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126.05.2009
Farbe
Referent: Daniel Heep
Dozent: Dr. Alexander Schütz
Seminar: Visuelle Wahrnehmumg
Semester: SoSe 2009
226.05.2009 Farbe
Gliederung
Einleitung
1. Grundlagen des Farbsehens
1.1 Die drei Zapfensyteme
1.2 Die Photorezeptoren
1.3 Grenzen des Farbsehens
2. Eigenschaften des Farbsehens
2.1.Farbantagonismus (color opponency)
326.05.2009 Farbe
Gliederung
2.2 Farbsimultankontrast (simultaneous color contrast)
2.3 Farbkonstanz
3. Mechanismen des Farbsehens
3.1 Konzentrische Breitbandzellen (concrentic broadband cells)
3.2 Einfache Gegenfarbenzellen
3.3 Typ M und Typ P Zellen
426.05.2009 Farbe
Gliederung
3.4 Doppelte Geganfarbenzellen
3.5 Das corticale Areal V4
3.6 Farbenblindheit
4. Die Bedeutung des Farbsehens
4.1 Farbe in “ low-level vision“
4.2 Farbe in “ high-level vision“
4.3 Bedeutung von Farbe bei Objekten und Szenen
526.05.2009 Farbe
Gliederung
4.4 Wissen und Wahrnehmung im Gehirn
4.5 Neuropsychologie des Farbwissens
4.6 Das ‘‘Shape+ Surface“ Modell
626.05.2009 Farbe
Einleitung
Farbe und ihre Besonderheiten: Eigenschaft von Objekten Farbe wird auch unter verschiedenen
Bedingungen gleich wahrgenommen
Farbkonstanz das Sehen von Farbe beruht auf einem
Abstraktionsprozess, der ein Objekt in Relation zu seinem Hintergrund analysiert
726.05.2009 Farbe
1. Grundlagen des Farbsehens Wellenlängen von 400 bis 700 nm können
vom menschlichen Auge wahrgenommen werden
Anteile der drei Primärfarben Blau, Rot und Grün werden mit der Farbe einer beliebigen spektralen Zusammensetzung von Licht kombiniert
Trichromatizität
826.05.2009 Farbe
1.1 Die drei Zapfensyteme
drei Typen lichtabsorbierender Zapfen mit jeweils eigenen Sehfarbstoffen bilden die Grundlage der Trichromatizität
Bestätigung durch Messungen der Absorptionsspektren der Sehfarbstoffe in den Zapfen der menschlichen Retina
926.05.2009 Farbe
1.1 Die drei Zapfensyteme
1026.05.2009 Farbe
1.1 Die drei Zapfensyteme
1126.05.2009 Farbe
1.1 Die drei Zapfensyteme
Pigment B: Reaktion auf kurze Wellenlängen des sichtbaren Farbspektrums, zur Wahrnehmung von Blau wichtig
(max. 419 nm) Pigment G: Reaktion auf mittlere
Wellenlängen,zur Wahrnehmung von Grün wichtig (max. 531 nm)
Pigment R: Reaktion auf längere Wellenlängen, zur Wahrnehmung von Rot wichtig (max. 559 nm)
1226.05.2009 Farbe
1.2 Die Photorezeptoren
Absorption eines Photons führt unabhängig von der Wellenlänge immer zur derselben elektrischen Antwort
die Wellenlänge bestimmt darüber, ob ein Photon absorbiert wird
ein aktiver Zapfen allein reicht noch nicht zum Farbsehen aus
zwei Photorezeptoren mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit sind notwendig
1326.05.2009 Farbe
1.3 Grenzen des Farbsehens
das Zapfensystem versagt bei Objekten mit dicht nebeneinanderliegenden Farben auf der Oberfläche
Erregung benachbarter Zapfen durch Licht unterschiedlicher Teile des Objekts
das Sehen in der Fovea centralis (Stelle des schärfsten Sehens) ist dichromatisch
B- Zellen fehlen, da bei fokussiertem langwelligen Licht, das kurzwellige Licht vor die Retina gebrochen wird (chromatische Aberation)
1426.05.2009 Farbe
2. Eigenschaften des FarbensehensTrichromatizität kann eine Vielzahl von
Phänomenen erklären, greift jedoch nicht ausreichend bei Funktionen, wie Farbantagonismus, Farbsimultankontrast und Farbkonstanz
1526.05.2009 Farbe
2.1 Farbantagonismus (color opponency)
umfasst den Aspekt, dass bestimmte Farben nicht in Kombination gesehen werden können, z. B. rötliches Grün
Mischungen sind möglich, z. B. Rot und Grün zu reinem Gelb
