Visuelle Wahrnehmung Flashcards
Sichtbares Licht
Wellenlängen zwischen 400 und 700nm
Optisches System
° Bestehend aus Cornea und Linse
-> fokussiert Licht, um scharfes Bild in der Fovea auf der Retina zu erzeugen
Cornea
Hornhaut, besitzt 80% der Brechkraft -> kann nciht verändert werden
Linse
20% der Brechkraft -> kann Form verändern (Akkommodation)
Fovea
° Bereich des schärfsten Sehens
° enthält nur Zapfen
Retina
Netzhaut
Akkommodation
° Ab 6m Abstand sind Lichtstrahlen parallel und landen ( wegen Lichtbrechung) auf einem Punkt A der Retina
° Licht näherer Objekte landet zunächst “hinter” der Retina (-> Bild auf der Retina ist unscharf)
° Kontraktion der Ziliarmuskeln erhöht die Krümmung der Linse -> Brechkraft wird erhöht um Objekt scharfzustellen
Nahpunkt
kleinste Entfernung, auf die die Linse akkommodieren kann, um ein Objekt scharfzustellen
Fernpunkt
maximaler Abstand, in dem ein Objekt gerade noch auf der Retina fokussiert werden kann.
Weitsichtigkeit (Hyperopie)
° Grund: Augapfel zu kurz -> führt dazu, dass die parallelen Lichtstrahlen hinter der Retina fokussieren
° Ist durch Akkommodation zu lösen (führt zu Kompfschmerzen) oder durch konvexe Korrekturlinsen
Altersweitsichtigkeit (Presbyopie)
° Grund: Verhärtung der Linse (somit kann nicht die Brechkraft erhöht und fokussiert werden)
Kurzsichtigkeit (Myopie)
° Gründe:
a) Brechkraft der Cornea zu stark (refraktäre Myopie)
b) Augapfel zu lang (axiale Myopie)
° Durch Brille oder Kontaktlinsen behandelbar
° oder durch LASIK - Behandlung, hier wird ein Stück der Cornea entfernt, um die Brechkraft zu reduzieren
Rezeptoren auf der Retina
° ca. 100 mio. Stäbchen
° ca. 7 mio. Zapfen
° enthalten Sehpigmentmoleküle: Opsin (langer Teil) und Retinal (kurzer Teil)
Stäbchen
° ermöglicht Hell-Dunkel Sehen ° durch hohe Konvergenz auch hohe Hellempfindlichkeit ° niedrige Sehschärfe ° Skotopisches Sehen ° enthält das Photopigment: Rhodopsin °
Zapfen
° ist für Detailwahrnehmung und Farbensehen zuständig
° geringe Konvergenz zu hoher Sehschärfe/Detailwahrnehmung
° Sehschärfe hoch in der Fovea, schlechter außerhalb
Transduktionsprozess
° Lichtenergie wird in elektrische Energie in den Photorezeptoren(Stäbchen und Zapfen) umgewandelt
° Moleküle der lichtemfindlichen Sehpigmente: Opsin (langer Teil) und Retinal (kurzer Teil)
° Isomerisierung: Absorption eines Photons (Lichtquant) verändert Molekülstruktur
° Kettenreaktion erzeugt elektrische Signale
Peripherie
° enthält mehr Stäbchen als Zapfen
Blinder Fleck
° besitzt gar keine Rezeptoren
° fällt nicht auf, da unser Visuelles System unsere Wahrnehmung, durch bsp. Erinnerungen, vervollständigt
° beide Augen besitzen Blinder Fleck jedoch auf jeweils anderen Stellen
Lichtempfindlichkeit messen
1) Helladaptierte Schwelle messen
° blinkenden Testreiz am Fixationspunkt oder in der Peripherie so einstellen lassen, dass es gerade noch sichtbar ist
° Am Fixationspunkt dann: Zapfen
° Peripherie: Stäbchen und Zapfen
2) Licht aus
° Testreiz erneut so einstellen, dass es gerade noch sichtbar ist
° Kontinuierlich nachregeln ( da die Schwelle sich verändert durch Adapation)
-> Fixationspunkt: Schnelle Zunahme der Lichtempfindlichkeit während der ersten 2-3 min. dann Stagnation
-> Peripherie: Nach 7-10 min. nimmt Empfindlichkeit weiter zu, Maximum nach 20-30 min. erreicht (ca. 100000 mal höher als bei Helligkeit)
Dunkeladaptation
° Bei Helligkeit sind Zapfen lichtempfindlicher als Stäbchen (geringere Schwelle)
° bei Dunkelheit erhöhen beide die Rezeptortypen ihre Lichtempfindlichkeit
- Zapfen adaptieren schneller, aber Stäbchen erreichen die höhere Lichtempfindlichkeit
- Zapfenadaptation: 7-10 min.
