VL Wahrnehmung und Aufmerksamkeit Farbwahrnehmung

VL Wahrnehmung und Aufmerksamkeit
Farbwahrnehmung
Macht der Farbe
• „Er sah die Haut von Menschen, die Haut seiner Frau und
seine eigene Haut als ein abstoßendes grau; „hautfarben“
erschien ihm nunmehr „Rattenfarben“… Die „Falschheit“ von
allem war verstörend sogar ekelerregend… Er aß jetzt
verstärkt schwarze und weiße Nahrungsmittel—schwarze
Oliven und weißen Reis, schwarzen Kaffee und Joghurt.
Diese erscheinen zumindest relativ normal, während andere
Nahrungsmittel, normalerweise farbige, nun furchtbar
unnormal aussahen.“
(Sacks & Wasserman, 1987)
Wozu dienen Farben?
• Erkennen von Objekten in natürlichen Szenen
• Farben bilden Kontraste
• Signalwirkung
Original
Helligkeitssignal
Farbsignal
Entwicklung
• durch Evolution herausgebildet
– spektrale Sensitivität der Zapfen optimal auf Bedürfnisse (z.B.
Nahrungssuche) abgestimmt
• Farbenblindheit
– durch Unfälle: kortikale Blindheit
– meist von Geburt an: Fehler einer Zapfenart
Wiederholung: Licht
• Sonnenlicht durch Prisma à Spektralfarben
–
–
–
–
–
–
400 – 450 nm
450 – 500 nm
500 – 570 nm
570 – 590 nm
590 – 620 nm
620 – 700 nm
violett
blau
grün
gelb
orange
rot
Reflektanz
• Reflektionseigenschaften eines Objekts bestimmt
seine Farbe
• Reflektanz bei einer bestimmten Wellenlänge
à chromatische Farbe
• Reflektanz über das ganze Spektrum
à achromatische Farbe
Farbensehen
• Drei Eigenschaften von Farbe
– Farbton
– Sättigung: die „Reinheit“ der Farbe
– Intensität: Helligkeit der Farbe
• Gouras (1919):
– Unterscheidung von 200 verschiedenen Farben
– Unterscheidung von 500 Helligkeitsabstufungen.
– Unterscheidung von 20 Sättigungsstufen.
à Wir können (200 x 500 x 20 =) 2 Millionen Farben sehen.
Dreifarbentheorie
• Psychophysik: Farbmischexperimente
• Thomas Young (1773 – 1829), Hermann von Helmholtz (1821
– 1894)
• Herstellung einer Farbe aus 3
Wellenlängen
• Metamerische Farben: derselbe
Farbton aber physikalisch
unterschiedlich
• Farbmischung möglich mit 3 Wellenlängen
à Young-Helmholtz‘sche Dreifarbentheorie
Dreifarbentheorie
• Farbwahrnehmung beruht auf drei Rezeptorsystemen
• unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit
• Licht erregt Rezeptorsysteme in unterschiedlichem Maß
• Aktivitätsmuster à Wahrnehmung einer Farbe
Verhältnis der Zapfenantwort führt zu
unterschiedlicher Farbwahrnehmung
Neurophysiologische Evidenzen
• Dartnall, Bowmaker & Mollon (1983): drei Zapfenarten mit
unterschiedlichen Absorptionsmaxima
– kurzwelliges Spektrum: K-Zapfen
– mittelwelliges Spektrum: M-Zapfen
– langwelliges Spektrum: L-Zapfen
Farbmischung
• Aktivitätsmuster erklärt Farbmischung
• Mischung von Blau und Gelb = Weiß
• additive Farbmischung
– Mischung von Wellenlängen
– Blau + Gelb = Weiß
– Rot (700 nm) + Grün (560 nm) = Gelb (590 nm)
Farbmischung
• subtraktive Farbmischung
– Farbmischung durch Kombination von
Farbpigmenten
– Pigmentfarbe absorbiert unterschiedliche
Wellenlängen
– Kombination absorbiert dieselben
Farben wie die einzelnen Pigmentfarben
Gegenfarbentheorie
• Ewald Hering (1834-1918)
• Rot-Grün und Blau-Gelb bilden Farbpaare
– antagonistisch
• Theorie gewonnen aus Beobachtungen:
– Blindheit für Farbpaare rot-grün
– Nachbilder
Gegenfarbentheorie
• Hering: drei Mechanismen, die entgegengesetzt auf Licht
reagieren
• Rot(+)-Grün(-): positiv auf Rot und negativ auf Grün
• Blau(-)-Gelb(+): negativ auf Blau und positiv auf Gelb
• Schwarz(-)-Weiß(+): reagiert positiv auf weißes Licht und
