2D-3D számítógépes grafika BME Építészmérnöki Kar Építészeti Ábrázolás Tanszék Előadó: Batta Imre Színek

Tárgy: az emberi látás fontosabb jellegzetességei. Tartalom Tárgy: az emberi látás fontosabb jellegzetességei. Kontraszt Kontrasztérzékenység Csoportosítás szerepe Optimális felbontás Többszörös reprezentáció Színkontraszt Szimultán színkontraszt, Színasszimiláció Élénkülés Adaptáció Méret- és alak-, világosság és színkonstancia Von Kries színadaptáció Következtetés Fényesség Atmoszféra Színmegjelenés Ingererősség (ingernagyság) Egyéb tényezők Mellékletek ● Színmegjelenés modellezése ● Weber, Fechner és Stevens pszichofizikai törvényei ● Maszk

Színek Kontraszt

Kontraszt K = (L1 − L2) / (L1 + L2) L1 L2 L1 L2 A szem illetve az agy csak az egymás melletti egyidejű (szimultán), vagy az egymás után (szukcesszíve) megjelenő felületek fénysűrűség-különbségét érzékeli. A látás abszolút világosság rangsorolásra nem képes, a világosság lokális összevetésen alapuló relatív érzet. Az eltérés mértéke a kontraszt, L1 és L2 fénysűrűségű felület között érzett világosságkülönbség. Fizikai meghatározása: két fénysűrűség mennyiség különbségének és összegének a hányadosa. Képlettel K = (L1 − L2) / (L1 + L2) L1 L2 L1 L2 Példa L1 = 2, L2 = 1 (2 − 1) / (2 + 1) = 1/3 L1 = 200, L2 = 100 (200 − 100) / (200 + 100) = 1/3 Ez a számítási mód független a megvilágítástól, az érzetet a tárgy optikai tulajdonságaihoz (visszaverődési tényezőhöz) köti.

Kontraszt Start 63. dia Koffka gyűrük, 1935: A látás állandóan mozgó, de szűk ablakban részletről-részletre haladva állítja össze a látványt. A gyűrűk azt szemléltetik, hogy a kontraszt egy képen belül azonos fénysűrűségű részletek mellett is változhat. Kurt Koffka (1886-1941) német pszichológus a csoportosítás jelentőségét vizsgálta az vizuális észlelésben.

Kontraszt White, M. (1981). The effect of the nature of the surround on the perceived lightness of grey bars within square-wave test gratings. Perception, 10, 215–230. Start White illúzió, 1981: tudattalan következtetéssel irányított szimultán kontraszt. A színek csoportalkotó elrendezése befolyásolja a világosság összevetés irányát. Itt az alakzatok attól függően világosabbak vagy sötétebbek, hogy a csoportjaik a sötétebb vagy világosabb sávokhoz tartoznak.

Kontraszt Salvador Dali (1904-1989): Rabszolgapiac Voltaire eltűnő mellszobrával, 1942

Anthony Norcia (http://www.ski.org/AMNorcia_lab/) Kontraszt Kazetta illúzió, 2006: fedezze fel a köröket a képen. Anthony Norcia (http://www.ski.org/AMNorcia_lab/)

Kontraszt Start Gilchrist, 2005. Az ablakot helyettesítheti? kiegészítheti? a látvány rétegekre bontott észlelése. Alan L. Gilchrist: Lightness Perception: Seeing One Color through Another, Current Biology, 2005. Start Gilchrist, 2005.

Kontrasztérzékenység Peter Ulric Tse (http://www.dartmouth.edu/~petertse) Tse illúzió, 2005: nézzen a középső pontra, majd anélkül, hogy megmozdítaná a szemét, figyeljen az egyik korongra. A retina periféria kontrasztérzékenysége jobb, mert az érzékelő mezők (csapszám & csapméret) nagyobbak.

Kontrasztérzékenység Start Kontrasztérzet-erősség: ● L1 és L2 fénysűrűség különbség az L0 érzékelési küszöbhöz képest, ● látvány(kép)elemek nagysága, + ● adaptációs szint (közvetlen háttér, tágabb környezet megvilágítása) – módosítja az érzékelési küszöböt. L1 Összefüggés az érzékelő mező működésével: Alacsony megvilágítás: kiegyenlített ellentét a központ-gyűrű között, alacsony kontraszt érzékenység. Közepes megvilágítás: növekvő ellentét a központ-gyűrű között, növekvő kontraszt érzékenység. Erős megvilágítás: kiugró kontraszt érzékenység. L2 Fénysűrűség L0 érzékelési küszöb A fénysűrűség különbség (L2 − L1) mind a három ábrán azonos.

Kontrasztérzékenység Kontrasztérzékenység függvény KÉF (Contrast Sensivity Function, CSF) az érzékenységet növekvő fénysűrűségű szinuszosan modulált mintázat érzékelési küszöbjével méri. Optimális felbontás: 8 ciklus/fok (cpf). http://www.usd.edu/coglab/CSFIntro.htm Modulációs érzékenységi küszöb-1 Frekvencia A diagramon látható, hogy a szokásos fényviszonyok között (9-900 Troland) a kontraszt érzékenység az 1-20 c/f térfrekvenciáknál a legnagyobb, tehát az érzékelő mező sáv-áteresztő szűrőként (band-pass filter) működik. http://www.usd.edu/coglab/CSFIntro.htm Helyzeti frekvencia (ciklus/fok) Fénysűrűség Érzékelési küszöb változása 7 növekvő fénysűrűségű, 0.5 és 50 ciklus/fok között szinuszosan modulált mintázat esetén. Jó megvilágításnál (90-900 troland) az érzékenységi maximum 8 c/f. (van Ness és Lamming, 1991)

Kontrasztérzékenység Start Helyzeti frekvencia  Robson-Ohzawa kontraszt-érzékenységi teszt: a kontraszt-érzékenység a látvány (kép) részletességétől, a részletben előforduló frekvenciák nagyságától függően változik, amely természetesen távolságfüggő.

