Sitzung 5 Farbwahrnehmung Flashcards
Funktion der Farbewahrnehmung
- Signalfunktion
- Erleichtert Identifikation und Klassifikation
- erleichtert Wahrnehmungsorganisation und perzeptuelle Gliederung
Warum hat sich die Farbwahrnehmung bei Primaten entwickelt
Hypothese, dass sich die Farbwahrnehmung bei Primaten zu der jetzt bestehenden Form
entwickelt hat, um (reife)
Früchte schnell zu
entdecken
Was verlängert die Identifikationszeit von Objekten?
Wenn sie nicht in ihrer typischen Farbe dargeboten werden
Gedächtnisfarbe = Wenn Objekten in der Farbe sind, die wir in Erinnerunng haben dass sie in dieser Farbe sind
Mit welchen Grundfaben können Menschen jeden Farbton beschreiben? Wieviel unterscheidbare Farbtöne gibt es?
Mit den vier Grundfarben (Blau, Gelb, Grün, Rot) können Menschen jeden anderen Farbton (ca. 200 unterscheidbar)
beschreiben
Woraus ergibt sich der komplette subjektive Farbraum?
Kombination von Farbton, Sättigung und Helligkeit
Farbsättigung
- Auch “Saturation” oder “Buntheit”
- Unterschiedliche Sättigung durch Hinzufügen von Grau
- Ungefähr 20 Sättigungsgrade unterscheidbar
Helligkeit
ca. 500 Helligkeitsstufen unterscheidbar
Wie viele unterscheidbare Farben gibt es?
200 Farbtöne • 20 Sättigungsgrade • 500 Helligkeitsstufen 200*20*500 = 2.000.000 unterscheidbare Farben
Verwendet werden aber
typischerweise nicht mehr als 1000-2000 Farben
Aufbau Farbkegel
- Farbtöne sind um den Rand herum angeordnet
- Helligkeit von Oben nach unten sortiert
- Sättigung von innen nach außen
Physikalische Grundlagen
Farbe ist keine Eigenschaft der physikalischen Welt,
sondern eine Wahrnehmung.
Antike Vorstellung von Farben
Farbige Erscheinungen beruhen auf einer Veränderung des Lichts, das von Natur aus weiß ist
Prismenversuche von Isaac Newton: Weißes (Sonnen-) Licht setzt sich aus einzelnen Spektralfarben zusammen
Worauf beruht die Farbe eines Objektes hauptsächlich?
Die Farbe von Objekten beruht
hauptsächlich auf der Wellenlänge
reflektierten Lichtes
spektrale Reflektanzkurve
stellen den prozentualen Anteil reflektierten Lichts in Abhängigkeit der Wellenlänge dar
Chromatische Farben
haben eine selektive spektrale Reflektanz, eine Wellenlänge wird selektiv mehr reflektiert als andere, daher gibt es einen Kurvenfunktion
Spektralfarben
Erkennt man an der spektralen Reflektanzkurve, wenn die Kurve nur einen “Pike” hat, dann ist es eine Spektralfarbe: Violett, Blau, Zyan, Grün, Geld-Grün, Gelb, Orange, Rot
selektive Transmission
Die Farbe (halb-) transparenter Dinge wie Flüssigkeiten oder Glas beruht auf selektiver Transmission (nur bestimmte Wellenlängen passieren, andere werden absorbiert) Bei Kirschsaft wird rote Licht durchgelassen, andere Wellenlängen werden absorbiert, daher erscheint er rot.
Dreifarbentheorie - Idee und Urheber
Young, Helmholtz hat es weiterentwickelt
zentrale Idee: Das Farbensehen beruht auf
drei Rezeptorsystemen mit unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeiten
Dreifarbentheorie - Ablauf
- Licht einer bestimmten Wellenlänge führt zu
unterschiedliche Stimulation der drei Systeme - gesamtes Aktivitätsmuster führt zur Farbwahrnehmung
- jede Wellenlänge wird
durch ein eigenes Aktivitätsmuster kodiert
Worauf beruhen die Annahmen der Dreifarbentheorie?
