Allgemeine Psychologie

Transkript

1 Beispielbild Wahrnehmung: Farbe und Objekte SoSe 2008/09

2 Literatur 2

3 Einleitung Welche Funktionen hat die Farbwahrnehmung? Trennung von Feldern - Kontrast - Objektkohärenz 3

4 Einleitung Was sind die physikalischen Grundlagen der Farbwahrnehmung? Die Wellenlänge der Lichts ist die physikalische Größe, die mit Farbe zusammenhängt Im Alltag nehmen wir Kompositionen aus verschiedenen Wellenlängen wahr violett blau grün orange gelb rot Gammastrahlen Röntgenstrahlen Ultraviolett Infrarot Radar UKW Fernsehen Mittelwelle Wechselstrom 4

5 Was sind die physikalischen Grundlagen der Farbwahrnehmung? Farbe kommt in der Umwelt eigentlich nicht vor. Der Farbeindruck ist damit ein typisches psychologisches Phänomen, das es erst im Organismus entsteht. 5

6 Einleitung Was sind die physikalischen Grundlagen der Farbwahrnehmung? Durchsichtfarbe: Bestimmt durch die spektrale Transmission, d.h. welche Wellenlängen passieren den Körper? Selbstleuchtende Farben: Welches spektrale Muster gibt die Lichtquelle ab? 6

7 Einleitung Wie beschreibt man das Farbempfinden? chromatisch versus achromatisch Psychophysik: ca. 200 Farbabstufungen (engl. hue) Sättigung der Farbe Menge von weiß in einer Farbe Helligkeit der Farbe Luminanz der Farbe Ca. 20 Sättigungsstufen Ca. 500 Helligkeitsstufen Kombination (200 x 20 x 500) macht die Vielfalt der Farbeindrücke 7

8 Farbmischung Die additive Farbmischung: Beruht auf der Mischung von Lichtern. Bei der Überlagerung von, z.b. rot, grün und blau resultiert in der Schnittmenge weißes Licht. 8

9 Farbmischung Die subtraktive Farbmischung: Beruht auf Pigmentmischung, z.b. bei Malfarben. Die Pigmente reflektieren nur bestimmte Wellenlängen und absorbieren die restlichen. Sind mehrere Pigmente gemischt, absorbieren sie zunehmend mehr Wellenlängen. 9

10 Die trichromatische Theorie Helmholtz (ca. 1850, auch: Maxwell): Aus drei monochromatischen Lichtern jeder beliebigen Farbton hergestellt werden. Legt nahe, dass die Farbwahrnehmung ist daher das Ergebnis einer additiven Mischung ist. Young-Helmholtz sche Dreifarbentheorie beruht auf der Annahme von drei Rezeptorsystemen mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit. 10

11 Die trichromatische Theorie Neurophysiologische Evidenz 3 Zapfentypen mit unterschiedlicher Sensitivität (Brown & Wald, 1964) 419 nm 531 nm 558 nm Die 420-Kurve ist für die kurzwelligen Zapfen, die 498- Kurve ist für die Stäbchen, und die 534- und 564-Kurven sind für mittel- bzw. langwellig-sensitiven Zäpfchen. 11

12 Theorie der Gegenfarbe Hering (ca. 1900): Wählt eine Versuchsperson "pure" Farben aus, so entscheiden sie sich für vier, anstatt für drei Farben: rot, grün, blau und gelb. Auffällig ist außerdem, dass bestimmte bestimmte Farbkombinationen nie berichtet werden - z.b. rötliches Grün oder gelbliches Blau. Stattdessen scheinen antagonistische Farbpaare vorzuliegen. Schwarz Weiß - Antagonist Rot Grün - Antagonist Blau - Gelb - Antagonist S- W+ R+ G- B- G+ + = Aufbau einer chemischen Substanz - = Abbau einer chemischen Substanz 12

13 Theorie der Gegenfarbe Neurophysiologische Evidenz Zelle A Zelle B Zelle C Erste direkte Evidenz durch DeValois (1960) in der Neuronenantwort im CGL (Rhesusaffen): Typen von Neuronen die antagonistisches Verhalten bei vs. 580 nm zeigen (blau-gelb) vs. 660 nm zaigen (rot-grün) - Durch Licht aktiviert werden (schwarz-weiß) 13

14 Integrativer Ansatz Trichromatischer Ansatz: Rezeptor-Ebene Gegenfarben: höhere Verarbeitungsebenen Rezeptor Hemmung Erregung CGL-Neuron 14

15 Integrativer Ansatz Helligkeitskanal Blau-Gelb-Kanal Rot-Grün-Kanal 15

16 Kortikale Verarbeitung Farbverarbeitung in V1 Einfache ON- oder OFF-Neurone Doppelte Gegenfarbenzellen R+ GR R+,GR R,GR+ Häufigster Typ von Neuronen im Kortex. Dienen der Farbkontrastverstärkung 16