1626.05.2009 Farbe
2.1 Farbantagonismus (color opponency)Herings Gegenfarbentheorie: sechs primäre Farbqualitäten, welche in drei
wechselseitig antagonistischen Paaren verarbeitet werden: Rot-Grün, Schwarz- Weiß, Gelb- Blau
drei Gegenfarben werden in drei Paaren farbantagonistischer neuraler Kanäle analysiert, ein Kanal wird durch eine Farbe erregt und durch eine andere gehemmt
bei Ausbalancierung: keine Reaktion
1726.05.2009 Farbe
2.2 Farbsimultankontrast (simultaneous color contrast)
relevant bei Gegenfarben, die von räumlich benachbarten Stellen ausgehen, so heben sich rote Objekte am deutlichsten von einem grünen Hintergrund ab
Zapfenmechanismen scheinen sich genseitig zu verstärken
1826.05.2009 Farbe
2.2 Farbsimultankontrast (simultaneous color contrast)
1926.05.2009 Farbe
2.3 Farbkonstanz
wichtigstes Phänomen:
Farbe bleibt trotz Schwankungen in der Spektralverteilung der Umgebungsbeleuchtung konstant
2026.05.2009 Farbe
3. Mechanismen des Farbensehens Informationen über Farbe und Helligkeit wird
in der Retina und dem Corpus geniculatum laterale in getrennten Bahnen verarbeitet
bei den retinalen Ganglienzellen und den Zellen des Corpus geniculatum laterale werden in zwei Hauptfunktionsklassen unterschieden:
1) konzentrische Breitbandzellen und
2) Gegnfarbenzellen
2126.05.2009 Farbe
3.1 Konzentrische Breitbandzellen (concrentic broadband cells) leiten Informationen über
Helligkeit weiter besitzen rezeptive Felder
mit einer Zentrum-Umfeld-Organisation
Erregung oder Hemmung durch weißes Licht, das auf das Zentrum des rezeptiven Feldes fällt
Licht, mit dem das Umfeld bestrahlt wird, löst eine entgegengesetzte Reaktion aus
2226.05.2009 Farbe
3.1 Konzentrische Breitbandzellen (concrentic broadband cells) aufgrund dieser antagonistischen Reaktionen
werden diese Zellen auch als On- bzw. Off-Zentrum-Neuronen bezeichnet
reagieren schlecht auf diffuses Licht enthalten Signale von G- und R- Zapfen, die
im Umfeld und im Zentrum unabhängig voneinander aufsummiert werden
Reaktion auf einen Helligkeitskontrast innerhalb ihres rezeptiven Feldes, jedoch keine Bedeutung bei der Farbwahrnehmung
2326.05.2009 Farbe
3.2 Einfache Gegenfarbenzellen Eingangssignale der R- und G-Zapfen
werden in den meisten Gegenfarbenzellen antagonistisch verarbeitet ( sowohl in der Retina als auch im Corpus geniculatum laterale)
das Zentrum erhält Signale von einem Zapfentyp, während das antagonistische Umfeld Signale vom anderen Zapfentyp empfängt
2426.05.2009 Farbe
3.2 Einfache Gegenfarbenzellen
solche konzentrisch einfachen Gegenfarbenzellen reagieren stark auf großflächige, monochromatische Beleuchtung in einer bestimmten Wellenlänge
2526.05.2009 Farbe
3.2 Einfache Gegenfarbenzellen
R- Zentrum und G- Umfeld Organisation reagiert am stärksten auf rotes Licht
G-Zentrum und R- Umfeld reagiert am stärksten auf grünes Licht
Reaktion auf weißes Licht wie bei Breitbandzellen
2626.05.2009 Farbe
3.2 Einfache Gegenfarbenzellen
übertragen die Informationen von B-Zapfen
die rezeptiven Felder besitzen keine getrennten Bereiche für Erregung und Hemmung:
Eingangssignale von B-Zapfen stehen den kombinierten Eingangssignalen von R- und G-Zapfen im gesamten rezeptivem Feld gegnüber
2726.05.2009 Farbe
3.3 Typ M und Typ P Zellen
Axone, die in einer mangozellulären(Typ M) Schicht des oder in einer parvozellulären (Typ P) Schicht des Corpus geniculatum laterale enden
Breitbandzellen können entweder vom Typ M oder P sein, während Gegenfarbzellen immer den Typ P aufweisen
2826.05.2009 Farbe