- Stäbchenadaptation: 20-30 min.
° durch Stäbchenmonochromaten kann man die Dunkeladaptation alleine messen
Mythos: Warum trugen Piraten Augenklappen?
° Piraten trugen es, um mit einem Auge immer in der Dunkelheit sehen zu können
-> Also bei Dunkelheit nimmt man die Augenklappe ab, da dieses Auge nach der Theorie der Dunkeladaptation bereits adaptiert ist, somit sollte Dunkel-Sehen kein Problem sein
Kohlrausch-Knick
Der Punkt auf der Dunkeladaptationskurve, an dem das Sehen von Zapfensehen zum Stäbchensehen übergeht
Spektrale Empfindlichkeitskurve
° Höchste Lichtempfindlichkeit (niedrige Schwellen) im mittelwelligen Bereich
° Empfindlichkeitsmaximum von Stäbchen liegt weiter im kurzwelligen Bereich (ca. 500nm) als das von Zapfen (ca. 560nm)
-> Beim Übergang vom Zapfen- zum StäbchenSehen werden wir empfindlicher für kurzwelliges Licht (grün-blau)
Purkinje-Effekt
Verbesserte Wahrnehmung kurzwelligen Lichts nach Dunkeladaptation
Neuronale Konvergenz
° Konvergierende serielle Verschaltung: - 126 mio. Rezeptoren - Bipolarzellen - 1 mio. Ganglienzellen (Axone bilden den Sehnerv) ° Stärkere Konvergenz bei Stäbchen als bei Zapfen - Lichtempfindlichkeit nimmt zu - Detailwahrnehmung nimmt ab ° Horizontale Verschaltung: - Horizontalezellen - Amakrinenzellen
Laterale Hemmung (Inhibition)
° durch horizontale Verschaltungen werden benachbarte Ganglienzellen gehemmt
° untersucht im lateralen Auge des Pfeilschhwanzkrebses
-> Ommatidien mit Linse und großen Rezeptoren
° nachweisbar in Horizontal- und Amakrinenzellen
° Erklärt einige optische Illusionen
Mach’sche Bänder
° Bipolarzellen erhalten Input von:
- Rezeptoren (Stimulation mit Licht: 100 bei starker Hemmung und 20 bei schwacher)
- Laterale Inhibition durch Horizontalzellen (10% des Inputs)
- Bsp. Rechnung: 100 - 10 -10 = 80
Hermann-Gitter
° Benachbarte aktivierte Rezeptoren hemmen:
- An Kreuzungen: starke Hemmung durch 4 Nachbarzellen (je 10%)
- > Bsp. 100 -40.1100 = 60
- In Korridoren: starke Hemmung durch 2 Nachbarzellen (helle Fläche), schwache Hemmung durch 2 Nachbarzellen (dunkle Flächen)
- > 100 -20.1100 -20.120 = 76
Simultankontrast
° Durch helle Umgebung gibt es stärkere laterale Hemmung
White-Illusion
° Gestaltprinzip der Zugehörigkeit
° linker Balken “zugehörig” zum weißen Balken, deswegen starke laterale Hemmung
° rechter Balken “zugehörig” zu den schwarzen Balken, deswegen wenig Hemmung
Koffka-Ringe
° Gestaltprinzip der Kontinuität
Rezeptives Feld
Bereich auf der Retina, über den eine Zelle im visuellen System (z.B. Sehnerv, LGN, V1) durch Licht exzilatorisch oder inhibitorisch beeinflusst werden kann.
