIHQPRVDLNLQGHU)RYHD&HQWUDOLV 10% S-Rezeptoren B- blau 48% M-Rezeptoren G- grün 42% L-Rezeptoren R- rot 20 10

11 $XIEDXGHU5HWLQD 4 weitere Gruppen von Zellen: Horizontal-Zellen Erzeugung lokaler Nachbarschaften Bipolar-Zellen Summation von Rezeptorimpulsen laterale Hemmung: Reizänderungen, Hochpaß Amacrin Zellen Temporale Antwort Ganglien Zellen Axon (Ausgang) bilden den Sehnerv 21 *DQJOLHQ]HOOHQ ca. 1 Million: speziellen rezeptiven Feldern zugeordnet: Reizänderungen (Helligkeit, Farbe, Bewegung) in der Fovea Centralis: Zapfen:Ganglien=1:1 kreuzen im Chiasma Optica enden mit den Synapsen im Corpus geniculatum laterale: wichtige Vorverarbeitungsleistungen: 2 Zellhaupttypen: 0JUR 3NOHLQ - nicht wellenlängenselektiv gegenfarbenselektiv - schnell langsamer - hohe Kontrastempfindlichkeit geringere Kontrastempf. -große rezeptive Felder kleinere rezeptive Felder 22 11

12 9LVXHOOHU&RUWH[ Brodmann s area 17, area 18, area 19 area 18 zeigt spezielle Gebiete: blobs keine Orientierung Gegenfarben farbempfindlich bei geringen Ortsfrequenzen interblobs orientierungsempfindlich keine Wellenlängenempf. hellempfindlich bei hohen Ortsfrequenzen 23 hehuvlfkw 1. Licht physikalisch betrachtet 2. Das visuelle System 3. Helligkeitswahrnehmung - Kontrast 4. Ortscharakteristikades visuellen Systems 5. Farbwahrnehmung 6. Textur-, Tiefen- und Raum- und Bewegungswahrnehmung 24 12

13 +HOOLJNHLW Keine absolute Wahrnehmungsgröße: abhängig von: Reizstärke (Leuchtdichte) Leuchtdichte zuvor --> ADAPTION Leuchtdichte in der Umgebung Größe des Reizes 25 6LPXOWDQNRQWUDVW 26 13

14 6LPXOWDQNRQWUDVW 'HILQLWLRQ.2175$67 verschiedene Definitionen üblich P = N = O O max max O + O min min (Modulationsgrad). / = / / 5 + / / + + PLW / = /HXFKWGLFKWH GHV Re L]HV 5 / = /HXFKWGLFKWHGHV +LQWHUJUXQGHV 5 = 28 14

15 +HOOLJNHLWV8QWHUVFKLHGVVFKZHOOH 6FKZHOOHQNRQWUDVW Bestimmbar z.b. durch MASSON-Scheibe Ring Schwarzanteil % 1 2,38 2 1,19 3 0,79 4 0,60 5 0,48 bei mittleren Leuchtdichten ( cd/m 2 ) ist diese Schwelle konstant: ca. 0,8 %: Weber-Gesetz aber wir finden starke individuelle Unterschiede kleinere Leuchtdichten: de Vries-Rose-Gesetz 29 Webersches Gesetz :HEHU)HFKQHUVFKHV 6WHYHQVFKHV *HVHW] / / 5 = = FRQVW. 5 Fechnersches Gesetz / = F log 1 5 Stevensches Gesetz ( ( = = F 2 5 N / für visuelle Reize k=2,13(schmerz); =0,96 (Wärme); = 0,32 (Schall); =0,21 (Licht)?? 30 15

