2D-3D számítógépes grafika

Az előadások a következő témára: "2D-3D számítógépes grafika"— Előadás másolata:

1 2D-3D számítógépes grafika
BME Építészmérnöki Kar Építészeti Ábrázolás Tanszék Előadó: Batta Imre Színek

2 Tárgy: a színek megjelenését befolyásoló tényezők
Tartalom Tárgy: a színek megjelenését befolyásoló tényezők Kontraszt Kontrasztérzékenység Optimális felbontás Többcsatornás reprezentáció Színkontraszt Szimultán színkontraszt Színasszimiláció, színterülés, élénkülés Adaptáció Dinamikus tartomány Méret- és alak-, világosság és színkonstancia Von Kries színadaptáció Megvilágítás Stevens hatás, Hunt hatás, Bartleson-Breneman hatás, Bezold-Brücke színeltolódás, Heelmholtz-Kohlraush hatás, Abney hatás Következtetés Fényesség Atmoszféra Színmegjelenés Színlátás (színmegjelenés) modellezése Mellékletek ● Csoportészlelés ● Maszkolás

3 Színek Kontraszt

4 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. 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) / ( ) = 1/3 Ez a számítási mód független a megvilágítástól, az érzetet a tárgy optikai tulajdonságaihoz (visszaverődési tényezőhöz) köti.

5 Kontraszt Start Koffka gyűrűk, 1935 azt szemléltetik, hogy a lokális összefüggések megváltozása miként módosítja a szimultán kontrasztot. Kurt Koffka ( ) német pszichológus a csoportosítás jelentőségét vizsgálta az vizuális észlelésben. 5

6 Kontraszt: csoportosítástól függő
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: csoportfelismerés által irányított szimultán kontraszt. Az alakzatok csoportalkotó elrendezése befolyásolja a lokális világosság-összevetés irányát. Itt a színek attól függően világosabbak vagy sötétebbek, hogy a csoportjaik a sötétebb vagy világosabb sávokhoz tartoznak. Csoportészlelésről ►

7 Kontraszt: csoportosítástól függő
Kazetta illúzió, 2006: fedezze fel a korongokat a képen. Anthony Norcia ( 7

8 Kontraszt: csoportosítástól függő
Salvador Dali ( ): Rabszolgapiac Voltaire eltűnő mellszobrával, 1942 8

9 Kontraszt: megvilágítási szint függő
Adaptációs szint (közvetlen háttér, tágabb környezet megvilágítása) – módosítja a kontraszt érzékenységet. 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 Start A fénysűrűség különbség (L2 − L1) mind a három ábrán azonos.

10 Kontrasztérzékenység: frekvenciafüggő
Kontrasztérzékenység függvény KÉF (Contrast Sensivity Function, CSF) az érzékenységet növekvő fénysűrűségű szinuszosan modulált mintázat érzékelési küszöbjével méri. Optimális felbontás: 8 ciklus/fok (cpf). Modulációs érzékenységi küszöb-1 Térfrekvencia Fénysűrűség 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. Térfrekvencia (ciklus/fok) Érzékelési küszöb változása 7 növekvő fénysűrűségű, 0.5 és 50 ciklus/fok között szinuszosan modulált mintázat esetén. Jó megvilágításnál ( troland) az érzékenységi maximum 8 c/f. (van Ness és Lamming, 1991)

11 Kontrasztérzékenység: frekvenciafüggő
Start Térfrekvencia  Robson-Ohzawa kontrasztérzékenységi teszt A kontrasztérzékenység a látvány (kép) részletességétől, a térfrekvenciák (helyzeti frekvenciák) nagyságától függően változik, amely természetesen távolságfüggő.

12 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 módosul. Közelről nézve a baloldali kép Dr. Angry, és a jobboldali Mr. Smile, távolról nézve fordítva. Nézze meg a képet három méterről.