3.4 Doppelte Gegenfarbenzellen erhalten Signale von einfachen
Gegenfarbenzellen enthalten rezeptive Felder mit
antagonistischer Zentrum - Umfeld- Struktur Eingangssignale von verschiedenen
Zapfentypen werden in ihren rezeptiven Feldern jedoch nicht getrennt verarbeitet
Anteil der jeweiligen Signale variiert mit dem jeweiligen Zapfentyp
2926.05.2009 Farbe
3.4 Doppelte GeganfarbenzellenBeispiel: Signale von R-Zapfen führen in einigen
Zellen zu einer exzitatorischen Reaktion im Zenrum und zu einer inhibitorischen im Umfeld
Signale von G-Zapfen: umgekehrte Reaktion stärkste Reaktion: Beleuchtung des
rezeptiven Feldes mit einem roten Lichtpunkt vor einem grünen Hinetrgrund
3026.05.2009 Farbe
3.4 Doppelte Geganfarbenzellen
drei weitere Klassen werden unterschieden:
stärkste Reaktion bei grünem Licht und rotem Hintergrund
stärkste Reaktion bei blauem Licht vor gelbem Hintergrund und umgekehrt
höchste Dichte in den Blob- Regionen der Area IV
3126.05.2009 Farbe
3.5 Das corticale Areal V4
V4 enthält ein neurales Substrat für das psychophysische Phänomen der Farbkonstanz
enthält auch viele Neuronen, deren Reaktionen mit der Farberscheinung des betrachteten Objekts und nicht mit der Wellenlänge des reflektierten Lichts korreliert Reaktion auf Farbe und nicht auf Wellenlänge
3226.05.2009 Farbe
3.5 Das corticale Areal V4
die Zellen extrahieren Informationen über die Farbe von Objekten aus der Wellenlängeninformation
Retinex- Methode ermöglicht es, anhand der Rezeptorantworten der drei Zapfentypen die wahrgenommene Farbe vorherzusagen
Retinex- Methode verläuft in drei Schritten:1) Messung der Helligkeit eines Objekts für
jeden Zapfentyp, 2) Normierung am Wert des hellsten Objekts, 3) Zuweisung von Zahlen
3326.05.2009 Farbe
3.6 Farbenblindheit
bestimmte Formen der Blindheit gehen auf corticale Läsionen zurück
Rot- Grün- Blindheit ist durch eine Mutation des X- Chromosoms verursacht, was defekte rote und grüne Zapfenpigmente bedingt
andere Mutationen (z.B. für das blaue Pigment) sind eher selten
3426.05.2009 Farbe
4. Die Bedeutung des Farbensehens die farbliche Wahrnehmung ist beteiligt an
der Wiedererkennung eines Objekts nur Primaten haben drei Zapfensysteme und
können trichromatisch sehen
3526.05.2009 Farbe
4.1 Farbe in “ low-level vision“ entscheidende Vorteile bei der
Nahrungssuche, bedingt durch trichromatisches Sehen
Farbe hilft dabei Objekte und Szenen dreidimensional zu sehen und voneinander zu unterscheiden
3626.05.2009 Farbe
4.2 Farbe in “ high-level vision“ gewisse Ansätze behaupten, dass Objekte
nur aufgrund ihrer Form erkannt werden können
andere Sichtweisen gehen weiter und sehen auch Eigenschaften, wie Farbe und Beschaffenheit als fundamental zur Erkennung eines Objekts dar
3726.05.2009 Farbe
4.2 Farbe in “ high-level vision“
Studien belegen eher Theorien, die auch die Farbe und die Struktur berücksichtigen
so werden Objekte, die in ihrer wirklichen Farbe präsentiert wurden, schneller identifiziert als solche, die in einer anderen Farbe präsentiert wurden
3826.05.2009 Farbe
4.3 Bedeutung von Farbe bei Objekten und Szenen Farbe kann zur Identifizierung von Objekten
dienen: „Rot“ als bedeutsamer Indikator für Feuer
oder „Gelb“ als Indikator für Zitronen Farbe ist bei Objekten, wie Autos oder
Werkzeugen von sekundärer Bedeutung
die An- oder Abwesenheit von Farbe ist nur bei bestimmten Objekten bedeutsam
3926.05.2009 Farbe
4.3 Bedeutung von Farbe bei Objekten und Szenen
auch zur Identifizierung von Alltagsgeschehnissen spielt Farbe eine wichtige Rolle