negativ auf das Fehlen von Licht
S-
W+
R+
Gr -
B-
G+
Neurophysiologische Evidenzen
• Neurone, die auf unterschiedliche Wellenlängen antagonistisch
reagieren: Gegenfarbenzellen
•
Svaetichin (1956): auf Netzhaut
•
DaValois (1960): im CGL
•
reagiert positiv auf Licht von einem
Ende des Spektrums; negativ vom
anderen Ende
•
erhöhte Entladung bei Licht von
einem Ende des Spektrums
Gegenfarbenzelle
• Gegenfarbenzellen im striären Kortex
– durch Licht von einem Ende erregt
– durch Licht vom anderen Ende gehemmt
• zwei Typen:
– Typ-1 Gegenfarbenzelle
– Doppelte Gegenfarbenzelle
Gegenfarbenzellen im Kortex
Typ-1 Gegenfarbenzelle
– rezeptives Feld mit On-Off-Organisation
– Zentrum wird von bestimmter
Wellenlänge erregt; Umfeld von
antagonistischer Wellenlänge gehemmt
Doppelte Gegenfarbenzelle
– rezeptives Feld hat Zentrum mit einer
Rot(+)-Grün(-) Gegenfarbenorganisation
– das Umfeld eine Rot(-)-Grün(+)
Organisation
Gegenfarbenzellen
• Livingston & Hubel (1984)
– doppelte Gegenfarbenzellen Rot(+)-Grün(-)-Zentrum und Rot(-)Grün(+)-Umfeld der häufigsten Farbzellentypus beim Affen
• Funktionalität: rote Früchte vor grünem Hintergrund
• Gegenfarbenzellen in Blobs
– keine orientierungssensitiven Zellen
– vornehmlich farbsensitive Zellen
Zwei-Prozess-Theorie
• Hurvich & Jameson (1975)
– erste Stufe: trichromatische Rezeptoren
– zweite Stufe: Gegenfarbenprozess
R+Gr- Zelle:
• exitatorischer Input der L-Zapfen
• inhibtorischer Input der M-Zapfen
B+G- Zelle komplexer:
• exitatorischer Input von S-Zapfen
• inhibitorisch von Zelle A, die die
Eingangssignale von M- und L-Zapfen
zusammenfasst.
Farbkonstanz
• Farben müssen auch bei wechselnden Lichtverhältnissen
gleich aussehen
– Helligkeitsspektrum ändert sich im Verlauf des Tages
– künstliches Licht höherer Anteil an langwelligem Licht als
natürliches Licht
Spektrum bei künstlichem zum
Gelb-Rot Bereich verschoben.
relative Stabilität der Farbwahrnehmung unter veränderten
Lichtverhältnissen = Farbkonstanz
Farbkonstanz durch…
1. Das Umfeld
weniger gute FK, wenn Umfeld abgedeckt
Mondrian-Vorlagen: komplexe Berechnung
der Lichtreflexionen
2. Verhältnis der Zapfenantwort
Foster & Nascimento (1994): Verhältnis der Zapfenantwort
bleibt bei veränderten Lichtverhältnissen gleich
Farbkonstanz durch…
3. Vorwissen
geringer Anteil der FK geht auf unser Wissen über die Farbe
von Objekt zurück
Delk & Fillenbaum (1965): Farbengedächtnis
typischerweise rote Objekte als
„roter“ wahrgenommen
Helligkeitskonstanz
• äquivalent zur Farbkonstanz für achromatische Farben
• schwarz, weiß, grau als gleichbleibend hell wahrgenommen
graue Quadrate physikalisch unterschiedlich
1000
100
100
10
Verhältnisprinzip: zwei Flächen, die
unterschiedlich viel Licht reflektieren, sehen
gleich aus, wenn das Verhältnis zu ihrer
Umgebung konstant bleibt.
Farbfehlsichtigkeit
•
•
verminderte Fähigkeit, Farben wahrzunehmen
etwa jeder 12te Mensch leidet unter Farbfehlsichtigkeit
1. Momochromasie
–
–
–
–
keine funktionsfähige Zapfen
nur „Stäbchen“-Sehen: wie in gedämpftem Licht
geringe Sehschärfe
überempfindlich für helles Licht
Farbfehlsichtigkeit
2. Dichromasie
– Protanopie, Deuteranopie, Tritanopie
– nehmen nur weniger Farben wahr
– M- oder L-Zapfen fehlen
L-Zapfen fehlen, kurzwelliges Licht
wahrgenommen, langwellig à
Gelb
L-Zapfen fehlen, kurzwelliges Licht
wahrgenommen, langwellig à
Gelb
kurzwelliges Licht = blau;
Erhöhung der Wellenlänge à Rot
Ishirhara Vorlagen