Das Auge, die Kamera und die visuelle Wahrnehmung

Sehen und visuelles Erkennen ist sehr kompliziert. Die grundlegenden Mechanismen sind aber schon lange erforscht und können mit einigen Vereinfachungen leicht erklärt werden. Ganz einfach betrachtet wäre das Auge ein "Objektiv", das das Licht einfängt und ein umgedrehtes Abbild der Außenwelt auf der Netzhaut erzeugt. Diese Information gelangt dann über den Sehnerv in das Gehirn und wird dort verarbeitet. So ähnlich funktioniert eine Kamera auch, wenn man die Netzhaut durch den Sensor, den Sehnerv durch Kabel und das Gehirn durch den Prozessor ersetzt.

Es gibt aber auch einige Unterschiede:

  • das Auge, beziehungsweise die Netzhaut, bietet keinen Rahmen. Das Sichtfeld ist zwar irgendwie begrenzt, aber sicher nicht rechteckig.
  • der Schärfebereich ist beim menschlichen Auge nur ein Bruchteil des gesamten Sichtfeldes. Denn nur ein kleiner zentraler Bereich der Netzhaut, der "Gelber Fleck" oder auch Makula genannt wird. Im Zentrum des Gelben Flecks liegt die Fovea bzw. Sehgrube eine kleine Vertiefung, in der die Zapfen besonders dicht gedrängt sind. In der Sehgrube befinden sich keine Stäbchen, sondern etwa 140.000 Zapfen pro mm2.  Scharfes sehen entsteht dann, wenn das Licht so gebrochen wird, dass es auf einen möglichst kleinen Punkt im Gelben Fleck fokussiert wird. Der Bereich des scharfen Sehens entspricht ca. 3° von insgesamt etwa 170° des Sichtfeldes.
  • Der Dynamikumfang des Auges hat ca. 20 Blendenstufen, deutlich mehr als jede Kamera.
  • Und der wichtigste Punkt zum Schluß: das Auge besitzt keinen RAW-Format. Wir müssen das vom Auge erfasste Licht erst vom Gehirn "bearbeiten lassen", bevor wir es zu sehen kriegen.

Das war nur ein sehr, sehr grober Einblick mit nur wenigen Fakten, aber bereits daraus lassen sich viele Erkentnisse ableiten. Am Anfang haben wir doch gesagt, dass das Auge ein umgedrehtes Abbild der Außenwelt erzeugt. Wir sehen aber alles richtig rum. Das ist keine Sensation, es ist auch schon sehr lange bekannt. Was heißt es aber eigentlich? Das heißt, dass wir nicht unbedingt das sehen, was als Licht in das Auge kommt. Das ist der offensichtlichste Beweis dafür, dass das Gehirn unser Weltbild ordentlich "bearbeitet", bevor wir es sehen. Das gilt auch für den Schärfebereich: wir sehen ja deutlich mehr scharf als nur 3°, ich glaube der Wert liegt irgendwo bei 20°, aber erst nach dem "Fokus-Stacking". Auch der große Dynamikumfang ist "nur" ein "HDR" in Echtzeit.

Wir sehen also, das Gehirn muss ganz schön Leistung bringen damit wir etwas sehen. Es ist soo viel Arbeit, dass das Gehirn zu einigen Tricks greift, um es sich einfacher zu machen. Das Wissen über diese Tricks hilft uns die visuelle Wahrnehmung besser zu verstehen:

  • Prägnanz: Eine Figur wird so wahrgenommen, dass sie einer möglichst einfachen Struktur entspricht
  • Nähe: Bildelemente werden als zusammengehörig empfunden, wenn diese nahe beieinanderliegen
  • Ähnlichkeit: Bildteile gleicher Form oder Farbe werden als Ganzes gesehen
  • Symmetrie: Symmetrische Strukturen werden dem gleichen Objekt zugeordnet
  • Gemeinsame Bewegung (Common fate): Gleiche Bewegungen und gleichzeitiges Erscheinen oder Verschwinden von Bildelementen erzeugt eine Zusammengehörigkeit
  • Kontinuität: Bildelemente, die eine Fortsetzung vorangehender oder unterbrochener Elemente zu sein scheinen, werden als zusammengehörig angesehen
  • Geschlossenheit: Linien, die eine Fläche umschließen, werden unter sonst gleichen Umständen leichter als eine Einheit aufgefasst als diejenigen, die sich nicht zusammenschließen
  • Gemeinsame Region: Elemente in abgegrenzten Gebieten werden als zusammengehörig empfunden
  • Verbundene Elemente: Verbundene Elemente werden als ein Objekt wahrgenommen

 

 

 

Hier ein Beispiel für die Kontinuität und die Geschloßenheit:

eigentlich gibt es hier keinen Kreis und auch kein Rechteck, nur ein paar Striche.

 

Gesetz der Nähe:

Links ein Quadrat mit 36 Kreisen, Rechts 3 Streifen mit je 12 Kreisen

 

 

Gesetz der Ähnlichkeit:

Die weißen und die schwarzen Kreise werden hier automatisch nach den Farben eingrupiert.

Die Vereinfachungen des Gehirns beim Sehen sind sehr nützlich, erst dadurch wird die unglaubliche "Erkennungsgeschwindigkeit" erreicht, die für uns im Alltag selbstverständlich ist. Vieles sehen wir aber gar nicht richtig, denn einige Informationen werden im Gehirn mit Hilfe von Erfahrungswerten rekonstruiert.

 

 

Diese Illusion ist ein sehr bekanntes Beispiel dafür. Das Gehirn kann sich hier gar nicht entscheiden und sieht abwechselnd beides.

Necker-Würfel ist eine weitere optische Täuschung, die die Arbeit des Gehirns bei der visuellen Wahrnehmung verdeutlicht.

Schaut man sich den Würfel länger an, scheint er plötzlich anders im Raum ausgerichtet zu sein. Nach einiger Zeit dreht er wieder zurück.

Diese "Fehler" und allgemeine Prinzipien der visuellen Wahrnehmung kann man aber auch sinnvoll nutzen, indem man zum Beispiel zweidimensionale Fotos und Gemälde dreidimensional erscheinen lässt.

 

Was ist hier zu sehen? Sind es zwei unterschiedlich große Kreise in einer Ebene? Oder vielleicht zwei gleich große, einer im Vordergrund und einer weiter hinten?

 

 

Vielleicht wird der Effekt bei diesem Bild deutlicher. Hier glaubt man schon leichter, dass die Kreise wahrscheinlich ähnlich groß sind und in verschiedenen Tiefen des Bildes liegen.

 

Was wäre aber, wenn es keinen rechteckigen Rahmen um die Kreise gäbe? Wenn die Reihenfolge zufällig wäre? Oder wenn die Kreise unterschiedliche Farben hätten?

 

 

 

 

 

 

                            Oookay. Dann sieht es einfach nur komisch aus, findet ihr auch?

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