13 Többcsatornás reprezentáció
Színek Többcsatornás reprezentáció Blakemore and Campbell prediction (1969) • Single mechanism model: The CSF reflects the sensitivity of a single detection mechanism, so adaptation to any sinusoidal grating should lower the CSF uniformly - There will be a drop in contrast sensitivity at all spatial frequencies. • Multiple filters model: Adaptation will be spatial frequency selective and will only desensitise filter(s) that respond to the adaptation pattern - Adaptation should produce a loss in sensitivity that is limtied to a narrow range of spatial frequencies centred on the adaptation grating. Further Psychophysical Evidence For Multiple SF Filters • Spatial frequency selective masking: If a high contrast pattern impairs or ‘masks’ the detection of another pattern then they activate the same filter - Masking only occurs when two patterns have very similar spatial frequencies but not dissimilar ones (e.g. Carter & Henning, 1971; Legge & Foley, 1980; Wilson et al., 1983) • Subthreshold summation: If 2 patterns activate the same filter then the 2 patterns combined should be more detectable than either pattern alone - Summation occurs, but only between gratings of closely spaced spatial frequencies and not between widely space ones (Sachs et al., 1971) • Unresolved issues (many but here are a few): - How many filters are there? At least 6 (Wilson & Regan, 1996) but possibly more - How selective are they? Estimates of the ratio (bandwidth) of the highest to lowest frequency they each respond to range from ~ 1.5 to 5, but on average about 2 (1 octave) Do filters respond well to luminance variations in ‘natural’ images? Perhaps (Field, 1987) Reading List F. W. Campbell And J. G. Robson: Application Of Fourier Analysis To The Visibility Of Gratings. J Physiol Aug;197(3):551-66 Blakermore, C. & Sutton, P. (1969). Size adaptation: A new aftereffect. Science, 166, Blakemore, C. & Campbell, F.W. (1969). On the existence of neurones in the human visual system selectively sensitive to the orientation and size of retinal images. Journal of Physiology (London), 203, Blakermore, C., Nachmias, J. & Sutton, P. (1970). The perceived spatial frequency shift: Evidence for frequen cy-selective neurons in the human brain. Journal of Physiology, 203, Campbell, F.W. & Robson, J.G. (1968). Applications of Fourier analysis to the visibility of gratings. Journal of Physiology, 197, Carter, B.E. & Henning, G.B. (1971). Detection of gratings in narrow-band visual noise. Journal of Physiology (London), 219, Field, D.J. (1987). Relations between the statistics of natural images and the response properties of cortical cells. Journal of the Optical Society of America A, 4, Graham, N. & Nachmias, J. (1971). Detection of grating patterns containing two spatial frequencies: A comparison of single-channel and multiple-channel models. Vision Research, 11, Legge, G.E. & Foley, J.M. (1980). Contrast masking of human vision. Journal of the Optical Society of America, 70, Sachs, M.B., Nachmias, J. & Robson, J.G. (1971). Spatial frequency channels in human vision. Journal of the Optical Society of America, 61, Wandell, B.A. Foundations of vision. Sunderland: Sinauer Associates, Inc., 1995. Wilson, H.R., McFarlane, D.K. & Phillips, G.C. (1983). Spatial frequency tuning of orientation selective units estimated with oblique masking. Vision Research, 23, Wilson, H.R. & Regan, D. (1984). Spatial frequency adaptation and grating discrimination: Predictions of a line-element model. Journal of the Optical Society of America A, 1,

14 Többcsatornás reprezentáció
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 ( ): Gala szemléli a Földközi tengert, amely húsz méterről Abraham Lincoln portréjává változik, 1976 14

15 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 kérgi idegsejtek észlelik a fát, a lombokat és a leveleket. Blakemore, Campbell: On the existence of neurones in the human visual system selectively sensitive to the orientation and size of retinal images. The Journal of Physiology, 1969. 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)

16 Többcsatornás reprezentáció
Science 6 August 1999: Vol no. 5429, pp 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.) Ostromoukhov: Dynamic tension between local and global patterns makes it so interesting. Local and global percepts are inconsistent; sometimes we see the local percept, sometimes the global Chuck Close Arckép

17 Színek Színkontraszt

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

19 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.)

20 Kontraszt redukció 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

21 Kontraszt redukció 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 ( ) német fizikus.

22 Kontraszt redukció Neon color spreading Rolf Kuehni: Kuehni, 1997 Neonos színterülés: (Neon color spreading) a kontraszt csökkenés szétterül, áttetszőség vagy fedettség érzetét kelti.

23 Kontraszt redukció Vízfesték illúzió Pinna, 1987 Start
Watercolor illusion Pinna, B., Brelstaff, G. and Spillmann, L.: Surface color from boundaries: A new 'watercolor' illusion. Vision Research 41, (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 Pinna, 1987 Start

24 Kontraszt indukció 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

25 Színek Adaptáció

26 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. Adaptációs paradoxon: nappal és éjszaka egyszerre. René Magritte: A fény birodalma, 1954.

