Visuelle Wahrnehmung – Der Einfluss der Helligkeit auf die Wahrnehmung von Kontrast, Farbe und Schärfe

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    • Visuelle Wahrnehmung – Der Einfluss der Helligkeit auf die Wahrnehmung von Kontrast, Farbe und Schärfe

      Kurzüberblick der Grundlagen zum Verständnis
      > Rezeptortypen K, M, L Zapfen -> Farbwahrnehmung, aktiv bei größeren Helligkeiten
      > Rezeptortyp Stäbchen -> Helligkeitswahrnehmung, aktiv bei geringeren Helligkeiten
      > Sehgrube (fovea centralis) -> Bereich der Netzhaut mit der höchsten Auflösung, nur Zapfen

      Zusammenfassende graphische Darstellung



      Fazit
      Die Auflösung von Helligkeitsdifferenzen, die Anzahl unterscheidbarer Tonwerte (Helligkeitswerte), die Farbwahrnehmung sowie die Sehschärfe nehmen mit der Helligkeit zu bis sie bei Tageslichtbedingungen ab einer Größenordnung von ca. 100 FL (foot lambert) ihr Optimum erreichen.
      Die Farbwahrnehmung beginnt ab einer Helligkeit von ca. 0,1 FL, im Bereich des photopischen Sehens ab 1 bis 10 FL sind ausschließlich die farbempfindlichen Zapfen aktiv und es wird die vollständige Farbwahrnehmung erreicht.

      Folgerungen für die visuelle Wahrnehmung
      Mit zunehmender Unterscheidbarkeit von Helligkeitsdifferenzen können wir mehr Tonwerte wahrnehmen, bei größerer Helligkeit erscheint uns unsere Wahrnehmung daher kontrastreicher.
      Mit zunehmender Unterscheidbarkeit von Farbunterschieden können wir mehr Farben wahrnehmen, bei größerer Helligkeit erscheint uns unsere Wahrnehmung daher farbiger.
      Mit zunehmender Sehschärfe können wir mehr Details wahrnehmen, bei größerer Helligkeit erscheint uns unsere Wahrnehmung daher schärfer und detailreicher.
      Mit zunehmender Helligkeit erscheint uns das wahrgenommene Bild also kontrastreicher, farbiger, detailreicher und schärfer.

      Eine höhere (Maximal-) Helligkeit ist demzufolge vorteilhaft für den wahrgenommenen Bildeindruck.

      Quelle
      Die Angaben sind dem Buch „Visuelle Wahrnehmung – Eine Einführung in die Konzepte Bildentstehung, Helligkeit + Farbe, Raumtiefe, Größe, Kontrast und Schärfe“ von Jörg Sczepek, Ausgabe von 2011, entnommen.
      Einige Seiten dieses Buches sind online über google books abrufbar.
      Sczepek gibt einen Überblick über Aufbau und Funktion des Auges, die Verarbeitung der Sehreize und die daraus resultierenden Charakteristiken unserer visuellen Wahrnehmung.
      Für diejenigen, die sich näher mit dem Thema befassen möchten kann ich das Buch weiter empfehlen.

      Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von Aries ()

    • @Aries
      Danke für die Grafik. Das erklärt in der Tat unsere Eindrücke, dass mehr Details und subjektiver Kontrast bei höherer Maximalleuchtdichte wahrgenommen werden. Ich halte ja schon lange 30 fL für einen guten Wert. Leider hat sich in all den Jahren am Lichtstrom der Projektoren nur wenig getan und alles, was über 2000 lm hinausgeht ist entweder im unteren Preissegment angesiedelt oder im oberen. Dazwischen klafft ein Loch...
    • Sehr interessantes Thema!

      Aries schrieb:


      > Sehgrube (fovea centralis) -> Bereich der Netzhaut mit der höchsten Auflösung, nur Zapfen


      Das erklärt auch das auftretende Zentralskotom in der Dunkelheit, durch das man im Bereich der Makula regelrecht blind ist, da die Helligkeit nicht mehr ausreicht, um die Zapfen entsprechend zu stimulieren.

      Aries schrieb:

      Die Auflösung von Helligkeitsdifferenzen, die Anzahl unterscheidbarer Tonwerte (Helligkeitswerte), die Farbwahrnehmung sowie die Sehschärfe nehmen mit der Helligkeit zu bis sie bei Tageslichtbedingungen ab einer Größenordnung von ca. 100 FL (foot lambert) ihr Optimum erreichen.


      Sofern ausgehend von geringen Leuchtdichten tatsächlich die Sehschärfe abnimmt und das nicht Detailverlust durch Grundrauschen verwechselt wird, stellt sich mir die Frage, weshalb im Alltag dennoch kein Aliasing zu beobachten ist. Was die Wahrnehmung über die Stäbchen angeht, ließe sich das jedoch wohl durch die zum Rand hin ebenfalls schlechter auflösende Optik erklären, die deren geringere Ortsauflösung durch zusammengeschaltete Areale berücksichtigt. Andererseits ist der Bildeindruck aus dem Augenwinkel auch schwierig zu spezifizieren, denn wenn man einmal darauf achtet, merkt man, wie stark die Auflösung wenige Grad vom Fixpunkt bereits abnimmt.