17 Kortikale Verarbeitung Farbadaptation Adaptation an eine Wellenlänge ändert die chromatische Sensitivität Farbkonstanz Umfeld Farbkonstanz bei Isolation einer mono-welligen Vorlage schlechter Gedächtnisfarbe Wenn die natürliche Farbe bekannt ist, kann die Beleuchtung herausgerechnet werden Präsentiertes Objekt Das Gelb der Lampe wird erst nach Blau-Adaptation deutlich Zellen in V4 und IT regieren auf Objektfarbe, nicht auf die spektrale Zusammensetzung des reflektierten Lichts Eingestellte Farbe 17

18 Beispielbild Objektwahrnehmung

19 Objektwahrnehmung als Problem Wieso kann ein Computer nicht einfach ein Objekt wahrnehmen? 1. Eine Kamera kann nicht drei-dimensional sehen Der Blickwinkel bestimmt für den Computer, wie die Figur aussehen wird. 19

20 Objektwahrnehmung als Problem Wieso kann ein Computer nicht einfach ein Objekt wahrnehmen? 2. Computer interpretiert Kanten nicht als mögliche Objektgrenzen 3. Computer kann Objekte unter Verdeckung nicht identifizieren 20

21 Objektwahrnehmung: Einfache Lösungen Bottom up : Der lineare neurophysiologische Weg Grundidee: Die zunehmende Spezifität der Neuronen im visuellen Kortex ermöglicht eine eindeutige Zuordnung der Objekte zu gespeicherten Prototypen 21

22 Objektwahrnehmung: Einfache Lösungen Bottom up : Die Raumfrequenzanalyse Grundidee: b Objekte werden im visuellen System hinsichtlich ihrer basalen Ortsfrequenz analysiert. Umrisse (globale Eigenschaften) werden schnell analysiert, Details (lokale Eigenschaften) werden langsamer analysiert Magnozelluläres System Parvozelluläres System 22

23 Objektwahrnehmung: Einfache Lösungen Prinzip - Niedrige Raumfrequenz: Umrisse von Objekten. - Mittlere Raumfrequenz: Elemente von Objekten. - Hohe Raumfrequenz: Details der Objektelemente. 23

24 Objektwahrnehmung: Einfache Lösungen Gestaltpsychologie: Eine erste top down Theorie Max Wertheimer ( ) begründete die Gestaltpsychologie. Sein Ausgangspunkt ist die Assoziationspsychologie, die das komplexe Erleben als das Resultat simultaner und sukzessiver Verkettungen elementarer Empfindungen ansieht. Allerdings sagte Wertheimer: Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile 24

25 Objektwahrnehmung: Einfache Lösungen Gestaltpsychologie: Zielsetzungen Nach welchen Regeln werden die Einzelteile zu einer ganzen Gestalt zusammengefügt? Gestaltfaktoren: Ein Satz von Regeln, die vorhersagen, unter welchen Reizbedingungen welche Wahrnehmung entsteht. 25

26 Objektwahrnehmung: Einfache Lösungen Gestaltpsychologie: Die Faktoren Das Prinzip der Prägnanz Jedes Reizmuster wird so gesehen, dass die resultierende Struktur so einfach wie möglich ist. D.h., das visuelle Feld wird in "gute" Gestalten untergliedert wird. "Gut" sind dabei solche Gestalten, die einfach sind und bestimmte Regelmäßigkeiten und Symmetrien aufweisen. 26

27 Objektwahrnehmung: Einfache Lösungen Gestaltpsychologie: Die Faktoren Das Prinzip der Ähnlichkeit Ähnliche Dinge erscheinen zu zusammengehörenden Gruppen geordnet. Kriterien sind Helligkeit, Farbton, Orientierung oder Größe. Das Prinzip der Fortsetzung Punkte, die als gerade oder sanft geschwungene Linien gesehen werden, wenn man sie verbindet, werden als zusammengehörig wahrgenommen. 27

28 Objektwahrnehmung: Einfache Lösungen Gestaltpsychologie: Die Faktoren Das Prinzip der Nähe Dinge, die sich nahe beieinander befinden, erscheinen als zusammengehörig. Das Prinzip des gemeinsamen Schicksals Dinge, die sich in die gleiche Richtung bewegen, erscheinen als zusammengehörig 28

29 Objektwahrnehmung: Einfache Lösungen Gestaltpsychologie: Die Faktoren Das Prinzip der Vertrautheit Dinge bilden mit größerer Wahrscheinlichkeit Gruppen, wenn diese vertraut erscheinen. Das Prinzip der Geschlossenheit Tendenz zur Vervollständigung einer Figur. Es fließt das Prinzip der Fortsetzung und der Vertrautheit ein. 29