auf den Ergebnissen psychophysischer
Untersuchungen zum sogenannten Farbabgleich
Farbabgleich: Versuchsaufbau
Testfeld: Licht einer Wellenlänge
Vergleichsfeld: drei Lichter mit jeweils unterschiedlicher Wellenlänge
Aufgabe: Die drei Vergleichsfeldlichter so
regeln, dass Farbe des Vergleichsfelds der
Farbe des Testfelds entspricht
Farbabgleich: Ergebnisse
Probanden mit normalem Farbensehen konnten Farbübereinstimmung mit jeder beliebigen Testfeld-Wellenlänge herstellen,
vorausgesetzt:
- dass sie drei (zwei reichten nicht, mehr waren nicht notwendig) Wellenlängen zum Mischen zur Verfügung hatten
- dass keine der drei „Farben“ durch Mischen
der beiden anderen erzeugt werden konnte
Physiologie des Dreifarbensehens - Absorbationsspektren von Zapfen
Mitte des 20. Jahrhunderts: Die Messung der Absorptionsspektren von Zapfen unterstützt die Annahme der Dreifarbentheorie, dass drei
verschiedene Zapfen-Rezeptoren existieren und die Farbwahrnehmung auf deren Feuerungsmuster beruht
Physiologie der Dreifarbentheorie - Genetische Untersuchungen
1980er:
M- und L-Rezeptoren sind sich sehr ähnlich, aber unterscheiden sich
vergleichsweise stark vom S-Rezeptor
Im Gegensatz zu uns (Trichromaten) besitzen die meisten anderen Säugetiere nur zwei Zapfentypen (Dichromaten)
M- und L-Rezeptor aus einem gemeinsamen Vorgänger entstanden?
Farbmischung - Arten
- additive Farbmischung
2. subtraktive Farbmischung
Additive Farbmischung
bei Licht
Alle Wellenlängen aus jedem Licht erreichen das Auge
Blaues und Gelbes Licht wird gemischt zu Weißem
Additive Farbmischung - Mögliche Auslöser
- durch nah beieinander liegende Punkte, die räumlich nicht aufgelöst werden können (Fernhseher)
- Durch abwechselnde Farbfolge mit hoher Frequenz, die zeitlich nicht aufgelöst werden kann (Rad mit ver. farbigen Flächen, das gedreht wird)
s. F. 24
Subtraktive Farbmischung
bei Malfarben
Jede Pigmentfarbe absorbiert (zumindest zu einem gewissen Anteil) bestimmte Wellenlängen und reduziert somit die Anzahl der Wellenlängen, die das Auge erreichen
Je mehr Pigmente (Farben) man dazu mischt, desto mehr Wellen werden absorbiert, bis irgendwann Braun/Schwarz herauskommt
metamere Farben: Definition
gleich aussehende, aber auf ver. spektralen Strahlungsverteilungen beruhenden Farben
metamere Farben: Entstehung
Zwei physikalisch ver. Stimuli rufen die gleiche Farbwahrnehmung hervor (vgl. Farbabgleichexperimente!), weil sie das gleiche Aktivitätsmuster in unseren drei Zapfen-Rezeptorsystemen hervorrufen
Univarianzprinzip: Definition
- Die Absorption einen Photons ruft unabhängig von seiner Wellenlänge immer den gleichen Effekt (Isomerisation) im Rezeptor hervor, d.h. die Wellenlänge des absorbierten Lichts im Rezeptor kann nicht mehr identifiziert werden
- So würde mit nur einem Sehpigment auch ver. Wellenlängen die gleiche Antwort verursachen, wenn sie unterschiedlicher Intensität sind.
Univarianzprinzip: Konsequenzen
Eine Person mit nur einem Sehpigment könnte jede Wellenlänge beim Farbabgleich auf die Intensität jeder Testwellenlänge einstellen, will man jedoch den unterschied erfassen braucht man ein zweites Piment
! Ein Rezeptortyp reicht alleine nicht für das Farbsehen aus !
Univarianzprinzip: Warum brauchen wir ein zweites bzw. dritte Pigment?