Retinale Informationsverarbeitung
- Ganglienzellen der Retina (Sehnerv)
- Thalamus
- 90% zu Corpus Geniculatum Laterale (LGN)
- 10% zu Colliculus Superior (Augenbewegungen) - Striärer Kortex im Okzipitallappen (V1)
- Höhere kortikale Areale (V2, V3, V4, MT, IT)
Rezeptive Felder im Sehnerv
° Hubel und Wiesel: Bestimmung des optimalen Stimulus für jede einzelne Zelle der Sehbahn durch Einzelzellableitung
° Beobachtung, dass Rezeptive Felde der retinalen Ganglienzellen …
- … unterschiedlich auf Licht im Zentrum
- und Licht in der Peripherie des Feldes reagiert
Zentrum-Umfeld-Antagonismus
- Rezeptive Felder für kleine punktförmige Lichtreize
1) On-Center/Off-Surround: Anstieg der spontanen Feuerrate bei Stimulation im Zentrum und Senkung der Feuerrate bei Stimulation im Umfeld
2) Off-Center/On-Surround: Anstieg der Feuerrate bei Stimulation im Umfeld + Senkung der Feuerrate bei Stimulation im Zentrum- > Spontanaktivität beider Zellen ändert sich nicht, wenn sowohl das Zentrum als auch das Umfeld stimuliert werden!
Rezeptive Felder im Thalamus (LGN)
° erhält Input von 90% der Fasern des Sehnervs
- > Retinotope Organisation
- > Rezeptive Felder im Zentrum-Umfeld-Struktur wie im Sehnerv
- > Funktion: Abschwächung der Signale auf dem Weg zum Kortex und Regulation der Wahrnehmung durch Feedback vom Kortex
Rezeptive Felder in V1 (primär visueller Kortex)
° Neurone in V1 reagieren nicht mehr auf einfache Lichtpunkte oder Ringe, sondern auf Balken mit bestimmten Ausrichtungen
Einfache Kortexzelle (V1)
Selektive Antworten auf Balken bestimmter Ausrichtung
Komplexe Zellen (V1)
Reagieren auf Balken bestimmter Bewegeungsrichtung, die sich über das rezeptive Feld bewegen
Endinhibitierte Zellen (V1)
Bewegte Ecken, Winkel oder Balken einer bestimmten Länge und Bewegungsrichtung
Selektve Adaptation
Adaptation: Abnahme der neuronalen und perzeptuellen Empfindlichkeit (Feuerrate) nach längerer Stimulation
1) Kontrastschwelle bei verschiedenen Orientierungen bestimmen
2) Adaptation: Präsentation eines Musters mit eieer bestimmten Orientierung und hohem Kontrast für 1-2 min.
3) Erneute Bestimmung der konstrastschwelle - Zunahme Konstrastschwelle bei adaptierter Orientierung
-> Selektive Adaptation für bestimmte Orientierungen
° Bei erneuter Darbietung des Stimulus feuert das Neuron mit geringer Rate
Selektive Aufzucht
° Experiment mit Katzen, in der sie vertikalen Streifen für einen längeren Zeitraum ausgesetzt wurden
° Neuronale Plastizität: Antworteigenschaften von Neuronen kann durch Wahrnehmungserfahrung des Subjektes verändert werden
-> Katzen Experiment: Katzen wurden anderen Stimuli, als das was ihnen dargeboten wurde, “blind”.
-> Antwortverhalten der Neuronen ändert sich also durch Erfahrung
Merkmalsdetektoren im visuellen Kortex
° Neuronen, die maximal auf bestimmte Reizmerkmale reagieren (Orientierung, Bewegung, Länge)
° “Optimale Reize” werden mit der Entfernung von der Retina zunehmend komplexer
-> Beispiel: Antwortverhalten von Neuronen im IT-Kortex eines Makaken, die stark bei “handförmigen” Reizen feuern
Sensorische Kodierung
° Einzelkodierung: wahrgenommene Objekte sind durch das Feuern einzelner Neurone repräsentiert -> Großmutterzelle
° Ensemblekodierung: Aktivitätsmuster einer großen Zahl feuernder Neurone bestimmt die Wahrnehmung eines Objekts.