Optimális felbontás: 8 cpf http://perceptualstuff.org/brighttwist.html Gori, S. & Stubbs, D. A. ( 2006). A new set of illusions - The Dynamic Luminance-Gradient Illusion and the Breathing Light Illusion. Perception. 35, 1573-15771. http://www.hutchinsoncenter.umaine.edu/perceive/DynLum2.html Lélegző fény illúzió, Gori és Stubbs, 2006

Optimális felbontás: 8 cpf

Optimális felbontás: 8 cpf Harmon LD & Julesz B (1973) The recognition of faces. Scientific American 229(5):71–82 Harmon LD & Julesz B (1973). Masking in visual recognition: Effects of two-dimensional filtered noise. Science 180:1194–1197 Start Salvador Dali (1904-1989): Gala szemléli a Földközi tengert, amely húsz méterről Abraham Lincoln portréjává változik, 1976

Optimális felbontás: 8 cpf Dr. Angry, Mr. Smile Philippe G. Schyns, Aude Oliva: Dr. Angry and Mr. Smile: when categorization flexibly modifies the perception of faces in rapid visual presentations. Cognition (1999) 243–265. A baloldali hibrid kép (K1) és (K2) képek egyesítésével keletkezett. A (K1) dühös férfi vonásait magasan áteresztő szűrő (8 cpf) közel nézésre optimalizálja, míg az alacsonyan áteresztő szűrővel (≤ 2 cpd) módosított (K2) semleges női arc részletei távolról nézve kerül a 8 cpf tartományba. A jobboldali hibrid képen az eljárás fordított. Start Schyns-Oliva illúzió, 1999: az optimális képfrekvencia (8 cpf) a nézési távolsággal (látószöggel) módosul. Közelről nézve a baloldali kép Dr. Angry, és a jobboldali Mr. Smile, távolról nézve fordítva. Nézze meg a képet három méterről.

Többcsatornás reprezentáció Színek Többcsatornás reprezentáció

Többcsatornás reprezentáció A retina érzékelő mezők a kontraszthatárról adnak erős válaszokat. A kérgi idegsejtek különböző helyfrekvencia sávokra (és különböző irányokra) érzékenyek. A többcsatornás (többfelbontású) reprezentáció a megkülönböztetés és zajszűrés, majd a vizuális kategorizálás mechanizmusa. Más idegsejtek észlelik a fát, a lombokat és a leveleket. Az irányérzékenység az alakfelismerés mechanizmusa. Az agykéreg több, mint fele foglalkozik a látással Húsznál több különböző agyi terület Két agyterület: mi (temporális) és hol (parietális)

Science 6 August 1999: Vol. 285. no. 5429, pp. 844 - 846 Denis G Science 6 August 1999: Vol. 285. no. 5429, pp. 844 - 846 Denis G. Pelli: Close Encounters--An Artist Shows that Size Affects Shape Faces are but a gallery of pictures. Bill II (1991), a block portrait by Chuck Close, reduced to one-third of its actual size and cropped. Compare its appearance from near and far (>5 m) or compare it with the tiny copy of Bill II (see inset). Ignore the pupils, nostrils, and the line between the lips, which have much higher resolution than the 1.3-cm grid that represents the rest of the face. Below each letter in the eye chart is a number indicating its size (the observer's acuity) as a fraction of a mark (a filled square of the painting's grid). (Oil on canvas, 92.4 x 76.2 cm. Photograph by Bill Jacobson.) Chuck Close Arckép

Többcsatornás reprezentáció Kvantálással keletkező képhibák csökkentése zajjal: a) eredeti kép 64 árnyalattal, b) 4 árnyalatra kvantálva, c) eredeti kép zajjal keverve, d) zajjal kevert eredeti kép 4 árnyalatra kvantálva, a kvantálás alig látható. e) Fourier transzformációval rekonstruált lépcsőzetes jel. e) Alkalmazás: a magas frekvenciás zajban előforduló nagyszámú inger adaptációt idéz elő, amely csökkenti az árnyalatok határán keletkező magas frekvenciákat. 73. dia 21

Színek Színkontraszt

Színkontraszt Josef Albers, 1963 Egyidejű (szimultán) színkontraszt: a kontraszthatás a világosság kontraszthoz képest sokkal gyengébb.

Egyidejű (szimultán) színkontraszt Michel Eugène Chevreul: De la loi du contraste simultanédes couleurs et l'assortiment des objets colorés, Paris, 1839 Start Szimultán színkontraszt: a szín színezete (hue) a háttér színével ellentétes (komplementer) irányba húzódik, egyúttal a színkontraszt erősödik. A színkontraszt gyenge érzet. (Az ábrán a színek közel azonos világosságúak, így a világosság kontraszt hatása elhanyagolható.)

Kontraszt redukció (4/1) Színasszimiláció Ha a mintázat a színe nagyon különbözik a háttér színétől, – a fúziós frekvencia előtt – a magas frekvenciájú mintázat színe keveredik a háttér színével. Csökken a színek telítettsége, a hatás a legerősebb a kék színeknél, mert az R csapok felbontása a legalacsonyabb (5-10 %). Fajtái: Bezold hatás, neonos színterülés, vízfesték hatás. A mintázat magához húzza a háttér színét. A szimultán kontraszttal ellentétben a színkeveredés összeadó, (és nem kivonó). *Szimultán színkontrasztnál a szín színe a háttér színével ellentétes (komplementer) irányba tolódik. Wandell, 1995 Start

Kontraszt redukció (4/2) Wilhelm von Bezold: Die Farbenlehre im hinblick auf kunst undkunstgewerbe, Braunschweig: Berlin, 1862 Bezold színasszimiláció: a magas frekvenciájú mintázat színe magához húzza a háttér színét. Wilhelm von Bezold (1837-1907) német fizikus.

Kontraszt redukció (4/3) Neon color spreading Rolf Kuehni: http://www4.ncsu.edu/~rgkuehni/unpubAndPresentations.html Kuehni, 1997 Neonos színterülés: (Neon color spreading) a kontraszt csökkenés szétterül, áttetszőség vagy fedettség érzetét kelti.