      Zum Thema visuelle Wahrnehmung und Aliasing hatte ich vor einiger Zeit diese sehr interessante Studienarbeit gefunden.

      Aries schrieb:


      Eine höhere (Maximal-) Helligkeit ist demzufolge vorteilhaft für den wahrgenommenen Bildeindruck.


      Dies sollte sich allein schon aus dem dadurch größeren Signal-Rauschverhältnis ergeben, sofern man von einem konstanten Grundrauschen der Netzhaut ausgeht.

      Leider ist insbesondere der Punkt "visuelles Grundrauschen" geradezu ärgerlich schlecht bis gar nicht erforscht. Begibt man sich hier ausgehend von eigenen Erfahrungen auf die Suche, landet man allenfalls bei medizinischen Foreneinträgen zum Thema "Augenrauschen" und "Visual Snow". Die wenigen Untersuchungen, die es dazu zu geben scheint, gehen meines Erachtens bereits aus logischen Erwägungen heraus in die falsche Richtung, da relativ vage über eine Überfunktion des visuellen Kortex gemutmaßt und andererseits das physikalische Phenomen Rauschen nicht einmal ansatzweise in die Überlegungen einbezogen wird.

      Die Kombination von Auge und Gehirn wäre als Bildwandlersystem das Erste, das alle Regeln der Physik sprengt und unbegrenzte Dynamik durch völlige Rauschfreiheit böte. Auch gibt es im Zusammenhang mit Tieren sehr wohl
      Abhandlungen über "retinal noise"
      in Abhängigkeit von der Körpertemperatur, ganz ähnlich, wie man es von Kamerasensoren her kennt. Wieso dann beim Menschen allgemein stets von einer rauschfreien visuellen Wahrnehmung ausgegangen wird, ist mir daher schleierhaft.

      Zumindest nehme ich das selbst doch recht deutlich wahr, insbesondere natürlich im Dunklen, wo das Rauschen vierstelligen ISO-Werten nicht unähnlich ist. Womöglich nehme ich daher das Thema Dithering auch etwas gelassener (siehe Nachbarthread), da im Detail sowieso alles leicht verrauscht erscheint.

      FoLLgoTT schrieb:

      @AriesDas erklärt in der Tat unsere Eindrücke, dass mehr Details und subjektiver Kontrast bei höherer Maximalleuchtdichte wahrgenommen werden.


      Das erinnert an den von THX empfohlenen Referenzpegel von nominell 85dBC, da das Gehör hier am Linearsten funktioniert. Auch hier wieder die Parallele zwischen Bild und Ton.
    • little-endian schrieb:

      Sofern ausgehend von geringen Leuchtdichten tatsächlich die Sehschärfe abnimmt und das nicht Detailverlust durch Grundrauschen verwechselt wird
      Da die Sehschärfe anhand von Tests gemessen wurde handelt es sich tatsächlich um die Sehschärfe.

      little-endian schrieb:

      weshalb im Alltag dennoch kein Aliasing zu beobachten ist
      Das oben genannte Buch geht auch ausführlich auf die "Bildverarbeitung" in unserem Gehirn ein ... da kannst Du bei Interesse solche Aspekte nachlesen.

      little-endian schrieb:

      Dies sollte sich allein schon aus dem dadurch größeren Signal-Rauschverhältnis ergeben, sofern man von einem konstanten Grundrauschen der Netzhaut ausgeht.
      Das ist zu einfach gedacht, denn das Auge adaptiert sich an unterschiedliche Helligkeitsverhältnisse.
      Allerdings hat die Adaption selbst
      - ein komplexer Prozess mit mehreren physiologischen Mechanismen, die unterschiedlich schnell und mit unterschiedlichen Nebeneffekten ablaufen -
      einen Einfluss auf unsere Wahrnehmung.
      Ein Beispiel: Die Öffnung der Pupille
      Mit einer größeren Öffnung der Pupille fällt mehr Licht in das Auge und damit werden die Zapfen besser "ausgesteuert".
      Zugleich nimmt jedoch die Tiefenschärfe und die Schärfe des Seheindrucks insgesamt ab.
      Das wird z.B. als eine Erklärung angeführt, warum wir im Hellen schärfer sehen:
      Die Pupille ist weniger weit geöffnet.

      little-endian schrieb:

      Wieso dann beim Menschen allgemein stets von einer rauschfreien visuellen Wahrnehmung ausgegangen wird, ist mir daher schleierhaft.
      Zumindest nehme ich das selbst doch recht deutlich wahr, insbesondere natürlich im Dunklen, wo das Rauschen vierstelligen ISO-Werten nicht unähnlich ist. Womöglich nehme ich daher das Thema Dithering auch etwas gelassener (siehe Nachbarthread), da im Detail sowieso alles leicht verrauscht erscheint.
      Im Dunkeln nehme ich das auch wahr, im Hellen normalerweise nicht.
      Wenn ich jedoch ein weißes Blatt Papier anschaue und explizit darauf achte nehme ich die weiße Fläche auch als verrauscht wahr.
      Im Normalfall blendet unser Gehirn solche Artefakte unserer eigenen Wahrnehmung wohl aus.
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