-> Sparsam Kodierung: Kleine Gruppen von Neuronen feuerten selektiv, wenn Fotos des Schauspielers Steve Carell präsentiert wurde
Gesichterspezifische Neuronen
° Bestimmte Gruppe von Neuronen im Temporallappen
Verarbeitung in höheren visuellen Arealen (jenseits V1)
° Fusiform Face Area (FFA): Aktivierung durch Gesichter, aber nicht durch andere Reize
° Parahippocampal Place Area (PPA): Aktivierung durch Bilder von Orten
° Extrastriate Body Area (EBA): Aktivierung durch Bilder von Körpern
° Neben desen Aktivierung in bestimmten Arealen werden durch die meisten Stimuli auch andere Areale im Kortex aktiviert
Kortikale Organisation (V1)
Orte in der die Signale von der Retina im Kortex repräsentiert werden:
- Linke Gesichtshälfte landet in rechter Hemisphäre
- Rechte Gesichtshälfte landet in linker Hemisphäre
° Kortikaler vergrößerungsfaktor: Retinotope Karte ist verzerrt zugunstn der Fovea
-> Fovea umfasst nur 0.01% der Fläche der Retina, nimmt aber 8-10% von V1 ein
-> Kleine Bereiche unmittelbar neben der Fovea (im Zentrum des visuellen Felds) aktivieren größere Bereiche in V1
- Positionssäulen, Okuläre Dominanzsäulen, Orientierungssäulen, Hypersäulen
Positionssäulen
Rezeptive Felder am selben Ort bzw. an überlappenden Orten auf der Retina
Okuläre Dominanzsäulen
Neurone antworten stärker auf das rechte oder linke Auge
Orientierungssäulen
innerhalb der Positionssäulen: benachbarte Neuronen haben ähnliche Tuningkurven für Orientierungen
Hypersäulen
Positionssäulen mit einem vollständigen Satz von Orientierungssäulen und mit zwei okulären Dominanzsäulen
-> Orientierungssäulen ind kreisförmig in “Windrad-Struktur” angeordnet
Verarbeitungsströme für WO und WAS
° Läsionsverfahren, um heraus zu finden welche Areale die Identifikation und Lokalisation von Objekten stört
Gruppe 1: Läsion im Temporallappen (Vetraler Strom, WAS)
Gruppe 2: Läsion im Parietallappen (Dorsaler Strom, WO)
Aufgabe A:
- Objekte sollen unterschieden werden
- Belohnung, wenn das “vertraute” Objekt gewählt wird
- > Gruppe 1 hat Probleme
Augabe B:
- Ort des Objekts soll unterschieden werden
- Belohnung, wenn das Objekt gewählt wird, welches sich näher am Zylinder befindet
- > Gruppe 2 hat Probleme
Läsionsverfahren (Ablation)
Operatives Abtragen von Kortexbereichen des Gehirns, meist in Tierexperimenten, zur Erforschung der Funktion eines bestimmmten Areals durch die Ausfallerscheinungen nach der Ablation
Verarbeitungsströme für WAS und WIE
° einer der VPs hat eine Visuelle Agnosie
° Aufgabe 1: Orientierung der Karte soll mit dem Schlitz abgeglichen werden (Grafik: Folie 17, 8)
-> erkrankte VP hat Probleme beim visuellen Abgleichen der Orientierung (Ventraler Strom, WAS)
° Aufgabe 2: Karte soll durch den Schlitz geschoben werden
-> Kranke PErson hat keine Beeinträchtigung der visuellen Steuerungen von Bewegungen (WIE)
Visuelle Agnosie
Objekte können nicht anhand ihrer Form unterschieden werden
hat Schäden im lateralen Okzipitallappen, ventraler Strom
Doppelte Dissoziation
Die Situation, dass infolge von Hirnschädigungen bei einer Person Funktion A vorhanden und Funktion B beeinträchtigt oder ausgefallen ist, während bei einer anderen Person Funktion A beeinträchtigt oder ausgefallen, Funktion B hingegen noch vorhanden ist. Die Existenz einer doppelte Dissoziation belegt, dass die beiden betreffenden Funktionen unterscheidliche Mechanismen beinhalten und unabhängig voneinander arbeiten.
Funktionen der Farbwahrnehmung
- Objektidentifikation
- Signalfunktion
- Objekte gleicher Textur und Helligkeit kann unterschieden werden
- Unterscheidung von isoluminanten Objekten (gleiche Helligkeit)
Grundfarben
- Blau
- Grün
- Gelb
- Rot
Reflektanz und Absorption
° Farbe eines Objektes (bzw. die Wellenlängen, die im Auge ankommen) wird von der spektralen Zusammensetzung von (a) der Lichtquelle und (b) der Reflektanz des Objektes bestimmt.