16 :DKUQHKPXQJVFKDUDNWHULVWLND YRQ+HOOLJNHLW +HOOLJNHLW+HOO'XQNHO8QWHUVFKLHG sehr wichtige Empfindungsgröße fürs Formensehen, Objektsehen,... bisher angenommen, dass der Unterschied groß genug ist: für kleine Details mindestens 3:1 (besser 10:1) ISO 9241, part 3 fürs Text lesen.hlqhdevroxwh:dkuqhkpxqjvju H; abhängig von: Reizstärke (Leuchtdichte) Leuchtdichte zuvor --> ADAPTION Leuchtdichte in der Umgebung Absolute Größe des Reizes.RQWUDVW&6) 31 +HOOLJNHLW Gar nicht so einfache Fragen: Was ist weiß? Was ist schwarz? Was ist ein mittleres Grau? Einige Effekte: Simultankontrast Hermann Grid Illusion Mach-Bänder Chevreul Illusion 32 16

17 6LPXOWDQNRQWUDVW 33 6LPXOWDQNRQWUDVW

18 6LPXOWDQNRQWUDVW (128,128,128) (185,185,185) 35 0DFK%lQGHU Ergebnis einer linearen Interpolation (z.b. nach Gouraud) Helle Bänder erscheinen dort, wo die 1. Ableitung eine unstetige Änderung aufweißt

19 &KHYUHXO,OOXVLRQ Die Streifen sind jeweils gleich hell; sie erscheinen jeweils am linken Rand dunkler als am rechten Rand. 37 $QDO\VH 6LPXOWDQNRQWUDVW +HUPDQQ*ULG,OOXVLRQ 0DFK%lQGHU &KHYUHXO,OOXVLRQ Effekte des frühen Sehens (Retina, erste verarbeitende Nervenzellen) Antwort eines Rezeptiven Feldes: DOG (Difference of Gaussians) Modell Basis für die Kanten- und Konturerkennung 38 19

20 (LQZHLWHUHU(IIHNW.RQWUDVWYHUVWlUNXQJ Differenzen werden umso stärker wahrgenommen, je näher sie an der Hintergrundhelligkeit liegen. Dieser Effekt wird auch von uniformen Grauwertskalen nicht berücksichtigt. 39 hehuvlfkw 1. Licht physikalisch betrachtet 2. Das visuelle System 3. Helligkeitswahrnehmung - Kontrast 4. Ortscharakteristikades visuellen Systems 5. Farbwahrnehmung 6. Textur-, Tiefen- und Raum- und Bewegungswahrnehmung 40 20

21 (UNHQQXQJ NOHLQHU 'HWDLOV Begrenzt durch optische Eigenschaften des Auges, insbesondere Beugungserscheinungen Abtastung durch Rezeptoren (hier insbesondere die Zapfengröße) nervöse Verarbeitung Maß: Kontrastempfindlichkeit (contrast sensitivity) Schwellenkontrast z.b. als Funktion der Ortsfrequenz CSF Detlef Krömker 41 &6) &RQWUDVW 6HQVLWLYLW\ )XQFWLRQ 42 21

22 'LH&6) FRQWUDVWVHQVLWLYLW\IXQFWLRQ ist die MTF des Visuellen Systems MTF: Modulationstransferfunktion Übliche Approximation (normalisiert): β ρ +XY (, ) = + S ( ) = $ + H ρ ρ0 ρ α ρ0 PLW $ = 2,; 6 α = 0, 0192; ρ = 8, 772; β = 11, 0 Detlef Krömker 43 6HKZLQNHO9LVXDO$QJOH h d K α tan = 2 2 G ( inf DFKH /LQVH = + I G U 9HUEXQGHQH /LQVHQ = + I I I ' = 1 I QDK I IHUQ Sehwinkel Wenn d und r in Meter angegeben werden, dann wird 1/f in Dioptrien dpt gemessen Näherung: Frontkrümmung der Linse ca. 40 dpt ca 19 dpt von der variablen Linse Akkomodationsbandbreite: Kindern ca. 12 dpt 60-jährigen fast 0 r 44 22