- Wir machen das zweite um Farben unterscheiden zu können: Dadurch dass die ver. Rezeptorentypen unterschiedliche auf die ver. Wellenlängen reagieren. Das Verhältnis, indem die Rezeptortypen auf diese Wellenlängen reagieren ist immer gleich. Bei einer Beispiel: Wellenlänge von 480nm wäre es immer 10:2. Durch dieses Absorbationsverhältnis erhält das visuelle System Informationen, um die beiden Wellenlängen zu unterscheiden.
- und das Dritte um mehr Farben unterschieden zu können
Farbfehlsichtigkeit: Arten
- Monochromasie (Farbenbild)
- farbenfehlsichtig
- 1 anomale Trichromasie
- 2 Dichromasie
- 2.1 Protanopie
- 2.2 Deuteranopie
- 2.3 Tritanopie
Dichromasie: Arten und ihr Ursprung
= partielle Farbenblindheit
a) Protanopie: Form der Rot-Grün- Blindheit; bedingt
durch das Fehlen des L-Zapfenpigments
b) Deuteranopie
Form der Rot-Grün-Blindheit; bedingt durch das Fehlen des M-Zapfenpigments
c)Tritanopie
Form der Blau-Geld-Blindheit; Fehlen des S -Zapfenpigments
anomale Trichromasie
M-/L- Absorptionsspektren näher beieinander
Dichromasie: Arten und ihre Farbwahrnehmung
- Protanop: können Blau- und Gelbtöne unterschieden, aber kein Rot oder Grün, neutraler Punkt: 492
- Deuteranop: Genau wie Protanop, neutraler Punkt: 498
- Tritanop: können Blau- und Rottöne unterschieden, aber kein Gelb und Grün neutraler Punkt: 570
Häufigkeit von Farbfehlsichtigkeit
Protanopie: W: 0,02% M: 1%
Deuteranopie: W: 0,01% M:1%
Tritanopie: W: 0,001% M: 0,002%
X-chromosomal rezessiver Erbgang für Protanopie und Deuteranopie führt dazu, dass Männer häufiger
betroffen sind als Frauen
• Abgeschwächte Formen (insbesondere Deuteranomalie: ca. 5%) treten häufiger auf
Möglichkeit der Test zur Farbenfehlsichtigkeit
Ishihara-Tafel (siehe F. 29)
Gegenfarbentheorie: verhaltensbasierte Evidenz
Ewald Hering
1. Betrachten eines roten Feldes führt zu grünem Nachbild (und vice versa)
Analoges gilt für blau und gelb, sowie für weiß und schwarz
- Simultaner Farbkontrast:
Beschreibt den Effekt, dass eine Fläche die Farbe ihres Nachbildes ändert, wenn man sie mit einer anderen Farbe umgibt. z.B.: Betrachten eines grünen Feldes mit grauem Zentrum führt zu rotem Nachbild mit grünem Zentrum
F.38
Gegenfarbentheorie: Grundidee
Hering postulierte drei Mechanismen, die jeweils entgegengesetzt auf Licht unterschiedlicher Farbe ( Wellenlänge) reagieren:
- Schwarz–Weiß+-Mechanismus: positiv auf weißes Licht, negativ auf Abwesenheit von Licht
- Rot+-Grün–Mechanismus: positiv auf rotes, negativ auf grünes Licht
- Blau–Gelb+ Mechanismus: negativ auf blaues, positiv auf gelbes Licht
Moderne physiologische Forschung: Diese Farben rufen tatsächlich physiologisch gegensätzliche Reaktionen hervor
Gegenfarbentheorie: Physiologie
Gegenfarbenzellen (in der Retina und im CGL) geben eine erregende Antwort auf Licht aus einem Teil des Spektrums und eine hemmende Antwort auf Licht aus einem anderen Teil des Spektrums s.F.40
Verknüpfung der Dreifarben- und Gegenfarbentheorie
Zweistufiger Verarbeitungsprozess
1. Rezeptoren reagieren mit ver. Antwortmustern auf ver. Wellenlängen (Dreifarbentheorie) z.B. S-Rezeptoren wirken exitatorisch, M- und L-Rezeptoren hemmend…
- Neuronen integrieren die hemmend/erregend verschalteten Signale von den Rezeptoren (Gegenfarbentheorie) z.B.: …, so entsteht die Antwort einer B+G- Zelle.