° Beispiel Apfel: Sonnenlicht hat breites Spektrum an Wellenlängen: Apfel absoribiert kurz- und mittelwelliges Licht; reflektiert langwelliges Licht
° Sonnenlicht enthält alle Wellenlänge, Teil davon wird, je nach Pigmentation der Oberfläche eines Objektes, asobiert und der Rest ird reflektiert
Additive Farbmischung
° Bei Überlagerung mehrerer Lichtquellen ist das Ergebnis die Summe der Strahlungen
Subraktive Farbmiscung (reflektiertes Licht)
° Bei Pigmentfarben wird Licht von der Oberfläche absorbiert, dadurch erreicht weniger Licht das Auge (Subtraktion)
- Blaue Pigmentfarben: absorbieren langwelliges Licht (rot, orange, gelb und etwas grün)
- Gelbe Pigmentfarben: absorbieren kurzwelliges Licht (v.a. blau und etwas grün)
- Grüne Pigmentfarben: absorbieren alle Farben außer grün (mittelwelliges Licht)
Dreifarbentheorie
° Besagt, dass die Retina drei verschiedene Farbtypen enthält, von denen einer auf Grün und einer auf Blau reagiert. Stimulation in Kombination lässt Wahrnehmung jeder beliebigen Farbe zu.
Belege für die Dreifarbentheorie
- Verhalten: Farbabgleichsexperiment
- Vp soll Intensitäten a,b,c so einstellen, dass die Farbe des Vergleichsfelds entsteht und diese identisch sind
- Zwei Wellenlängen reichen für die Darstellung nicht aus, es müssen drei Vergleichslichter miteinander kombiniert werden, damit das Testlicht entsteht
- Physiologie: Absorptionsspektren der Zapfenpigmente
- Alle Farben lassen sich durch drei Zahlen beschreiben, die Zusammensetzung der Wellenlängen kann sich jedoch unterscheiden
- Metamerie: Farben, die gleich aussehen, obwohl sich ihr Spektrum unterscheidet, werden als metamer bezeichnet
- Zwei unterschiedliche Rezeptoren sind notwendig, können Unterschiede in der Wellenlänge von Intensitätsunterschieden getrennt werden
- Bei einem Zapfenpigment sind Farb- und Helligkeitsunterschiede nicht trennbar voneinander
- In physiologischen Studien wurden drei versch. Zapfentypen mit unterschiedlichen Absorptionsmaxima im kurz-, mittel- und langwelligen Bereich nachgewiesen werden
- Absorptionsspektren für S-,M- und L-Licht sind auf Unterschiede im Opsinteil der Zapfenpigmente zurückzuführen (22,9)
- Anomalien: Farbfehlsichtigkeiten
- Ausfall eines oder mehrer Rezeptorsysteme
° Monochromaten (echte Farbenblinde) haben meisten überhaupt keine Zapfen
° Dichromaten
-> Protanopen (Rotblinden) fehlt das L-Zapfenpigment
-> Deuteranopen fehlt das M- Zapfenpigment
-> Tritanopen (Blaublinden fehlt das S-Zapfenpigment
-> Protanomalie (Rot-Grün-Schwäche): Sehpigment des L-Zapfens ist in Richtung M-Zapfen verschoben
- Ausfall eines oder mehrer Rezeptorsysteme
Nicht durch die Dreifarbentheorie erklärbare Phänomene
1) Polarisierende Farbwahrnehmung: kein ‘grünliches Rot’ oder ‘bläuliches Gelb’
2) Farbfehlsichtigkeiten: nachd er Theorie müssen ‘rotblinde’ auch ‘grünblind’ sein
3) Nachbilder erscheinen als Gegenfarben
4) Simultaner Farbkontrast: Farbwahrnehmung hängt vom Kontext ab
Gegenfarbentheorie
° Jede Wellenlänge wird durch drei antagonistische Prozesse widergespiegelt:
1) Helligkeitskanal: Summe der Signale aus Rot-,Grün und Blauzapfen (R+G+B)
2) Rot(+)/Grün(-)-Kanal: Differenz der Signale von Rot- und Grünzapfen (R-G)
3) Blau(-)/Gelb(+)-Kanal: Differenz aus dem Signal der Blauzapfen (B) und der Summe der Rot- und Grünzapfen (R+G)
Physiologische Belege zur Gegenfarbentheorie
‘Gegenfarbenzellen’: Zellen, die ihre Feuerrate bei Licht aus einem Teil des Spektrums erhöhen und bei Licht aus einem anderen Teil des Spektrums senken, wurden im Sehnerv und im Thalamus nachgewiesen
Zonentheorie