Bilder mit charakteristischen Farben werden am besten in ihrer Originalfarbe erkannt
der Nutzen liegt dabei in der Möglichkeit, Dinge, die in ihrer Form leicht verändert sind, trotzdem schnell wiederzuerkennen
4026.05.2009 Farbe
4.4 Wissen und Wahrnehmung im Gehirn das Wissen um die Farbe eines Objekts führt zu
einer Assoziation zwischen Farbe und Objekt verschiedene neuronale Regionen sind bei der
Wiedererkennung und bei dem Abruf von Wissen beteiligt
wenn anhand eines Farbhinweises das jeweilige Objekt wiedererkannt werden sollte, ist der linke innere Temporallappen aktiv
gleiche Gehirnstrukturen sind bei der Erkennung von Objekten beteiligt
4126.05.2009 Farbe
4.4 Wissen und Wahrnehmung im Gehirn der linke Temporallappen ist sowohl bei der
Zuordnung (z.B. die Farbe Gelb einem Bulldozer zuordnen oder einen gleben Bulldozer als „Gelb“ wahrnehmen) als auch bei der Wahrnehmung aktiv
weitere Regionen: Gyrie des Hippocampus und Parahippocampus
4226.05.2009 Farbe
4.4 Wissen und Wahrnehmung im Gehirn wichtig:
1) Die Wiedererkennung einer Farbe eines Objekts aktiviert gleiche neuronale Regionen, wie bei der Erkennung von Objekten
2) Die Regionen unterscheiden sich, je nachdem, ob Dinge durch die Farbe erkannt werden sollen oder ob die Farbe selbst erkannt werden soll
4326.05.2009 Farbe
4.4 Wissen und Wahrnehmung im Gehirn Objekte, die in einer anderen Farbe als ihrer
natürlichen präsentiert wurden aktivierten den dorsolateralen Präfrontalencortex
4426.05.2009 Farbe
4.5 Neuropsychologie des Farbwissens Nicht alle Verletzungen im Gehirn beeinträchtigen das
Vermögen zwischen echten und unechten Formen von Objekten zu unterscheiden
jedoch ist bei spezifischen Verletzungen die zuverlässige Diskrimination zwischen passender und unpassender Farbe für ein Objekt nicht mehr gegeben
andere Untersuchungen zeigten, dass Farben durchaus benannt, jedoch nicht den passenden Objekten zugeordnet werden konnten
4526.05.2009 Farbe
4.5 Neuropsychologie des Farbwissens weitere Studien belegten, dass ein
Unterschied zwischen visuellem und verbalem Farbwissen besteht
Patienten mit Läsionen können durchaus über ein verbales Wissen verfügen, während das visuelle Wissen beeinträchtigt ist
andere Patienten wiesen Schwierigkeiten auf, verbales und visuelles Wissen Farbe von Objekten miteinander zu verbinden
4626.05.2009 Farbe
4.6 Das ‘‘Sahpe+ Surface“ Modell
4726.05.2009 Farbe
4.6 Das ‘‘Shape+ Surface“ Modell das Modell stellt das Erkennen von Objekten als
ein Erkennen von Gestaltsmerkmalen dar die Farbe hat eine unterstützende Funktion bei
der Erkennung es zeigt eine Verbindung zwischen der visuellen
und der mentalen Wahrnehmung von Farben auf es ist möglich, zu wissen, dass Äpfel rot sind,
ohne eine visuelle Vorstellung davon zu haben
4826.05.2009 Farbe
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit !
4926.05.2009 Farbe
Klausurfragen
1. Erläutern Sie den Begriff der Trichromatizität und differenzieren Sie die, diesem Begriff zugrundeliegenden, Zapfensysteme.
2. Stellen Sie die wesentlichsten Aspekte von Herings Gegenfarbentheorie dar und erklären Sie anschließend kurz den Unterschied zwischen Farbantagonismus, Farbsimultankontrast und Farbkonstanz.
5026.05.2009 Farbe
Klausurfragen
3. Ist die folgende These zu vertreten?
„Die Farbe dient lediglich der Ästhetik. Zur bloßen Objekterkennung sind die Form und die Kontur ausreichende Indizien.“
4. Erklären Sie, wie sich Verletzungen im Gehirn auf die Erkennung von Farben und Objekten auswirken kann.
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