Kontraszt redukció (4/4) Vízfesték illúzió Watercolor illusion Pinna, B., Brelstaff, G. and Spillmann, L.: Surface color from boundaries: A new 'watercolor' illusion. Vision Research 41, 2669 - 2676 (2001) Baingio Pinna, Stephen Grossberg: The watercolor illusion and neon color spreading: a unified analysis of new cases and neural mechanisms. J. Opt. Soc. Am. A. 2005. http://cns.bu.edu/Profiles/Grossberg/PinGro2005JOSA.pdf Pinna, 1987 Start

Kontraszt redukció (4/4) Vízfesték illúzió Pinna, B., Brelstaff, G. and Spillmann, L.: Surface color from boundaries: A new 'watercolor' illusion. Vision Research 41, 2669 - 2676 (2001) Baingio Pinna, Stephen Grossberg: The watercolor illusion and neon color spreading: a unified analysis of new cases and neural mechanisms. J. Opt. Soc. Am. A. 2005. http://cns.bu.edu/Profiles/Grossberg/PinGro2005JOSA.pdf Szürke-árnyalatos képen a hatás kevésbé érzékelhető.

Kontraszt indukció http://www.hpl.hp.co.uk/personal/Nathan_Moroney/index.html 100 Moroney, 2001 Érzékelt világosság Élénkülés (Crispening): a színasszimiláció ellentéte. A gyenge kontraszt – pl. közel azonos színezetű vagy világosságú háttér – megnöveli a színérzékenységet, ezért a közeli színek között a színezett-különbség nagyobbnak látszik. Háttér 100 névleges fényesség

Adaptáció Színek Világ: lényegtelen és lényeges információk halmaza Cél: a lényeges információk felismerése, hatékony felhasználása Állandó és eltérő információk halmaza: lényeges információ új információs halmazban található Az érzékelés-észlelés alapja eltérés felismerés Diszkrimináció és konstancia

Adaptáció Vizuális adaptáció ● Az érzékelés érzékenységét a környezeti hatások (ingerek) nagyságrendjéhez igazítja (adaptációs szint). Ha az inger erősödik, csökken az érzékenység*. ● Erősíti az új, értelmezésre váró, és gyengíti vagy megszünteti a tartós vagy ismétlődő (redundáns) ingerek észlelését. Optikai, szenzoros és kognitív mechanizmusai: ● pupilla (2 - 8 mm), ● receptor integrációs idő változás, ● pálca – csap váltás, ● érzékelő mező, ● agyterületek (CGL, agykéreg) * Kivéve: veszély érzékelés (fájdalom). Pupilla átmérő változás: 2-8 mm = 16x érzékenység változás. A gyakorlatban 10x-es. Georges de La Tour (1593 - 1652): Újszülött, 1640

Adaptáció Adaptációs szint - 6 - 4 -2 2 4 6 8 Abszolút küszöb: a legkisebb mennyiség, amelynél az inger még/már érzékelhető. Különbségi küszöb (relatív küszöb, éppen érzékelhető érzetkülönbség): két inger megkülönböztetéséhez szükséges legkisebb különbség. Adaptációs szint Az adaptáció a látás érzékenységét a látvány átlagos megvilágítási szintjéhez (fénysűrűségéhez) igazítja. Adaptálódott látás paraméterei: ● abszolút küszöb (már nem fekete), ● felső különbségi küszöb (még nem vakít – szaturáció), ● érzékelhető szín- és világosságárnyalatok száma. Csillagfény Holdfény Belsőtér Napfény É j s z a k a i K ö z t e s N a p p a l i 8 Pálca gyenge élesség nincs színlátás Pálca & csapok Csapok jó élesség jó színlátás 6 4 2 Log különbség küszöb: minta/háttér (cd/m2) Csapok -2 Háttér Pálcák - 4 Minta - 6 - 6 - 4 -2 2 4 6 8 Log háttér fényerősség (cd/m2)

Trey Ratcliff http://stuckincustoms.com Adaptáció Dinamikus tartomány adaptációs szinthez tartozó érzékenységi terjedelem (egyidejűleg látott terjedelem). Mérőszáma (Dynamic Range): arányszám, a felső és alsó küszöb hányadosa, D = Lmax / Lmin Az emberi látás max. egyidejű érzékeny- ségi terjedelme: 10000 : 1. Az emberi látás 10 nagyságrend fényerősség terjedelmet (árnyalat-terjedelmet) képes érzékelni. Ahogy az emberi szem sose lát. Széles dinamika tartományú (HDR) felvételek összenyomva megjelenítve szűk dinamikájú képernyőn, nyomaton vagy vetítéssel. Trey Ratcliff http://stuckincustoms.com

Konstancia (5/1 - méret) Az észlelés a tárgyak állandó vizuális tulajdonságait jeleníti meg. Méret- és alak konstancia: függetlenül a retinaképtől, amely a tárgytávolságtól és a rövidüléstől függően változik, a tárgyakat azonos nagyságúnak és alakúnak látjuk. Szín- és világosság konstancia: függetlenül a megvilágítástól, amelynek spektrális összetétele és intenzitása a belső és külső térben, napszakonként változik, a tárgyak színét és világosságát állandónak látjuk. A látott kép (látvány) függ a tapasztalattól, tanulástól, emlékezettől és a figyelemtől. Optikai és szenzoros mechanizmusok is hatnak. Size illusion Roger N. Shepard: Mind Sights: Original Visual Illusions, Ambiguities, and other Anomalies, 1990 WH Freeman and Company, New York Méret illúzió, Shepard, 1990

Konstancia (5/2 - szín) Start Hunt-Berns effect: Inability of the cognitive factor to decide on a set. Example: When in an environment with colored illumination the brightest object is not known a priori to be white, the cognitive part of chromatic adaptation fails because it is not possible to establish whether that object is white or has a hue similar to that of the illuminant. This is especially so, if the observer is knowledgeable about the Helson-Judd effect. Von Kries színadaptáció, 1902: a látás alkalmazkodik a fényforrás színéhez (spektrális eloszlásához), és kiegyenlíti annak esetlegesen színtorzító hatását. Paul Cezanne: Almák, barackok, körték, szőlő (1879-80).