° Kombination von Dreifarben- und Gegenfarbentheorie: Die Signale der drei Zapfentypen werde auf höherer Verarbeitungsebene zu Gegenfarbenkanälen verschaltet
1) Rot(+)Grün(-)-Kanal:
- Aktivierung durch M-Zapfen
- Hemmung durch L-Zapfen
2) Blau(+)Gelb(-)-Kanal:
- M- und L-Zapfen aktivieren Zelle 1
- S-Zapfen aktivieren Zelle 2
- Zelle 1 hemmt Zelle 2
3) Helligkeitskanal:
- Aktivierung durch M- und L- Zapfen
- Zone: Sensorischer Teil (Retina)
- > Dreifarbentheorie
- Absorptionsspektren von Zapfen
- > additive Mischung aus drei Spektralfarben: Rot, Grün und Blau (L-, M- und S-Zapfentypen) - Zone: Höhere Verarbeitungsprozesse
- > Gegenfarbentheorie
- Empfindlichkeit von Gegenfarbenzellen
- > 3 Kanäle: L-M, S-(L+M) und L+M
Farbwahrnehmung im Kortex
° Farbareal im Kortex?:
- V4 verbunden mit koritkaler Achromatopsie ( Patienten können keine Farben sehen, bei intakten Zapfen und normaler Sehschärfe)
- Dagegen spricht:
- Gegenfarbenzellen wurden in verschiedenen Arealen gefunden (z.B. V1, IT-Kortex)
- Kortikale Farbenblindheit geht oft mit anderen Beeinträchtigungen einher (z.B. Prosopagnosie)
Farbkonstanz
° Farben werden auch bei veränderter Beleuchtung (d.h. teils völlig unterschiedlichen Wellenlängen) als konstant wahrgenommen
° Emissionsspektren von Lcihtquellen unterscheiden sich stark
° Deshalb reflektieren dieselben Erdbeeren im Glühlampenlicht mehr langwelliges Licht als im Sonnenlicht
Erreichung von Farbkonstanz
° Farbe des Umfelds wird als Referenz genutzt
-> Simultaner Farbkontrast
° Gedächtnis: Erinnerungen tragen dazu bei
° Farbadaptation: Änderung der Lichtempfindlichkeit für bestimmte Wellenlängen (Zapfenpigmente)
Farbadaptation
Versuch von Uchikawa et al.: Farbadaptation als wichtigste Ursache von Farbkonstanz
° Probanden betrachtet farbliches Papier unter drei Bedingungen und beschreiben Farbeindruck
1) Baseline: Papier und Beobachter mit weißem Licht beleuchtet -> Papier wirkt grün
2) nicht adaptiert: nur Papier mit rotem Licht beleuchtet -> Papier wirkt rötlich
3) adaptiert: Papier und Beobachter mit rotem Lciht beleuchtet -> minimal rötlich
Helligkeitskonstanz
° Helligkeit eines Objekts erscheint gleich, auch wenn sich die Beleuchtung ändert
° Erklärung mit Verhältnisprinzip:
- weiße Felder: Reflektanz 90%
- schwarze Felder: Reflektanz 5%
- Verhältnis: 90:5
° Helligkeitswahrnehmung wird nicht von der Beleuchtung (Lichtenergie, die auf das Objekt trifft), sondern von der Reflektanz bestimmt
° Ausschalggebend für die Helligkeit ist das Reflektanz-Verhältns von angrenzenden Kästchen
° Unter komplexen Beleuchtungsbedingungen kann es schwierig sein Reflektanzkanten (unterschiedliche Oberflächen) von beleuchtungskanten (Licht und Schatten) zu unterscheiden
-> Bedeutungsgehalt der Form des Schattens
-> kontur des Schattens (Halbschatten)
-> Ausrichtung von Oberflächen
Okulomotorische Tiefenhinweise
° Rückmeldung über Augenstellung und Spannung in den Augenmuskeln
- Konvergenz
- Akkommodation
- > Nützlich bei nahen Objekten (bis 1m)
- > Beitrag zur Tiefenwahrnehmung eher gering
Monokulare Tiefenhinweise
° Bildhinweise, die mit einem Auge funktionieren ° Akkommodation (siehe okulomotorische Hinweise) ° Bildbezogene Tiefenhinweise - Verdeckung - Relative Höhe - Relative Größe - Vertraute Größe - Perspektivische Konvergenz - Atmosphärisch Perspektive - Texturgradient - Beleuchtung - Schatten ° Bewegungsinduzierte Hinweise - Bewegungsparalaxe - Zu- und Aufdecken
Binokulare Tiefenhinweise
° Abgleich der retinalen Abbilder in beiden Augen
° Nur mit beiden Augen möglich
Verdeckung
° Entfernung der Objekte
° Das Objekt was andere am meisten Verdeckt wird als das näher wahrgenommen.