23 %LOGVFKlUIHQEHVWLPPXQJ Von links nach rechts: Daumenregel: Punktsehschärfe ca. 1 1cm Objekt in Rastersehschärfe ca cm Abstand = 1 0 Liniensehschärfe ca. 0,5 Doppellinien ca. 30 Vernier Sehschärfe Nonius Sehschärfe 5-7 Snellen-Optotypen 30 (5 Buchstabengröße) Landolt-Ringe LHIHQVFKlUIH Abstand 50 cm 1m 2 m 3 m Nah 43 cm 75 cm 1,2 m 1,5 m Fern 60 cm 1,5 m 6,0 m unendlich Bei 3 mm Pupillenöffnung und 1/3 dpt Tiefenschärfewert gilt folgendes Intervall 3G 3G, G + 3 G

24 *HVDPWVHKIHOG 47 24

25 Das weiße Rechteck wirkt gegenüber dem schwarzen länger. 9LVXHOOHU6WUHVV Großflächige sich wiederholende Blitze oder Streifenmuster mit z.b. 3 Zyklen / Grad und Flickerraten von 20 Hz lösen bei fast allen Betrachtern visuellen Stress aus, bis hin zu krampfartigen Anfällen 50 25

26 (LJHQVFKDIWHQ HLQHV RSWLPDOHQ 'LVSOD\V In der fovea: Zapfendichte von ca. 180/Grad Î 4k x 4k Display (ohne Beachtung des Noniussehens) Warum werden dann Laserprinter mit 1200 dots /inch = 460 dots/cm hergestellt? Wegen Aliasing Grauwerterzeugung Noniussehen (Super/HyperAcuity) 51 $OLDVLQJ LQ. U]H 52 26

27 (LJHQVFKDIWHQGHV5HFKQHUELOGHV DP0RQLWRU Typisches CRT oder auch LCD-Display nur ca. 72 dpi dpi: Probleme mit feinen Strukturen Pixel Struktur oder Phosphor-Muster kann zusätzliche Effekte erzeugen Typischer Monitor reitzt nur 5-10% des visuellen Sehfeldes, doch dieses entspricht ca. 50% der visuellen Verarbeitungsleistung. Für 3D-Szenen fehlt die Notwendigkeit zur Fokussierung Î Fehleinschätzungen Zeitliche Anforderungen besprechen wir später 53 hehuvlfkw 1. Licht physikalisch betrachtet 2. Das visuelle System 3. Reiz, Erregung Empfindung, Wahrnehmung 4. Helligkeitswahrnehmung - Kontrast 5. Ortscharakteristikades visuellen Systems 6. Farbwahrnehmung 7. Textur-, Tiefen- und Raum- und Bewegungswahrnehmung 54 27

28 )DUEH (WZDV+LVWRULVFKHV Seit Jahrhunderten beschäftigen sich Physiker, Physiologen, Psychologen, Philosophen mit dem Phänomen Farbe Jedoch: Bis heute ist dieses Wahrnehmungsphänomen nicht vollständig verstanden und durchdrungen. 55 0HLOHQVWHLQHGHU(QWZLFNOXQJ Newton ( ): Dispersion (Farbzerstreuung des Lichtes); additive Mischung Goethe: naturgemäße Ordnung der Farben ³$XIDOOHVZDVLFKDOV3RHWJHOHLVWHWKDEHELOGHLFKPLUJDUQLFKWV HLQ 'D LFKDEHULQPHLQHP-DKUKXQGHUWGHUHLQ]LJHELQGHUGDV 5HFKWHZHL GDUDXIWXHLFKPLUHWZDV]XJXWHXQGLFKKDEHGDKHU HLQ%HZX WVHLQ GHU6XSHULRULWlW EHUYLHOH Maxwell, Young, Helmholz: Farbenmischapparate Grassmann (1853): Grassmannsche Gesetze Detlef Krömker 56 28