Konstancia (5/3 - szín) Von Kries színadaptáció szenzoros és kognitív mechanizmusok kombinációja. Szenzoros: normalizálás a legerősebb ingerhez (spektrális hullámhossz összetevőhöz). A három csap (csatorna) érzékenység szabályozása egymástól független. Felső szintű mechanizmusok: az érzetet módosítja a látvány tartalma. ● Szines megvilágításban ha a látvány legvilágosabb eleme nem jellegzetes (ismert) fehér tárgy, a színadaptáció kognitív része tökéletlen lesz, mert nem dönthető el, hogy a tárgy színe fehér vagy a megvilágító színéhez hasonló (Hunt-Berns hatás). ● Memória színek: kék ég, zöld fű, bőrszín stb. 1 400 500 600 700 Hunt-Berns effect: Inability of the cognitive factor to decide on a set. Example: When in an environment with colored illumination the brightest object is not known a priori to be white, the cognitive part of chromatic adaptation fails because it is not possible to establish whether that object is white or has a hue similar to that of the illuminant. This is especially so, if the observer is knowledgeable about the Helson-Judd effect.

Helson-Judd hatás Hunt szerint (1995): a nagyon világos színek jobban átveszik a megvilágítás színét, míg a nagyon sötét színek a megvilágítás színével ellentétes, komplementer színűnek látszanak. Helson, H., Judd, D. B., & Warren, M. H. (1952). Object-color changes from daylight to incandescent filament illumination. Illuminating Engineering, 47, 221-223. E.J. Chichilnisky, B.A. Wandell: Seeing Gray through the ON and OFF Pathways, Visual Neuroscience 13:591-596 These authors observed that targets that are substantially less intense than the background appear achromatic at chromaticities similar to that of the background; targets that are substantially more intense than the background appear achromatic at a background-independent chromaticity. Our observations show that there are sharp differences in cone absorption ratios (Figure 1) and adaptation (Figures 2-3) for achromatic increments and decrements of moderate contrast. This suggests that the neural basis of the Helson-Judd effect is asymmetric processing and adaptation in the ON and OFF pathways. Helson-Judd hatás, 1938, 1940 színadaptáció különleges megvilágítási körülmények között. Színdús megvilágításban az akromatikus (szürke) felület (1) átveszi a fényforrás színét, ha a háttérnél világosabb, és (2) komplementer színű lesz, ha a háttérnél sötétebb. Pl. izzólámpás (sárga) megvilágításban a fehér ing sárga lesz, a fekete kabát pedig kékes árnyalatú. Nehezen reprodukálható hatás! Az ábrán csak a korongok környezete változik, így inkább a fordítottját illusztrálja. Start 38

Konstancia (5/4 - szín) Purves és Lotto, 2002 Start

Konstancia (5/5 - világosság) Chess illusion Start Adelson, 2000 Sakktábla illúzió, 1995: a látás alkalmazkodik a megvilágításhoz, pontosabban függetleníti magát a megvilágítástól, pl. az árnyéktól, hogy fenntartsa a látvány értelmét. Itt az A és B felület azonos színű.

Színek Következtetés

Következtetés 66. dia Észlelés: tudattalan induktív következtetés az előzetes tapasztalat segítségével. Start Kanizsa illúzió, 1976 a szubjektív kontúr takarásra vagy átlátszóságra alapított következtetés eredménye. (Gaetano Kanizsa, Trieszti egyetem)

Pszichofizikai mennyiségek Fényesség (5/1) Hogyan különböztetjük meg a tárgyról a szemünkbe jutó fényben (luminancia) a megvilágítást (illuminancia) és a reflektanciát vagy az traszmittanciát? Fizikai mennyiségek (E) Megvilágítás (Illuminancia) = a felületre eső fénymennyiség. (R) Reflektancia, albedó = a megvilágított felületről visszaverődő fény hányada. Pl. bársony 0.01%, a papír 0.85%. (T) Transzmittancia = a megvilágított felületen átengedett fény hányada, a látási közeg fényáteresztő tulajdonsága. (L) Fénysűrűség (Luminancia) = a felületről a szembe jutó fénymennyiség. Pszichofizikai mennyiségek Világosság (Brightness) = a vizuális érzetnek az a jellemzője, amely szerint egy felület több vagy kevesebb fényt sugároz. Fényesség (Lightness) = relatív világosságérzet, a felület becsült reflektanciája vagy transzmittanciája, a látórendszernek a világosságérzet alapján kialakított következtetése. Fényerő Eλ Illuminancia Fényesség Lλ Luminancia Világosság Tλ Transzm. Rλ Reflektancia Relatív L 1 780 λ 380 E(λ) Relatív R R(λ) L(λ) = x

Fényesség (5/2) Következtetések p q r A reflektancia-kép két különböző reflektanciájú anyagot mutat. Az illuminancia-kép három különböző megvilágítottságú felületet mutat. A luminancia-képből levont következtetések: ■ p és q felületek luminanciája különböző, de reflektanciájuk azonos. ■ q és r felületek luminanciája és reflektanciája különböző, illuminanciájuk közös. ■ p és r felületek luminanciája itt éppen azonos, mert p alacsonyabb reflektanciáját magasabb illuminancia ellensúlyozza. ■ p és q felület azonos anyagból van, ezért a fényességűk azonos. Viszont p felületnek nagyobb a luminanciája, mint q-nak, ezért a világosságuk különböző. ■ p és r felület fényessége és a világossága is különböző. Reflektancia kép Illuminancia kép p Adelson: Lightness Perception and Lightness Illusions. The New Cognitive Neurosciences, MIT Press, 2000. q r Luminancia kép Adelson, 2000

Fényesség (5/3) Következtetések: Gilchrist, 2001 Hogyan különböztetjük meg a tárgyról a szemünkbe jutó fényben (luminancia) a megvilágítást (illuminancia) és a reflektanciát vagy az traszmittanciát? Következtetések: ● Lassú változás – valószínűleg megvilágítás változás, hirtelen változás – valószínűleg reflektancia változás. ● T, L, Y, X, Ψ csatlakozások ● Statisztika becslés (atmoszferikus következtetések) ● 3 dimenzió (síkok) T X L Ψ Y Csatlakozás fajták és kétértelmű élek. A csatlakozások régiókat hoznak létre.

Fényesség (5/4) Adelson, 2000 Lehetetlen lépcső illúzió Baloldalt a sávok anyagváltásnak látszanak, (egy régión belül észlelt kontraszt: különböző reflektancia.) Jobboldalt a sávok árnyéknak látszanak, (szomszédos régiók határán észlelt kontraszt: különböző illuminancia.) A régiókat a képen síkok hozzák létre.