° Das was verdeckt wir als weiter entfernt
Relative Höhe
° Objekte unterhalb der Horizontallinie -> Wahrgenommene Entfernung nimmt mit der Höhe zu
° Objekte oberhalb des Horizonts -> Wahrgenommene Entfernung nimmt mit der Höhe ab
Relative Größe
° Unabhängig von der Höhe werden Objekte, die eine größere Fläche auf der Retina einnehmen, näher wahrgenommen
(Annahme: die Objekte sind gleich groß)
Vertraute Größe
° Die Größe von bekannten Objekten beeinflusst deren wahrgenommene Größe
° Experiment von Epstein zur Einschätzung der Münzgröße (1965):
a. Ein Auge schließen (keine binokularen Tiefenhinweise)
-> Urteil, welche der Münzen näher ist, wird vom Wissen über die Größe beeinflusst
b. bei Augen offen
-> das Ergebnis aus a. ist nicht reproduzierbar
Perspektivische Konvergenz
° Parallele Linien scheinen sich in einem fernen Punkt zu schneiden (Bsp. Eine Straße)
- > je näher am Schnittpunkt, desto entfernter
- > Ponzo-Täuschung (Bahngleis -Täuschung)
- > kann manchmal auch bei nicht parallelen Linien funktionieren
Atmosphärische Perspektive
° entfernte Objekte wirken bläulicher und/oder unschärfer als nahe Objekte
-> weil mehr Luft-, Wasser- und Staubpartikel zwischen dem Objekt und dem Auge des Betrachters liegen
Texturgradient
° Texturelemente erscheinen mit zunehmender Entfernung zunehmend dichter gepackt
Beleuchtung
° Bestimmte Vorannahmen über den Herkunftsort einer Lichtquelle (z.B. von oben) beeinflusst die wahrgenommene Beschaffenheit von Objekten:
- > Objekte mit Schatten im unteren Bereich wirken konvex (nach außen gewölbt)
- > Objekt mit Schatten oben wirken konkav (nach innen gewölbt)
- Hollow Face Illusion
Schatten
Schatten können helfen, eine mehrdeutige Szene aufzulösen
Bewegungsparalaxe und Zu-/Aufdecken
° Bewegungsinduzierter monokularer Tiefenhinweis: Wenn wir uns fortbewegen, laufen nahe Objekte scheinbar schneller durch unser Gesichtsfeld (über die Retina) als entfernte Objekte
° Wenn wir uns fortbewegen, verändert sich auch die Verdeckung unterschiedlich entfernter OPbjekte
Können Einäugige 3D-Sehen?
° Ja, weil sie noch die monokularen Tiefenhinweise nutzen können
° Konvergenz funktioniert nicht sehr gut (Okulomotorische Tiefenhinweise)
Stereoskopisches Sehen
Tiefenwahrnehmung mit beiden Augen
Querdisparität
° auch binokulare Querdisparität
° Die zwei unterschiedlichen Netzhautbilder (vom rechten und linken Auge), stellen die Grundlage für Stereoskopisches Sehen dar
° Korrespondierende Netzhautpunkte: Punkte am selben geometischen Ort in der rechten und linken Retina
-> Alle Punkte auf dem Horopter haben korrespondierende Netzhautpunkte
° Querdisparität = Ausmaß der Abweichung zweier Punkte auf der Retina von den korrespondierenden Netzhautpunkten (Winkel)
-> zeigt Abstand eines Objekts vom Horopter an
-> Abbildung in der Mappe!
-> Querdisparität wird größer je weiter entfernt das Objekt vom Horopter ist
Wie untersucht man die Querdisparität ohne den Einfluss anderer (monokularer) Hinweise?