s. F.41
Repräsentation von Farben im Kortex
Frühere Annahme, dass es ein Farbzentrum (V4) innerhalb des Gehirns gibt:
- Erstmals vollständige Farbkodierung in V4
- Patienten mit kortikaler Farbenblindheit haben häufig Läsion in diesem Bereich
Heute eher die Auffassung, dass Farbensehen ein Beispiel für verteilte Verarbeitung im Kortex ist s.F.42
Repräsentation von Farben im Kortex: Gegenfarbenneuronen
Gegenfarbenneurone gibt es in vielen Kortexbereichen:
- Es gibt einfache Gegenfarbenneurone: Antworten optimal auf großflächige Reize mittlere Wellenlänge, für Farbwahrnehmung innerhalb einzelner Bereiche zuständig
- Doppel-Gegenfarbenneurone: Antworten auf räumliche Muster, die durch Farbveränderung definiert sind, Zonen der rezeptiven Felder liegen nebeneinander. Für Farbwahrnehmung zwischen Farbgrenzen solcher Bereiche zuständig.
mit ver. rezeptive Felder (siehe Lernzettel 60, o. F. 43)
Farbwahrnehmung unter sich ändernden (Beleutungs-) Bedingungen - Welche Mechanismen gewährleisten die Farbkonstanz?
Unsere Farbwahrnehmung bleibt auch unter sehr ver.
Beleuchtungsbedingungen konstant, obwohl das Verhältnis der jeweilig reflektierten Wellenlängen auch von der Beleuchtung abhängt
Vermutlich gewährleisten mehrere, bisher noch nicht vollständig verstandene Mechanismen, die Farbkonstanz z.B.: 1. Farbadaptation 2. Umfeld 3. Gedächtnis
Farbwahrnehmung unter sich ändernden (Beleutungs-) Bedingungen: 1. Farbadaption
Längere Betrachtung des roten Feldes mit einem Auge bleicht die langwelligen Rezeptoren dieses Auges aus, führt dazu, dass das Auge rot adaptiert ist
Folge: Das adaptierte Auge nimmt Rot und Orange weniger gesättigt als das nicht-adaptierte Auge war
Schnelle Adaption an das Umgebungslicht (weniger als 100ms) -> trägt zur Farbkonstanz bei
Farbadaption Experimenteller Beleg
Dafür, dass Farbadaption zu (partieller) Farbkonstanz beiträgt
1. Auge und grünes Papier werden mit weißem Licht beleuchtet. Wahrnehmung: Papier ist Grün.
- Auge wird mit weißem Licht und grünes Papier mit rotem Licht beleuchtet. Wahrnehmung: Papier ist in Richtung rot verschoben. Grund: Auge ist nicht rot-adaptiert
- Auge und grünes Papier werden mit rotem Licht beleuchtet. Wahrnehmung: Papier ist nur minimal in Richtung rot verschoben. Grund: Das Auge ist rot-adaptiert. Die wahrgenommene Farbverschiebung ist bei adaptiertem Auge sehr viel geringer.
Farbadaptation im saisonalen Verlauf
Durch die Farbadaption nehmen wir den Unterschied zw. Sommer- und Winterfarben nicht so stark wahr (siehe F. 48)
Farbkonstanz: Umwelt und Gedächtnis
Informationen aus dem Umfeld eines Objekts und deren Relation zum Objekt wird offenbar ebenfalls genutzt, um Farbkonstanz aufrechtzuerhalten
Gedächtnisfarben (charakteristische Farbe eines Objekts) tragen ebenfalls zur Farbkonstanz bei
Farbkonstanz: Definition
Trotz veränderter (Beleutungs-) Bedinungen bleibt die Wahrnehmung einer Farbe konstant
Helligkeitskonstanz: Definition& Grund
die Konstanz achromatischer Farben bei Änderung der Beleuchtung und der sich damit ändernden reflektierten Lichtmenge. Wird ermöglicht durch die Reflektanz (Anteil des Lichts, der von dem Objekt reflektiert wird). Die Reflektanz eines Objektes bleibt unabhängig von der Beleuchtung immer gleich und beträgt bei z.B.: schwarzen Objekten ca. 5-10%.