Fényesség (5/5) Fátyol illúzió Haze illusion Edward H. Adelson után

Kontraszt redukció Chubb C, Sperling G, Solomon JA(1989). Texture interactions determine perceived contrast. Proc Natl Acad Sci USA 86:9631–9635 Solomon JA, Sperling G, Chubb C (1993) The lateral inhibition of perceived contrast is indifferent to on-center/off-center segregation, but specific to orientation. Vision Res 33:2671–2683 Lotto RB, Purves D (2001) An empirical explanation of the Chubb illusion. J Cogn Neur 13:1-9. Chubb illúzió, 1989: a kontraszt csökken, ha a környezetéhez képest a mintázat kontrasztja erősebb és azonos frekvenciájú. A hatás következtetésen alapul: csökkenti kontrasztot, ha az atmoszferikus közeg nem tökéletesen átlátszó (köd, fátyol, folyadék stb.), vagy csak nem látszik annak, mint a baloldali ábrán. Egyszínű háttér előtt a kontrasztcsökkenés kevésbé erőteljes.

Következtetés Purves és Lotto, 2002 Start Következtetések a reflektanciából Lassú változás – feltehetőleg megvilágítás változás. Gyors változás – feltehetőleg reflektancia változás. Purves és Lotto, 2002 Start 3D-és jelzőmozzanatok is segítik a megvilágítás és a reflektancia megkülönböztetését.

Színek Színmegjelenés

Színmegjelenés Színmegjelenés tényezői (a színek megjelenését megváltoztatják): ● Helyzeti összefüggések világosság- és színkontraszt, felbontás, színasszimiláció, színterülés, élénkülés stb. ● Képi tartalom vizuális tartalom értékelése (fényesség, atmoszféra, elrendeződés) ● Adaptáció adaptációs szint, színadaptáció (kép, háttér és a környezet megvilágítottsága, színe). ● Ingernagyság fénysűrűség növekedés-csökkenés. Josef Albers, 1963 Képjellemzők felbontás, színterjedelem, árnyalatszám, dinamika. Látási feltételek látási távolság, háttér és környezet megvilágítottsága.

Fénysűrűség változás hatása (5/1) A megvilágítás, pontosabban a látvány fénysűrűségének emelkedésével… ● pontosabb receptor válaszok összevetése, ezért nő a színérzékenység (szín- és világosságárnyalat megkülönböztető képesség): Bartleson-Breneman hatás Stevens hatás Hunt hatás ● a pálca, az R, K és H csapok érzékenysége különböző, ezért megváltozik a színek színezete (hue): Bezold-Brücke hatás Purkinje színezet eltolódás ● illetve azonos fénysűrűség mellett a színek világossága különböző: Helmholtz-Kohlrausch hatás Abney hatás Helson-Judd hatás Az alacsony foton szám következményei. A négy ábra egyre növekvő megvilágítással 400 retina receptort illusztrál. Ahhoz, hogy a körrel jelzett terület világosságkülönbsége érzékelhető legyen, logaritmikusan növekvő számú foton szükséges. Pirenne (1967) alapján

Fénysűrűség változás hatása (5/2) B C D E 1 2 3 3 5 C. J. Bartleson, E. J. Breneman: Brightness Perception in Complex Fields, Journal Of The Optical Society Of America, 1967. Start Bartleson-Breneman hatás, 1967: a kontraszt érzékenység függ a környezet (surround) megvilágítottságától (átlagos fénysűrűségétől). A sötét környezet csökkenti a kontrasztot, miközben növeli a színek világosságát. A hatás a sötét színeknél nagyobb, ezért a sötét háttér előtt a fekete kevésbé mély. A világos környezet növeli a kontrasztot, és csökkenti a színek világosságát. A hatás a sötét színeknél megint nagyobb, ezért a világosabb árnyalatok számát szélesíti.

Fénysűrűség változás hatása (5/3) Start Stevens hatás: a fénysűrűség növekedésével javul a szín- és világosság megkülönböztetés. Ezért a világosság kontraszt erősödik, a sötét színek sötétebbek, a világos színek világosabbak lesznek Hunt hatás: a fénysűrűség növekedésével a színek színdússága (tisztasága) erősödik, a színek élénkebbek lesznek. Ha csökken a színek színdússága, azt világosság csökkenésként érzékeljük.

Fénysűrűség változás hatása (5/4) Claude Monet: Roueni katedrális, 1892,1893,1894 Stevens & Hunt hatás Az első impresszionisták, Corot, Pisarro képeinek tanulsága: szabadban, erős fényben felrakott festékek színesebbnek látszanak, mint azután kiállítva gyenge múzeumi megvilágításban. Claude Monet a Roueni sorozatot sötét szobából nézve festette. Jean-baptiste Camille Corot: Villa d'Este, Tivoli

Fénysűrűség változás hatása (5/5) Start D.M. Purdy: Spectral hue as a function of intensity. Am. J. Psych., 43, 541-559 (1931) R.W.G. Hunt: Hue shifts in unrelated and related colors. Color Res. Appl., 14, 235-239, (1989). Bezold-Brücke színezet-eltolódás: az R, K és H csap érzékenysége különböző, és alacsony megvilágításnál a pálcák is bekapcsolódnak a színérzékelésbe, ezért a fénysűrűség erősödésével vagy gyengülésével az elszigetelt (nem kapcsolódó) színek színezete megváltozik.

∫L1(λ)=∫L2(λ) Egyéb hatások Start Megjegyzés: Helmholtz-Kohlrausch hatás miatt a színinger világosságát A CIE fénysűrűség (Y) függvény nem határozza meg pontosan. L(λ) Helmholtz-Kohlrausch hatás: az R, K és H csap érzékenysége különböző, ezért a színek világossága azonos fénysűrűség mellett különböző (heterokromatikus világosság). Következmény: a színdús, telített színek (kromatikus színek) − a környezetük azonos fénysűrűségű akromatikus (szürke-fehér) színeihez képest − világosabbak, „világítanak” (Faberglut). Ergo nem a fehér a legvilágosabb szín! λ 400 700 L(λ) ∫L1(λ)=∫L2(λ) Szín1≠ Szín2 λ 400 700