° durch Zufallsstereogramme: enthalten keinerlei Tiefenhinweise außer Querdisparität
° Stereogramme werden zur Untersuchung verschoben
° Tuning-Kurven von Neuronen im MT-Kortex, die selektiv bei bestimmten Querdisparitäten feuern
Wann funktionieren Tiefenhinweise am idealsten?
Bei unterschiedlichen Entfernungen
Größenwahrnehmung
° Sehwinkel: Je nach Größe und Entfernung des Objektes wird es in der Retina größer/kleiner abgebildet
° Problem: Objekte mit gleichem Sehwinkel können unterschiedliche Größen und Entfernungen haben
-> Größenwahrnehmung hängt von funktionierende Tiefenwahrnehmung ab (und umgekehrt)
-> Experiment:
– Probanden sollen Vergleichsscheibe (3 m entfernt) auf dieselbe Größe einstellen wie eine Testscheibe in unterschiedlicher Entfernung (3 – 36 m).
– Testscheiben hatten jedoch immer denselben Sehwinkel (1°).
– Manipuliert wurde die Anzahl der verfügbaren Tiefenhinweise.
1. Sämtliche Tiefenhinweise vorhanden -> Größe kann gut beurteilt werden
2. Ein Auge geschlossen (keine Querdisparität) -> ähnliche Größenurteile
3. Guckloch (keine Bewegungsparallaxe) -> Größe stark abhängig von Sehwinkel
4. Vorhänge an den Wänden (keine Schatten, Reflektionen etc.) -> Größe = Sehwinkel
Größenkonstanz
Tritt auf, wenn die Größe eines Objekts aus unterschiedlichen Betrachtungsabständen als identisch wahrgenommen wird.
Emmert’sches Gesetz
Größenwahrnehmung entspricht der Größe des retinalen Abbilds multipliziert mit der wahrgenommenen Distanz
G_W = k * G_R * D_W
G_W: Wahrgenommene Größe
G_R: Größe des retinalen Abbilds (Sehwinkel)
D_W: Wahrgenommene Distanz (abhängig von Tiefenhinweise)
Weitere Größenhinweise
- Größe vertrauter Objekte
- Texturinformation
Größe-Distanz-Skalierung
Ein hypothetischer Mechanismus, der die Größenkonstanz unterstützt, indem er die wahgrenommene Distanz eines Objekts berücksichtigt. Gemäß der Theorie wird die wahrgenommene Größe G_W des Objekts aus der Multiplikation der Bildgröße G_R auf der Retina mit einer konstanten k bestimmt. (s. Emmert’sches Gesetz)
Ames’scher Raum
° Verzerrter Winkel und Entfernungen: Retinales Bild sieht so aus, als würde es von einem rechtwinkligen Raum stammen, in der die Personen gleich weit entfernt sind, obwohl der Raum einfach anderes konzipiert wurde
-> Daher werden sie als unterscheidlich groß wahrgenommen
Mondtäuschung
° Sehwinkel vom Mond ist/muss immer gleich sein, da ihre physikalische Größe und Entfernung zu der Erde konstant ist.
° durch Tiefenwahrnehmung erklärbar:
- der Mond wird nah am Horizont über eine Landschaft/ Gelände voller Tiefeninformationen gesehen, währenddem der Mond selber oben am Himmel ist in der keine/ sehr wenige Tiefeninformationen erhalten sind
Mondtäuschung
° Sehwinkel vom Mond ist/muss immer gleich sein, da ihre physikalische Größe und Entfernung zu der Erde konstant ist.
° durch Tiefenwahrnehmung erklärbar:
- der Mond wird nah am Horizont über eine Landschaft/ Gelände voller Tiefeninformationen gesehen, währenddem der Mond selber sich oben am Himmel befindet, in der es keine/ sehr wenige Tiefeninformationen gibt
- Vorstellung dass der Horizont als weiter entfernt wahrgenommen wird, als der Himmel über den Betrachter, liegt daran, dass das Himmelsgewölbe abgeflacht wirkt
Strabismus
Fehlstellung der Augen, sie sind unkoordiniiert (BSp. Schielen, Krankheit etc.)
- > Visuelles System unterdrückt ein Auge bei der Wahrnehmung, um keine Doppelbilder zu erhalten
- > Betroffene sehen die Welt demnach nur mit einem Auge (monokulare Tiefenhinweise)
Gekreuzte Querdisparität
Objekt liegt vor dem Horopter
Ungekreuzte Querdisparität
Objekt liegt auf dem Horopter