27 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)

28 Trey Ratcliff http://stuckincustoms.com
Adaptáció Dinamikus tartomány adott 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 érzékenységi terjedelme : 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

29 Konstancia – méret Méret- és alakkonstancia
Az észlelés a tárgyak állandó vizuális tulajdonságait jeleníti meg. Méret- és alakkonstancia 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

30 Konstancia – 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.

31 Konstancia – 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 függetleníti magát a fényforrás színétől (spektrális eloszlásától), és kiegyenlíti annak esetlegesen színtorzító hatását. Paul Cezanne: Almák, barackok, körték, szőlő ( ).

32 Konstancia – szín Von Kries színadaptáció
szenzoros és felső szintű 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.

33 Konstancia – szín Purves és Lotto, 2002 Start

34 Színek Megvilágítottság 34

35 Az alacsony foton szám következményei.
Megvilágítás A látvány fénysűrűségének növekedésével csökken a látás érzékenysége, de... ● pontosabb receptor válaszok összevetése, javul a szín- és világosság megkülönböztető képesség: Stevens hatás Hunt hatás ● a javulás nem egyenletes, az adaptációs többlet fokozatosan csökken: Bartleson-Breneman hatás ● a pálca, az R, K és H csapok érzékenysége különböző, ezért megváltozik a színek színezete: Bezold-Brücke színezet-eltolódás Purkinje színezet-eltolódás ● illetve azonos fénysűrűség mellett a színek világossága különböző: Helmholtz-Kohlrausch hatás Abney hatás A megvilágítás, pontosabban a látvány fénysűrűségének emelkedésével hatványozottan csökken a látás érzékenysége, de Az alacsony foton szám következményei. A négy ábra egyre növekvő megvilágítással 400 retina receptort illusztrál. Ahhoz, hogy a körrel jelzett terület világosságkülönbsége érzékelhető legyen, növekvő számú foton szükséges. Pirenne (1967) alapján 35

36 Megvilágítás 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. 36

37 Megvilágítás Stevens & Hunt hatás
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 37

38 Megvilágítás A 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 komplex képek kontrasztja függ a környezet (surround) fénysűrűségétől. A sötét környezet növeli a színek világosságát, a sötét színeknél a növekedés nagyobb, ezért sötét háttér előtt a fekete kevésbé mély. A világos környezet csökkenti a színek világosságát, a sötét színeknél a csökkenés nagyobb, ezért a világos árnyalatok száma bővül. 38

39 Megvilágítás Bezold-Brücke színezeteltolódás Start
D.M. Purdy: Spectral hue as a function of intensity. Am. J. Psych., 43, (1931) R.W.G. Hunt: Hue shifts in unrelated and related colors. Color Res. Appl., 14, , (1989). Bezold-Brücke színezeteltolódás Az R, K és H csap érzékenysége különböző, alacsony megvilágításnál a pálcák is bekapcsolódnak a színérzékelésbe. Ezért a fénysűrűség erősödésével vagy gyengülésével az elszigetelt (nem kapcsolódó) színek színezete megváltozik. 39

40 ∫L1(λ)=∫L2(λ) Megvilágítás Helmholtz-Kohlrausch hatás
Start Megjegyzés: Helmholtz-Kohlrausch hatás miatt a színinger világosságát A CIE fénysűrűség (Y) függvény nem határozza meg pontosan. 700 400 λ L(λ) ∫L1(λ)=∫L2(λ) Szín1≠ Szín2 Helmholtz-Kohlrausch hatás Az R, K és H csap érzékenysége különböző, ezért a színek világossága azonos fénysűrűség mellett különböző (heterokromatikus világosság). Ezért a színdús, telített színek (un. kromatikus színek) − a környezetük azonos fénysűrűségű akromatikus (szürke-fehér) színeihez képest − világosabbak, „világítanak” (Faberglut). Ergo nem a fehér a legvilágosabb szín! 40

41 Megvilágítás 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 –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 telítettség csökkenésével – 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. 41

42 Színek Következtetés

43 Következtetés 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) Csoportészlelésről ►

44 Következtetés Sakkbábú illúzió, 2005: rétegfelismerés által irányított szimultán kontraszt. Itt a színek attól függően világosabbak vagy sötétebbek, hogy a réteget füstnek vagy ködnek gondoljuk. A felső ábrán arra következtetünk, hogy a réteg füst, mert a mögötte előtűnő figurák világosabbak. Az alsó ábrán arra következtetünk, hogy a réteg köd, mert a mögötte előtűnő figurák sötétebbek. Az együttlátott széles látóteret állandóan mozgó, szűk ablak részletről-részletre haladva rajzolja fel. Az ablak alakja és mérete dinamikusan változik: ● a szem optikai és szenzoros tulajdonságai, a látótérnek csak a közepe éles és fényerős. ● kontúr, (az ablak középpontja a kontraszt határvonalán mozog!) ● párhuzamos síkok, ● azonos megvilágítású részletek, ● felismert csoport. Az ablakot helyettesítheti? kiegészítheti? a látvány rétegekre bontott észlelése. Alan L. Gilchrist: Lightness Perception: Seeing One Color through Another, Current Biology, 2005. …visual illusion suggests that the retinal image is decomposed by the brain into overlapping layers, not into contiguous frameworks of illumination. Gilchrist, 2005 Start 44