Egyéb hatások Burns S A, Elsner A E, Pokorny J and Smith V C 1984 The Abney effect: chromaticity of unique and other constant hues Vision Res. 24 479–89 These authors observed that targets that are substantially less intense than the background appear achromatic at chromaticities similar to that of the background; targets that are substantially more intense than the background appear achromatic at a background-independent chromaticity3. Our observations show that there are sharp differences in cone absorption ratios (Figure 1) and adaptation (Figures 2-3) for achromatic increments and decrements of moderate contrast. This suggests that the neural basis of the Helson-Judd effect is asymmetric processing and adaptation in the ON and OFF pathways. Yoko Mizokami et all.: Nonlinearities in color coding: Compensating color appearance for the eye's spectral sensitivity. J. of Vision Figure 7. (Left) Constant hue loci as a function of bandwidth for the standard observer, assuming no compensation for spectral screening. Complete compensation instead predicts straight lines of constant center wavelength. (Right) Corresponding predictions for the Abney effect, shown in the CIE diagram for comparison with observed measurements. In this case, the stimulus is desaturated by mixing a monochromatic light with an equal-energy white. This produces straight hue lines for a linear model, whereas the curved contours shown are predicted if the visual system instead applies a correction for the purity change that would be appropriate if the desaturated chromaticity resulted from a change in spectral bandwidth. For the extraspectral reds, the predictions were instead generated for inverse Gaussian spectra [with increasing purity modeled by subtracting from a flat spectrum a Gaussian of fixed bandwidth (100 nm) but increasing height]. Solid lines, unfilled symbols: predicted constant hue loci; dotted blue lines, blue symbols: observed constant hue loci replotted from Burns et al. (1984) for one participant (AE); unconnected red and green squares: observed unique red and green settings for the same observer. Figure 7 shows that this explanation for the nonlinearities in color appearance in fact captures many of the characteristic color changes reported for the Abney effect (Burns et al., 1984). In particular, it predicts that when mixed with white, both short and long wavelengths appear redder (i.e., shifted toward the ends of the spectrum), and thus lines of constant hue instead curve toward the center of the visible spectrum whereas medium wavelengths show much less shift. The same predictions can also be extended to extraspectral reds (e.g., for stimuli formed by subtracting a Gaussian from a flat spectrum) and again capture the characteristic curvature of unique red loci. Note that these predictions make no assumptions about specific mechanisms of postreceptoral color coding and in particular make no distinction between unique hues and other hues. All wavelengths are simply shifted by the amount required to preserve the hue expected for color signals that vary in bandwidth. Burns, 1984; Mizokami, 2006 Abney hatás, 1910: fehérrel keverve a színek színezete (hue) megváltozik: 500 nm (sárga) alatt a kék felé tolódik el, 500 nm felett a sárga felé. A hatás a monokromatikus színeknél érzékelhető. Amint az a CIE 1931-es színességi diagramon látható, a vörös (600 nm) fehérrel keverve sárgás színű lesz.

Színmegjelenés modellezése Színek 1 sz. melléklet Színmegjelenés modellezése Ernst Heinrich Weber (1795 – 1878) német anatómus és fiziológus Gustav Theodor Fechner (1801 – 1887) német fizikus és filozófus Stanley Smith Stevens (1906–1973) amerikai kisérleti pszichológus

a Megjelenés (belső kép) paraméterei: Színmegjelenés a Megjelenés (belső kép) paraméterei: Látvány jellemzői ● háttér és környezet ● részletesség (felbontás) ● színterjedelem ● árnyalatszám ● képi tartalom ● zavaró motívumok (zaj) Látási feltételek ● látási közeg (zaj) ● látási távolság (felbontás) ● adaptáltság (szín- és kontrasztérzékenység) ● figyelem, várakozás ● emlék, tapasztalat, tudás

Emberi látórendszer modellel számítható: ► Látványelem  Képelem Színmegjelenés Emberi látórendszer modellel számítható: ► Látványelem  Képelem az emberi szem számára egy látványelem adott megvilágítási környezetből ugyanolyannak látszó képelem legyen egy médián, másik megvilágítási környezetben. ► Képelem  Képelem egy képelem adott médián, adott megvilágítási környezetből ugyanolyannak látszó képelem legyen egy másik médián, másik megvilágítási környezetben. Látvány Kép (média) Kép (média) Szem

a megjelenést módosító tényezők: ► Adaptáció Színmegjelenés a megjelenést módosító tényezők: ► Adaptáció (Adaptive gain control) szín-, világosság- és kontraszt érzékenység változások ► Látásélesség (Acuity) csökkenés-emelkedés ► Helyzeti összefüggések (Spatial configuration) színasszimiláció, színterülés, élénkülés

Színmegjelenés Emberi látórendszer (Human Visual System) megismerésének tudományos és technológiai céljai: ► a képfelvevő eszközöket az emberi látás tulajdonságaival felruházni. ► a megjelenítő eszközöket a látás tulajdonságaihoz igazítani, különös tekintettel a médiaváltásokra (pl. képernyő, nyomat, óriásplakát) ► a szintetikus képek, jelrendszerek grafikai tartalmát az emberi látás igényeihez igazítani (pl. térkép) ► a szintetikus képek minőségét művészi szintre emelni.

2 sz. melléklet Észlelés Színek Ernst Heinrich Weber (1795 – 1878) német anatómus és fiziológus Gustav Theodor Fechner (1801 – 1887) német fizikus és filozófus Stanley Smith Stevens (1906–1973) amerikai kisérleti pszichológus

Észlelés Biológiai cél: a lényeges információk hatékony felhasználása. Kategorizáció: az összetartozás és különbözőség megállapítása. A világ túl összetett, nem tudunk minden információt egyformán feldolgozni. Az észlelés többszintű folyamat: ● alsó szint: szenzoros mechanizmusok ● középső szint: ablak, csoport ● felső szint:, figyelem, elvárás, emlékezet, tapasztalat, tanult tudás Kategorizáció ( A dolgokat csoportokba sorolunk), mert a világ túl összetett, nem tudunk minden infot egyformán feldolgozni nem tudunk minden tárgyat sem egyformán feldolgozni (csoportosítás) Kategorizációs feladat: összetartozás és elkülönülés (különbözőség) megállapítása Kategororizációs szintek: Fölérendelt szint (bútor) Alapszint (szék) Alárendelt szint (kárpitozott szék) Tag, specifikus példány (az én székem) Vissza

Észlelés Hering: az észlelés velünk született fiziológiai mechanizmusokon alapul. Az adaptáció és más folyamatok a retina neurális hálózatának velejárója. Gestalt elmélet (alaklélektan): a látvány észlelt képe az alakjuktól, pontosabban a térbeli összefüggéseik felismerésétől függ. A felismerés kiegészíti a hiányos, és racionalizálja az összefüggéstelen ingert. Helmholtz: az észlelés tudattalan induktív következtetések eredménye. Amit látunk, az a vizuális rendszer legjobb becslése arról, hogy mi van a világban. A becslés a puszta képi adatra és az előzetes tapasztalatra támaszkodik.