29 )DUEZDKUQHKPXQJ 5HL]YV(PSILQGXQJ Reiz: elektromagnetische Strahlung violett blau grün gelb orange rot Empfindung / Wahrnehmung (Helligkeit -- Farbton (hue) -- Sättigung saturation) 57 )DUEZDKUQHKPXQJ Retinale Prozesse Rezeptoren: drei Zapfenarten Sehnerv (Ganglienzellen) Helligkeit & Gegenfarben: RÎGr,B-Ge Empfindung / Wahrnehmung Farbton (hue): Farbkreis (rot-gelb-grün-blau) Helligkeit (brightness): hell - dunkel Sättigung (saturation): Grad der Farbigkeit Detlef Krömker 58 29

30 =DSIHQPRVDLNLQGHU )RYHD&HQWUDOLV 10% S-Rezeptoren B- blau 48% M-Rezeptoren G- grün 42% L-Rezeptoren R- rot Detlef Krömker 59 Å)U KH%HUHFKQXQJ YRQ*HJHQIDUEHQNRPSRQHQWHQ Spektrale Empfindlichkeit der Zapfen Einfaches Modell für Gegenfarben: L B /0 Chrominanz (rot-grün) M /0 Luminanz S B 6/0 Chrominanz (blau-gelb) 60 30

31 )DUERUGQXQJVV\VWHPH Basis ist der Farbkreis (Hering): Viele verschiedene Systeme: Ostwald (1931), Munsell (1929), OSA (1974), NCS (1970), Chroma Cosmos 5000 (1979) 61 *UDVVPDQQVFKH*HVHW]H Erstes: =ZLVFKHQMHYLHU)DUEHQEHVWHKWLPPHUHLQH HLQGHXWLJHOLQHDUH%H]LHKXQJ(LQH)DUEHEUDXFKW]X LKUHU%HVFKUHLEXQJGUHLYRQHLQDQGHUXQDEKlQJLJH %HVWLPPXQJVVW FNHGKGLH)DUEHLVWHLQH GUHLGLPHQVLRQDOH*U H Farben können als 9HNWRUHQHLQHV dreidimensionalen Vektorraumes aufgefasst werden. Die Vektoren dieses Farbraums heißen Farbvalenzen. Die Länge eines Vektors ist ein Maß für die Leuchtdichte und heißt Farbwert, seine Richtung bestimmt die Farbart

32 )ROJHUXQJ3ULPlUYDOHQ]HQ Wie in jedem dreidimensionalen Vektorraum benötigt man drei voneinander linear unabhängige Basisvektoren (Primärvalenzen), um den Raum aufzuspannen. In diesem Fall bedeutet linear unabhängig, daß eine Primärvalenz nicht durch Mischung der beiden anderen Primärvalenzen darstellbar ist. 63 )ROJHUXQJ)DUEPLVFKXQJ Mit drei Primärvalenzen R, G, B läßt sich also für jede Farbvalenz F eine Farbgleichung aufstellen: F = r R + g G + b B r, g,b R, häufig [0,1] Mit Farbvalenzen kann man also wie mit Vektoren rechnen, insbesondere ist die Umrechnung der Darstellung bezüglich verschiedener Primärvalenztripel (Basiswechsel) möglich 64 32

33 *UD PDQQVFKH *HVHW]H Zweites: *OHLFKDXVVHKHQGH)DUEHQHUJHEHQPLWHLQHU GULWWHQ)DUEHVWHWVJOHLFKDXVVHKHQGH)DUEPLVFKXQJHQ Das heißt, dass es bei der Beurteilung von Gleichheit zweier Farben nur auf die Farbvalenz, nicht auf ihre spektrale Verteilung ankommt. Die spektrale Verteilung und die Wahl der Primärvalenzen spielen keine Rolle. 65 Mischexperimenten zeigen: ganz unterschiedliche Spektren erzeugen dieselben Farbreize. 0HWDPHULH 66 33