45 Következtetés: világosabb vagy fényesebb
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

46 Következtetés: világosabb vagy fényesebb
Következtetések 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

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

48 Következtetés: világosabb vagy fényesebb
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. 48

49 Világosabb vagy fényesebb
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.

50 Világosabb vagy átlátszóbb
Fátyol illúzió Haze illusion Start Edward H. Adelson után

51 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 környezet mintázata azonos frekvenciájú és erősebb kontrasztú. A hatás következtetésen alapul: csökkenti kontrasztot, ha az atmoszferikus közeg nem tökéletesen átlátszó, pl. köd, fátyol, folyadék, vagy csak nem látszik annak, mint a baloldali ábrán.

52 Kontraszt redukció Fátyol illúzió: átlátszóság megjelenítése teljesen tömör anyaggal. Giuseppe Croff ( ): Apáca fátyollal, c 52

53 Színmegjelenés A színek megjelenését megváltoztatják: ● Kontraszt
világosság- és színkontraszt, színasszimiláció, színterülés, élénkülés ● Felbontás többcsatornás reprezentáció ● Alaksajátságok vizuális tartalom értékelése (fényesség, atmoszféra) ● Adaptáció adaptálódás a látvány fény- és színviszonyaihoz, függetlenítés a megvilágítás színétől ● Ingernagyság fénysűrűség növekedés-csökkenés. Josef Albers, 1963 53

54 Színek Színmegjelenés 54

55 a Megjelenés (belső kép) paraméterei:
Színmegjelenés a Megjelenés (belső kép) paraméterei: Látvány jellemzői ● környezet és háttér ● részletesség (felbontás) ● árnyalatszám ● szín- és világosságterjedelem ● kontraszt ● képi tartalom ● zavaró mintázat (zaj) Látási feltételek ● látási közeg (zaj) ● látási távolság (felbontás) ● adaptáltság a látvány fény- és színviszonyaihoz ● figyelem, várakozás ● emlékek, tapasztalat, tanultak

56 a Megjelenés (belső kép) paraméterei:
Színmegjelenés a Megjelenés (belső kép) paraméterei: Képességek ● látásélesség (optikai és receptor felbontóképesség) ● szín- és világosság érzékenység ● kontrasztérzékenység ● adaptáltság ● figyelem, várakozás ● emlékek, tapasztalat, tanultak Képkorrekciók ● háttér és környezet ● felbontás ● fényerősség (világosság) ● színerősség (króma) ● kontraszt (szín- és világosság terjedelem)

57 Színmegjelenés Színvisszaadás: ► Látvány  Kép ► Kép  Kép
egy látvány adott megvilágítási környezetből ugyanolyannak látszó kép legyen egy médián, másik megvilágítási környezetben. ► Kép  Kép egy kép adott médián, adott megvilágítási környezetből ugyanolyannak látszó kép legyen egy másik médián, másik megvilágítási környezetben. Látvány Kép (média) Szem

58 Színek 1. sz. melléklet Csoportészlelés

59 Csoportészlelés Észlelés célja: a lényeges információk hatékony felhasználása. A látvány túl részletes, nem tudunk minden információt egyformán feldolgozni. Elkülönítés: az állandó és az eltérő, majd a lényeges és lényegtelen elkülönítése. Kategorizálás: az összetartozás és különbözőség megállapítása, majd a kategóriákba sorolása. Az észlelés többszintű folyamat: ● alsó szint (szenzoros mechanizmusok): kontraszt- és él detektálás. ● középső szint: csoportosítás. ● felső szint: következtetés az emlékezet, tapasztalat és tanultak alapján. Világ: lényegtelen és lényeges információk halmaza. A lényeges információ az új információs halmazban található. Az elkülönítés és a kategorizáció (diszkrimináció és konstancia, eltérés felimserés és általánosítás) az észlelés két egymást kiegészítő mozzanata. Az érzékelés-észlelés folyamatában egymást kiegészítik. Kategororizációs szintek: Fölérendelt szint (bútor) Alapszint (szék) Alárendelt szint (kárpitozott szék) Tag, specifikus példány (az én székem) Vissza