Észlelés A látótér ablak, amelynek közepe éles és fényerős. Az ablak alakját, méretét meghatározhatja: ● kontúr, az ablak középpontja a kontraszt határvonalán mozog! ● párhuzamos síkok, ● azonos megvilágítású részletek, ● alak- illetve csoportsajátságok: ◘ közelség, ◘ hasonlóság, ◘ közös sors, ◘ folytonosság, ◘ folytathatóság, ◘ zártság, ◘ kapcsolódás stb. Vissza

3. sz. melléklet Weber, Fechner, Stevens Színek Ernst Heinrich Weber (1795 – 1878) német anatómus és fiziológus Gustav Theodor Fechner (1801 – 1887) német fizikus és filozófus Stanley Smith Stevens (1906–1973) amerikai kisérleti pszichológus

Weber-Fechner ΔI/I0 = k É = k × log(I) a pszichológiai érzet erősődéséhez egyre nagyobb fizikai inger szükséges. Pontosabban: az éppen észrevehető érzetkülönbség (éék) létrejöttéhez szükséges inger (ΔI) és az alapinger (I0) aránya – érzékszervenként eltérő nagyságú – állandó (Weber tört): ΔI/I0 = k Példa: éék = 3 kg + 3 dkg; 30 kg + 3 kg Fechner (1860) éék az érzet mértékegysége, (t.k. legkisebb közös többszöröse). Az érzet a fizikai inger mennyiség logaritmusával arányosan erősődik: É = k × log(I) ahol É az érzet, k a modalitástól (érzékszervtől) függő konstans, I fizikai inger, az éék többszöröse. Weber-Fechner Log - Lin Lin Kumulatív ÉÉK ➨ Érzet: modalitás (minőség), intenzitás, tartam, lokalizáció. 5 fő modalitás: látás, hallás, szaglás, ízlelés, tapintás,– ezeken belül szubmodalitások Abszolút küszöb: az inger hiányától megkülönböztethető leggyengébb inger. (50 százalékban felfedezett ingerérték.) dI = Különbségi küszöb, relatív küszöb: két inger megkülönböztetéséhez szükséges legkisebb különbség. Ahhoz, hogy az ingert egyenletesen erősödőnek érzékeljük, az inger nagyságát exponenciális függvény szerint kell növelni. Érzéklet Küszöb (Pléh Csaba) Látás Gyertyaláng 50 km-ről, sötét, tiszta éjszakában Hallás Karóra ketyegése 6 m-ről csendes körülmények között Ízlelés Egy teáskanál cukor 9 liter vízben Szaglás Egy csepp parfüm 6 szobányi levegőben Tapintás Egy légy szárnya 1 cm magasságból az arcra hullva Ingerdimenzió Weber-állandó (Pléh Csaba) Hangfrekvencia 0,003 Hangintenzitás 0,15 Fényintenzitás 0,01 Illatkoncentráció 0,07 Ízkoncentráció 0,20 Nyomásintenzitás 0,14 Teghtsoonian, R. (1971) On the exponents in Stevens' law and the constant in Ekman's law. Psychological Review, 78, 71-80. Light Intensity 0.079 Sound Intensity 0.048 Finger Span 0.022 Lifted Weight 0.020 Line Length 0.029 Taste (salt) 0.083 Electric Shock 0.013 Vibration (fingertip) 60 Hz 0.036 125 Hz 0.046 250 Hz 0.046 Lin Ingererősség ➨ Log Ingererősség ➨ Weber törtek k modalitás 0,079 látás 0,029 hallás 0,022 nyomásérzékelés 0,083 ízlelés (só) 0,013 fájdalom (elektromos áramütés) 0,029 hosszúság 0.02 súlyemelés Teghtsoonian (1971)

Fechner I = k × log(Φ×ρ) I1 = k log(1.0×0.8) = 2.9 k A Weber-Fechner törvény alapján a kontraszt érzet (két felület között) különböző megvilágítás nagyságnál állandó marad (Cornsweet): I = k × log(Φ×ρ) ahol a kontrasztot előidéző I inger a Φ megvilágítás és ρ visszaverődési tényező (albedó) log szorzata. (k arányosítási konstans.) Példa. Két különböző ρ1 és ρ2 visszaverődésű felület Φ1 megvilágításnál a következő ingert eredményezi: I1 = k log(1.0×0.8) = 2.9 k I2 = k log(1.0×0.1) = 2.0 k Φ2 kétszeres megvilágításnál: I1 = k log(2.0×0.8) = 3.2 k I2 = k log(2.0×0.1) = 2.3 k Tehát az ingernövekedés 0.3 mindkét esetben. ρ1 ρ2 Φ1 ρ1 ρ2 Φ2 ρ1 = 0.8, ρ2 = 0.1 http://psych.hanover.edu/JavaTest/Media/Chapter02.html

Stevens É = I γ γ = 1 γ > 1 γ < 1 γ Stevens (1957) Stevens Log - Log Stevens (1957) azonos arányú ingerek azonos arányú érzeteket keltenek. Erősödő I fizikai inger É érzet nagyságát hatványfüggvény szerint növeli. A γ hatványkitevő az érzékelés módjától függ. É = I γ A növekedés logaritmikus. A hatványkitevő lehet egynél nagyobb vagy kisebb: ● Ha nagyobb (γ > 1), az inger növekedésével az érzet erőssége meghatványozódik. Pl. a fájdalom egyre erősebb lesz. Log-log függvénnyel ábrázolva: egyenes, amelynek emelkedése 45º-nál nagyobb. ● Ha kisebb (γ < 1), az érzet nagysága az inger növekedését egyre kevésbé követi, tehát a Weber-Fechner törvény érvényesül. Log-log függvénnyel ábrázolva: egyenes, amelynek emelkedése 45º-nál kisebb. γ = 1 γ > 1 γ < 1 Log Kumulatív ÉÉK ➨ Log Ingererősség ➨ γ modalitás 0,67 Hang, 3000 Hz 0,6 Rezgés, 250 Hz újjal érzékelve 0,33 Fény, világosság, 5°-os sötét háttér előtt 0,5 Fény, rövid felvillanás 1,0 Távolság 1,6 Meleg, fém karon érzékelve 3,5 Elektromos áramütés, újjal érzékelve