30 Objektwahrnehmung: Einfache Lösungen Gestaltpsychologie: Die Faktoren Das Prinzip der gemeinsamen Region Dinge, die innerhalb einer Region liegen, werden zusammengruppiert. Das Prinzip der Verbundenheit der Elemente Elemente, die miteinander verbunden sind, werden als Einheit gesehen. Kein Krieg Frieden jetzt 30

31 Objektwahrnehmung: Einfache Lösungen Gestaltpsychologie: Die Faktoren Das Prinzip der zeitlichen Synchronizität Dinge, die gemeinsam erscheinen, werden als Einheit wahrgenommen. Das Prinzip oben-unten-polarität Elemente werden bevorzugt in einer aufrechten Position gesehen - und seltener als hängend. 31

32 Objektwahrnehmung: Einfache Lösungen Gestaltpsychologie: Die Faktoren Figur - Grund - Trennung Figur definiert das Objekt und ist Gegenstand der Analyse. Sie scheint im Vordergrund zu stehen. Wichtige Faktoren der Trennung sind die Konvexität der Figur, ihre Orientierung, ihre Größe und Bedeutung. 32

33 Objektwahrnehmung: Einfache Lösungen Gestaltpsychologie: Die Probleme Wie definiert man Begriffe wie Einfachheit oder Ähnlichkeit? Handelt es sich nicht nur um posthoc-erklärungen, die jedoch keinen Prognose-Charakter haben? Faktoren der Gestaltpsychologie sind eher als heuristische Regeln zu verstehen. Das visuelle System übernimmt im Laufe der Ontogenese (oder Phylogenese) bestimmte Algorithmen, die mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einer richtigen Lösung führen. 33

34 Objektwahrnehmung: Komplexe Ansätze Computational Vision: David Marr ( ) schuf eine Reihe von Algorithmen, die im Wahrnehmungssystem implementiert sein könnten. 1. Rohskizze: Detektion von Ecken und Kanten. Beruht auf Eigenschaften der Helligkeitsdetektoren /2-D-Skizze: Gruppierung von Elementmerkmalen nach Gestaltgesetzen D-Skizze: Abgleich mit gespeicherten Modellen zur Objektidentifikation. Primäre rohe Skizze (primal Sketch) Zweieinhalbdimensionale Skizze (2 1/2-D-Sketch) Dreidimensionale Repräsentation (3-D-Sketch) Netzhautabbild Kanten und Elementarmerkmal e identifizieren Elementarmerkmale gruppieren und weiterverarbeiten Dreidimensionales Objekt wahrnehmen. 34

35 Objektwahrnehmung: Komplexe Ansätze Computational Vision - Bewertung Kantenextraktion: Objektgrenzen sind scharf, während Schatten kontinuierliche Helligkeitsübergänge sind Stärken: Betonung eines modularen Modells der Objekterkennung Sehr elegante lineare Lösung zur Extraktion von Objekten. Grundlage vieler Modelle zur Objekterkennung (siehe Ellis & Young) Schwächen: Probleme mit der Interpretation von Schatten Nicht Überbetonung des bottom-up Ansatzes 35

36 Objektwahrnehmung: Komplexe Ansätze Geon - Theorie (Biederman) Aus 36 Geonen können schon 150 Millionen Objekte Konstruiert werden Geone Wahrnehmung besteht in der Reduzierung eines Objektes auf seine Geone Kernfrage von Biederman: Wie sind 3-D-Objekte repräsentiert, damit das System problemlos ein Objekt identifizieren kann? Lösungsansatz: Alle Objekte sind aus einem Satz elementarer Komponenten konstruiert. Diese Komponenten (Geone) sind Abkömmlinge von Zylindern. 36

37 Objektwahrnehmung: Komplexe Ansätze Geon - Theorie (Biederman) PROGNOSEFAKTOR: ERKENNBARKEIT PROGNOSEFAKTOR: ANZAHL nonrecoverable recoverable complete 37

38 Objektwahrnehmung: Komplexe Ansätze Geon - Theorie (Biederman) STÄRKEN DER THEORIE SCHWÄCHEN DER THEORIE Objekte können aus anderen Blickwinkeln identifiziert werden Unabhängigkeit gegen teilweise Verdeckung Sparsam in seinen Voraussetzungen (36 Geone) Validiert in Bildgebungsstudien: Ventrales System reagiert nicht auf unmögliche Objekte Detailinformationen gehen verloren. Kategorien werden identifiziert, Objekte aber nicht individualisiert Texturen spielen keine Rolle, sind aber für die Identifikation wichtig (Grasfläche) Der Algorithmus zur Zerlegung des Objektes wird nicht spezifiziert. 38