60 Csoportészlelés Látvány Szenzor Kép
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 ingereket. 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. Látvány Szenzor Kép Csoportosítás Következtetés

61 Csoportészlelés Az elkülönítés és a kategorizálás eszköze a látványelemek csoportosítása, a látvány térbeli összefüggéseinek értékelése. Az összefüggések alaptípusai az alaksajátságok: ● közelség, ● hasonlóság, ● közös sors, ● folytonosság, ● folytathatóság, ● zártság, ● kapcsolódás stb. Vissza

62 Színek 2. sz. melléklet Maszkolás 62

63 Maszkolás # Maszkolás: az egyik inger (információ) elfedi a másikat.
Típusai: ● A maszk és a jel időben egymást követi (visszafelé ható maszkolás). ● A maszk és a jel egyidejűleg látható. & ● A maszk takarja a jelet. ● A maszk és a jel különálló. Mechanizmusai: ● Gátlás: a maszk gátolja a jel tudatosulását. ● Adaptáció: a maszkban előforduló nagyszámú inger, tk. zaj, csökkenti az érzékenységet a jel frekvenciáin. # Vissza Jel és maszk

64 Maszkolás Késleltetve Egyidejűleg Együtt Visszafelé ható maszkolás: ha a jel után kis idővel késleltetve jelenik meg, a kör alakú maszk láthatatlanná teszi a jelet. Ha a jel és a maszk egyidejüleg látható, nincs maszkolás.

65 Maszkolás Start „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 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. Metakontraszt (Macknik, 2000): olyan visszafelé ható maszkolás, ahol a maszk és a jel érintkezik. A jel (középső csík) és a maszk (szélső csíkok) egymást váltva villognak. Ha a maszk eltávolodik a jeltől, a jel láthatóvá válik. 65

66 Maszkolás Start „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 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. Metakontraszt (Macknik, 2000): A maszk akkor is hat, 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. 66

67 Maszk hatása amplitúdó függő
Maszkolás MASZK JEL JEL MASZK JEL MASZK MASZK JEL JEL MASZK JEL MASZK JEL MASZK Maszk hatása amplitúdó függő ...és frekvencia függő. A maszkolás akkor a legerősebb, ha a maszk- és a jelamplitudó (kontraszt) és/vagy a két frekvencia egymáshoz közel kerül.

68 Többcsatornás reprezentáció
Blakemore, C. & Sutton, P. (1969). Size adaptation: A new aftereffect. Science, 166, A teszt időtartama 1 perc! Adaptációs utóhatás (Blakemore és Sutton, 1969): Jobboldali ábrán az adaptáló csíkok frekvenciák különbözőek. A baloldali ábrán az alsó és felső tesztcsíkok frekvenciái azonosak. Ha a jobboldali ábrát egy percig nézte, a baloldali felső ábra frekvenciái kiszélesednek, az alsó ábra frekvenciái összeszűkülnek. Az adaptáció az agykéregben történik, akkor is hat, ha az adaptációs mintázatot csak az egyik szem, a teszt mintázatot csak a másik szem látja.

69 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. Diterálás: a magas frekvenciás zajban előforduló nagyszámú inger adaptációt idéz elő, amely csökkenti az árnyalatok határán keletkező magas frekvenciákat. 69

70 Kontrasztérzékenység
Peter Ulric Tse ( A fovea környezetében jobb a kontrasztérzékenység mint a foveában, mert az érzékelő mezők (csapszám & csapméret) nagyobbak. Tse illúzió, 2005: a figyelem növeli a kontrasztot. Nézzen a középső pontra, majd anélkül, hogy megmozdítaná a szemét, figyeljen az egyik korongra. A hatás feltétele, hogy a korongok hátteret takarva áttetszőnek látszódjanak. 70

71 Kontraszt 71

72 Kontraszt: frekvenciafüggő
Gori, S. & Stubbs, D. A. ( 2006). A new set of illusions - The Dynamic Luminance-Gradient Illusion and the Breathing Light Illusion. Perception. 35, Lélegző fény illúzió, Gori és Stubbs, 2006 72

73 © Batta Imre, 2011 www.epab.bme.hu
Irodalom: Sekuler, R., Blake, R.: Észlelés. Osiris, Budapest, 2000. Wandell, B.A. Foundations of vision. Sunderland: Sinauer Associates, Inc., 1995. 73