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Farbwahrnehmung bei transparenten Substanzen. Christian Dörre und Christian Kaernbach Karl-Franzens-Universität Graz Wir danken Jürgen Golz und Rainer Mausfeld. Farbnennungen für Kernöl. Nennungen aus dem Gedächtnis Multiple choice mit Fokalfarben nach E. Rosch (1978). - PowerPoint PPT Presentation
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Farbwahrnehmung bei transparenten Substanzen
Christian Dörre und Christian KaernbachKarl-Franzens-Universität Graz
Wir danken Jürgen Golz und Rainer Mausfeld
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5
10
15
20
25
schwarz weiß rot grün blau gelb lila rosa braun orange grau
1 Nennung
beliebig viele Nennungen
Farbnennungen für Kernöl
• Nennungen aus dem Gedächtnis– Multiple choice mit Fokalfarben nach E. Rosch (1978)
Farbnennungen für Kernöl• Multiple-choice „rötlich“/„grünlich“/„bläulich“/„gelblich“
– aus dem Gedächtnis
– Untersuchung des Kernöls mit gestellten Hilfsmitteln
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rötlich grünlich gelblich bläulich
Gedächtnis
Untersuchung
Was wissen wir über die Farbe?
• Was also ist die Zeit? Wenn mich niemand danach fragt, weiß ich es;wenn ich es einem Fragenden erklären will, weiß ich es nicht.Augustinus, Confessiones.
• Was also ist die Farbe?Wenn mich niemand danach fragt, weiß ich es nicht.Unsere Intuitionen über Farbe sind falsch!
Was fordern wir von einer Invarianten?
• Eine Invariante zur Substanzerkennung sollte u.a.– beleuchtungsunabhängig sein
• „Farbkonstanz“ bei opaken Objektenunter „gutartiger“ Beleuchtung
– zeitstabil sein• Änderungen über die Zeit sollten
Änderungen der Substanz anzeigen
– ortsstabil sein
– mengenunabhängig sein• Bei transparenten Substanzen sind
Helligkeit und Sättigung nicht unabhängig von der Schichtdicke.Ist der Farbton mengenunabhängig?
Zwei monochromatische Rezeptoren• Gegeben seien zwei Rezeptortypen,
die jeweils für genau eine Wellenlänge empfindlich sind.
• E1 wird von der Substanz um den Faktor pro Millimeter geschwächt, E2 um den Faktor .
• E1 und E2 sind Potenzfunktionen der Schichtdicke , z.B. E1
.
• E2 ist eine Potenzfunktion von E1.Mit der Schichtdicke verändert sich Helligkeit und Sättigung.
Helligk
eit
Sättigung
E1
E2
Drei monochromatische Rezeptoren• Gegeben seien drei Rezeptortypen,
die jeweils für genau eine Wellenlänge empfindlich sind.
• E1 wird von der Substanz um den Faktor pro Millimeter geschwächt, E2 um den Faktor , E3 um .
• E1, E2 und E3 sind Potenzfunktionen der Schichtdicke , z.B. E1
.
• E2 ist eine Potenzfunktion von E1.E3 ist eine Potenzfunktion von E1. Mit der Schichtdicke verändert sich Helligkeit, Sättigung und Farbton(innerhalb eines Sextanten).
Helligk
eit
Sättigung
E1+ E2
E3
B
GR
M C
Y
Empfindlichkeit der Rezeptoren
Breitbandige Rezeptoren
• Gegeben seien drei Rezeptortypen, die für verschiedene (überlappende) Wellenlängenbereiche empfindlich sind.
Stockman, A. , MacLeod, D.I.A., Johnson, N.E. (1993). Spectral sensitivities of the human cones, J. Opt. Soc. Am. A, 10, 2491-2521.
Golz, J., MacLeod, D. I. A. (2003). Colorimetry for CRT displays. J. Opt. Soc. Am. A, 20, 769-781.http://www.psychologie.uni-kiel.de/golz/publications/2003a/LMS.html
Mitteln über inhomogene Filter
25%
inhomogen
25%
25%
50%
25%
homogen
12,5%
10%
1%
homogen
0,1%
• Bei transparenten Substanzen hängt das Absorptionsspektrum E/E0 von der Schichtdicke ab:
– Die Transmission E/E0 ist potenzförmig abhängig von der Schichtdicke:
E()/E0() ().
– Die Extinktion log(E/E0) ist proportional der Schichtdicke :log(E()/E0()) = c · () ·
Kernöl ist ein inhomogenes Filter
Absorptionsspektrum von Kernöl, unverdünnt, Schichtdicke 1 0,5 0,25... mm
Empfindlichkeit der Rezeptoren
• Die Luminanz hängt nur von L+M ab.
• Der isoluminante Farbraum kann beschrieben werden durch l = L/(L+M) und s = S/(L+M)
Der isoluminante Farbraum: l und s
S
ML
Empfindlichkeit der Rezeptoren
Der isoluminante Farbraum: l und s
S
ML
Absorptionsspektrum von Kernöl, unverdünnt,
Schichtdicke 1 mm
• Der Farbton von Kernöl hängt von der Schichtdicke ab:– dünne Schichten sehen grün aus,
– dicke Schichten sehen rot aus.
Empfindlichkeit der Rezeptoren
Die Farbe des Kernöls
S
ML
Dicke L+M0.3 mm 10–1
0.9 mm 10–2
3.5 mm 10–3
10 mm 10–4
Absorptionsspektrum von Chlorophyll A1 g/l, Schichtdicke 1 mm
Spaziergänge durch den Farbraum
Dicke L+M1,5 mm 10–1
3,2 mm 10–2
5,2 mm 10–3
7,8 mm 10–4
12 mm 10–5
20 mm 10–6
29 mm 10–7
Dicke L+M1,5 mm 10–1
4,7 mm 10–2
46 mm 10–3
Absorptionsspektrum von Chlorophyll B1 g/l, Schichtdicke 1 mm
Fazit• Farbe eignet sich nur bedingt als Substanzinvariante
– Bei vielen opaken Substanzen unter gutartiger Beleuchtung ist die wahrgenommene Farbe relativ unabhängig von der Beleuchtung, der Menge, der Zeit, dem Ort, ...
– Bei transparenten Substanzen hängen Helligkeit, Sättigung und Farbton von der Schichtdicke ab.
– weitere Gegenbeispiele• Schillern (Samt), Irisieren (Perlmutt), Glanz, ...: Abhängigkeit vom Blickwinkel• Opaleszenz (verdünnte Milch, Absinth): Unterschied Durch-/Draufsicht• ...
• Substanzinvariante Farbe+™ ?– Helligkeit, Sättigung, Farbton, Schillern, Glanz, Irisieren,
Transparenz, Schichtdickenabhängigkeit, Opaleszenz, ...– Wie irreführend ist der Begriff „Invariante“?
• Interaktion Wahrnehmung/Handlung– Die physikalistische Falle ist verführerisch, solange das Farbperzept als
eindeutig & statisch, und Farbwahrnehmung als passiv angenommen wird.