34 )DUEPLVFKSULQ]LSLHQ $GGLWLYH0LVFKXQJ Addition von Licht: 2 oder mehr Farben werden dem Auge gleichzeitig angeboten Echte Überlagerung z.b. durch Projektion Sukzessiv (zeitliche Integration): Farbkreisel Simultan (örtliche Integration): Monitor Grundfarben: Rot Grün Blau Hintergrund: Summenfarbe: Schwarz Weiß Applet: Additive Farbmischung unbunt 67 )DUEPLVFKSULQ]LSLHQ Subtraktive Mischung: (Farbige Gläser (Filter)) Ölfarben (Pigmente) Grundfarben: Cyan Magenta Gelb Hintergrund: Weiß unbunt Summenfarbe: Schwarz CMY Hilfsfarbe: Schwarz CMYK Detlef Krömker 68 34

35 5*%ÍÎ &0<. & 0 < = * % 5 * % = & 0 < K := min(cmy) C := C-K M := M-K Y := Y-K Achtung: Weder RGB noch CMY(K) sind kalibrierte Farbangaben: Siehe Übung 69 :LFKWLJH)DUEZDKUQHKPXQJVHIIHNWH Bezold-Brücke Effekt: Farbtonverschiebung bei Veränderung der Helligkeit Helmholz-Kohlrausch Effekt Farbiges Licht erscheint heller trotz gleicher Luminanz Abney Effekt Addition weißen Lichts erzeugt Farbtonverschiebungen Farbstereoskopie... Detlef Krömker 70 35

36 E E Das kleine E wirkt auf dem dunklen Hintergrund dunkler als das große E. Farbe des großen E wirkt reiner. 36

37 Auf rotem Grund erscheint der graue Ring grünlich auf grünem Grund dagegen rötlich (Simultankontrast) 37

38 )DUEVWHUHRVNRSLH :RLVWGLHVHU 7H[W" :RLVWGLHVHU 7H[W" 75 (UNOlUXQJ Detlef Krömker 38

39 )DUEIHKOVLFKWLJNHLW Farbe wird nicht von allen Menschen gleich empfunden. 7-8% der männlichen und 0,4% der weiblichen Bevölkerung haben abgeschwächte Farbunterscheidung Oft nur bei kleinen Sehwinkeln < 2 0 deutlich Î viele Betroffene wissen nichts von ihrer Sehschwäche 77 )DUEIHKOVLFKWLJNHLW Anomale Trichromasie (gestörtes Dreifarbsehen) Dichromasie (Zweifarbsehen) Monochromasie (Farbblind, 0,003%) Protanomalie (Rotschwäche) ca. 1% Deuteranomalie (Grünschwäche) 5-6% Tritanomalie (Blau-Gelb.Schwäche) 0,004% Testverfahren:,VKLKDUD7HVW oder )DUQVZRUWK0XQVHOO+XH7HVW 78 39

40 $XVZLUNXQJHQYRQ)DUEDQRPDOLHQ Original Auswirkung der Protanopie (Rotschwäche) Auswirkung der Deuteranopie (Grünschwäche) Auswirkung der Tritanopie (Blau-Gelb-Schwäche) 79 hehuvlfkw 1. Licht physikalisch betrachtet 2. Das visuelle System 3. Reiz, Erregung Empfindung, Wahrnehmung 4. Helligkeitswahrnehmung - Kontrast 5. Ortscharakteristikades visuellen Systems 6. Farbwahrnehmung 7. Textur-, Tiefen- und Raum- und Bewegungswahrnehmung 80 40

41 $QGHUH:DKUQHKPXQJVSULPLWLYH Texturwahrnehmung Tiefen- und Raumwahrnehmung Bewegungswahrnehmung 81 7H[WXUZDKUQHKPXQJ Textur wird visuell spontan als strukturiertes, jedoch noch einheitliches Gebiet wahrgenommen Beispiele: Baumrinde, Funier, Haut,