Helligkeitskonstanz: Verhältnisprinzip
Helligkeitskonstanz wird insbesondere durch das
Verhältnisprinzip (und somit durch den Vergleich mit dem Umfeld) gewährleistet:
Zwei Flächen, die ver. viel Licht reflektieren (bzw. die selbe Fläche in ver. Beleuchtungen), sehen gleich aus, wen die Verhältnisse ihrer Lichtintensitäten zu den Intensitäten ihrer Umfelder dieselben sind.
z. B.: Schachfeld: Wir betrachten das Schwarze Feld einmal bei einer Beleuchtung von 100 und einmal bei 10.000. Das Schwarze Feld reflektiert bei 100 nur 9 Einheiten, sein Umfeld, das weiße Feld 90. Ihr Verhältnis ist daher 9:90= 0,1. Bei der Beleuchtung von 10.000 wird von schwarzen Feld 900 und von weißen 9000 reflektiert. das Verhältnis ist 900:9000=0,1. Es hat sich also nicht geändert und wir nehmen das schwarze Feld gleich wahr. (siehe F. 51)
- > Funktioniert jedoch nur bei flachen, gleichmäßig ausgeleuchteten Objekten
Helligkeitskonstanz: Reflektanz- und Helligkeitskanten- Problem
das visuelle System muss Helligkeitskonstanz meistens unter ungleichmäßiger Beleuchtung gewährleisten
Zentrales Problem:
Unterscheidung zwischen Reflektanzkanten und
Helligkeitskanten (für Beispiel siehe F.52)
-> Hierzu nutzt das visuelle System insbesondere Information durch Schatten
Reflektanzkanten: Definition
Entstehen durch die Änderung der Reflektanz eines Objekts z.B.: durch unterschiedliche Farben (für Beispiel siehe F.52)
Helligkeitskanten: Definition
Entstehen durch unterschiedliche Beleuchtung der selben Farben, i.d.R. durch Schatten
Unterscheidung von Helligkeits- und Refelktanzkanten
- Schatteninformationen: bedeutungshaltige Form des
Schattens wird genutzt - Halbschatten: Bei der Interpretation des Schattens als Helligkeitskante wird offenbar der Halbschatten, der unscharfe Rand des Schattens als Information
genutzt
Verdeckt man den Halbschatten dann wird der schattige Bereich nicht mehr als Schatten sondern eher wie ein dunkler Fleck auf weißem Papier und somit als Reflektanzkante wahrgenommen
Selektive Reflexion
Es werden nur bestimmte Wellenlängen besonders stark reflektiert, dadurch entstehen bunte Farben (Rot, Grün, Blau). Unbunte Farben (Schwarz, Weiß, Grau) entstehen, wenn alle Wellenlängen gleichermaßen Reflektiert werden
S. F. 16
Warum reicht ein Sehpigment nicht aus?
Mit nur einem Rezeptortypen können wir die gleiche Rezeptorantwort verursachen, wenn die die Photonenanzahl ändert. Sobalb in einem Licht mehr Photonen sind als in dem anderen, können schwiriger oder garnichtmehr auseinander gehalten werden. Grund dafür ist das Univarianzprizip
Worin unterscheiden sich die spektralen Reflektanzkurven von chromatischen und
achromatischen Farben?
Chromatische Farben haben eine selektive Reflektanz, die Reflektaivkurve hat also meistens einen Höhepunkt
Bei achromatische Farben verläuft die Kurve weitgehend horizontal, das Licht wird über alle Wellenlängen des Spekturms hinweg reflektiert
Schaltkreis B+G- Antwort
M-und L-Zapfen exitatorisch mit einem Neuron (A) verknüpft, welches wiederum inhibitorisch mit einem anderen Neuron (B) verknüpft ist. Mit Neuron (B) ist ein S-Rezeptor exitatorisch vernüpft. So kommt es zu einer Blau+ und Geld - Antwort
s. F. 41
Schaltkreis GR+R- Antwort
M-Repetor ist exitatorisch und L-Rezpetor ist inhibitorisch mit einem Neuron verknüpft