Színek 4. sz. melléklet Maszk

Maszk # # # # Maszk: az egyik inger (információ) elfedi a másikat. Tipusai: ● A jel és maszk időben egymást követi. ● A jel és a maszk egyidejüleg látható. & ● Maszk takarja a jelet. ● Metakontraszt: a maszk és a jel különálló. Mechanizmusai: Gátlás: a maszk gátolja a jel tudatosulását. Adaptáció: a maszkban előforduló nagyszámú inger, pl. zaj, csökkenti az érzékenységet a jel frekvenciáin. # # # # Jel és maszk Vissza

Maszk http://macknik.neuralcorrelate.com/node/6 „The Role of Spatiotemporal Edges in Visibility and Visual Masking" - Macknik, SL & Martinez-Conde, S, & Haglund, MM (2000). Proceedings of the National Academy of Sciences (USA), vol 97(13) pp 7556-7560 Standing Wave of Invisibility To do: Use the buttons below the illusion to vary the distance of the masks (outer two bars) from the target (the central bar). This will vary the effect of the masks on the target: the closer the masks the more powerful the effect on the target. Pressing and holding the buttons gives the best results. To notice: As the distance between the mask and the target decreases, so does the visibility of the target. The Standing Wave of Invisibility is an illusion in which the visibility of the central bar in the display above (the target) is decreased by flanking bars (the mask), which flicker in alternation with the target. The illusion shows that a set of masks can render a target perpetually invisible, even though the masks don’t overlap the target in either position or timing. Jobb Bal Visszafelé ható maszk: a négy pontból álló maszk láthatatlanná teszi a jelet, ha a jel után jelenik meg (baloldali ábra). Nincs maszkolás, ha a jel és a maszk egyidejüleg látható (jobboldali ábra). 74

Maszk Start http://macknik.neuralcorrelate.com/node/6 „The Role of Spatiotemporal Edges in Visibility and Visual Masking" - Macknik, SL & Martinez-Conde, S, & Haglund, MM (2000). Proceedings of the National Academy of Sciences (USA), vol 97(13) pp 7556-7560 Standing Wave of Invisibility To do: Use the buttons below the illusion to vary the distance of the masks (outer two bars) from the target (the central bar). This will vary the effect of the masks on the target: the closer the masks the more powerful the effect on the target. Pressing and holding the buttons gives the best results. To notice: As the distance between the mask and the target decreases, so does the visibility of the target. The Standing Wave of Invisibility is an illusion in which the visibility of the central bar in the display above (the target) is decreased by flanking bars (the mask), which flicker in alternation with the target. The illusion shows that a set of masks can render a target perpetually invisible, even though the masks don’t overlap the target in either position or timing. Macknik illúzió 1 (Standing Wave of Invisibility, 2007): a maszk láthatatlanná teszi a jelet anélkül, hogy eltakarná. A jel (középső csík) és a maszk (szélső csíkok) egymást váltva villognak. Ha a maszk eltávolodik, a jel láthatóvá válik.

Maszk Start http://macknik.neuralcorrelate.com/node/6 „The Role of Spatiotemporal Edges in Visibility and Visual Masking" - Macknik, SL & Martinez-Conde, S, & Haglund, MM (2000). Proceedings of the National Academy of Sciences (USA), vol 97(13) pp 7556-7560 The Dichoptic Standing Wave To do: Wear 3D-glasses that have one red lens and one blue or green lens. Then operate the controls as in the Standing Wave of Invisibility. To get a free pair of 3D anaglyph glasses in the mail, go to Rainbow Symphony's website. Use the buttons above the illusion to vary the distance of the masks (outer two bars) from the target (the central bar). This will vary the effect of the masks on the target: the closer the masks the more powerful the effect on the target. Pressing and holding the gives the best results. To notice: As the distance between the mask and the target decreases, so does the visibility of the target. The Dichoptic Standing Wave is similar to The Standing Wave of Invisibility in that it is an illusion in which the visibility of the central bar in the display above (the target) is decreased by flanking bars (the mask), which flicker in alternation with the target. The illusion shows that a set of masks can render a target perpetually invisible, even though the masks and target are in separate eyes. Macknik illúzió 2 (The Dichoptic Standing Wave, 2007): A maszk akkor is működik, ha vörös-zöld (anaglif) szemüveggel az egyik szem csak a jelet, a másik szem csak a maszkot látja. A maszkolás tehát nem a retinán, hanem az agyban történik.

Maszk hatása amplitúdó függő JEL JEL MASZK MASZK JEL MASZK JEL Gordon E. Legge, John M. Foley: Contrast masking in human vision, J. Opt. Soc. Am., 1980 MASZK JEL MASZK JEL JEL MASZK Maszk hatása amplitúdó függő ...és frekvencia függő

www.star.bme.hu © Batta Imre, 2007 http://psych.hanover.edu/JavaTest/Media/Chapter01.html http://psych.hanover.edu/JavaTest/Media/Chapter02.html http://www.purveslab.net/main/ http://www.purveslab.net/seeforyourself/index.html?0.00 http://www4.ncsu.edu/~rgkuehni/unpubAndPresentations.html http://www.lottolab.org/ http://lite.bu.edu/vision/applets/lite/lite/lite.html http://www.michaelbach.de/ot/index.html http://illusioncontest.neuralcorrelate.com/ http://www.ritsumei.ac.jp/~akitaoka/index-e.html Irodalom: Sekuler, R., Blake, R.: Észlelés. Osiris, Budapest, 2000. http://www.neuralcorrelate.com/smc_lab/index.php?module=pagemaster&PAGE_user_op=view_page&PAGE_id=7&MMN_position=5:5