42 7H[WXUHQ Ähnlichkeitsklassifikation von Texturen nach: Gröbe (coarsness) Kontrast (contrast) Komplexität Rauhigkeit (roughness) Gerichtetheit (directionnality) Orientierung Linienartigkeit (line-likeness) Regelmäßigkeit (regularity) 83 7LHIHQ XQG5DXPZDKUQHKPXQJ hehuvlfkwghu(lq]hoidnwruhq Binokulare Faktoren Monokulare Faktoren Konvergenz Binokulare Bewegungs- Bildliche Disparität faktoren Faktoren Bewegungsparalaxe Kinetische Faktoren Relative Größe Schattenwurf Orientierung Texturgradient Verdeckung Schattierung Elevation Athmosphärische Perspektive Farbe Lineare Perspektive 84 42

43 =HLWDVSHNWH Zwei Grundsätzlich verschiedene Effekte unterscheiden: Flimmern ImpulsanregungÎCFF (Critical Fusion Frequency) siehe Displays (später) Bewegungskontinuität Stark unterschiedliche Schwellwerte Unter Normalbedingungen: Flimmern > 50 Hz Hz (Helligkeit) Bewegungskontinuität > Hz 85 %HZHJXQJVZDKUQHKPXQJ Im Gegensatz zur Flimmerwahrnehmung (CFF) ist die Bewegungswahrnehmung eine höhere (zentrale) Eigenschaft (Wertheimer, 1912): basiert auf Erfahrung und Konsistenz der Einzelereignisse: best fit. Minimal notwendige Bildfrequenz (Updatefrequenz) zur Wahrnehmung kontinuierlicher Veränderungen (ohne Artifakte: ruckeln, zappeln) ist situations- und bildabhängig: 8... >50 Hz Bewegung ist eine eigenständige Wahrnehmungsqualität 43

44 =XVDPPHQIDVVXQJ Eine ganze Reihe von Faktoren beeinflussen die Bildwahrnehmung Bei einer optimalen (menschorientierten) Auslegung Graphischer Systeme müssen diese immer wieder beachtet werden. Wir kommen noch häufiger darauf zurück. 87 Licht (polarisiertes -, monochromatisches -) Spektrum des Lichtes Radiometrie Photometrie Lichtstärke Beleuchtungsstärke Visuelles System Auge Sehnerv Auge Iris Glaskörper Fovea Centralis Leuchtdichte Lichtstrom Linse Retina Gelber Fleck Visueller Cortex *ORVVDU 88 44

45 *ORVVDU Sehwinkel Rezeptoren (Zapfen, Stäbchen) Zapfenmosaik Helligkeit Kontrast Schwellenkontrast Ortsauflösung Contrast Sensitivity Function (CSF) Weber-Fechnersches Gesetz Stevensches Gesetz 89 *ORVVDU Reiz Empfindung Farbton, Helligkeit, Farbsättigung Gegenfarben Farbordnungssysteme Grassmannsche Gesetze Primärvalenzen Metamerie 90 45

46 *ORVVDU Farbmischung (additive -, subtraktive) Farbwahrnehmungseffekte Texturwahrnehmung Tiefen- und Raumwahrnehmung Bewegungswahrnehmung Flimmern Critical Fusion Frequency (CFF) Bewegungskontinuität 91 :HLWHUH,QIRUPDWLRQHQ +HLGUXQ6FKXKPDQQ:ROIJDQJ0 OOHU: Visualisierung, Springer Stellen auf ca. 60 Seiten die wichtigsten Grundlagen der visuellen Wahrnehmung vor. +HLQZLHJ/DQJ: Farbwiedergabe in den Medien, Muster- Schmidt Verlag, Göttingen, Zürich

47 $XVEOLFN² 1lFKVWH6FKULWWH Messen von Farben (Farbmetrik, Colorimetrie) CIE XYZ, Yxy,... Weiterentwicklungen (empfindungsmäßig gleichabständig): L*a*b*, L*u*v*,... Farbrepräsentationen im Rechner und in Videosystemen: RGB, CMYK, HLS,... ; RGB,YUV,YIQ,YC R C B,... Farbkalibrierung von Monitordarstellungen 93 47