pattern sensitivity Campbell Robson 1968 pattern sensitivity wie
pattern sensitivity Campbell & Robson (1968)
pattern sensitivity • wie gut nimmt man einfache Muster wahr? • Schwellenmessung: – UV: Kontrast und Raumfrequenz Typische Stimuli: eindimensionale Gitter Sinusfunktion bestimmt Helligkeitsschwankung Variation durch Kombination von Sinusschwingungen
warum ist das interessant? • Erkennung von kontrastreichen Strukturen – Kanten • Grundlegende visuelle Verarbeitung (V 1) – Aufschluss über Verarbeitungsmechanismen • Kanten strukturieren visuelle Information – Objekterkennung?
pattern sensitivity • wie gut nimmt man einfache Muster wahr? • Schwellenmessung: – UV: Kontrast und Raumfrequenz • 3 Fragen – Was ist Kontrast? – Was ist Raumfrequenz? – Wie ändert sich die pattern sensitivity mit der Raumfrequenz?
Kontrast & Raumfrequenz Lmax- Lmin Kontrast = 2*L Lmin= 0. 25 Lmax= 1. 0 → Kontrast = 1. 0 Lmax= 0. 75 → Kontrast = 0. 5 Lmin= 0. 5 Lmax= 0. 5 → Kontrast = 0
Kontrast & Raumfrequenz Kontrastsensitivität ist abhängig von Raumfrequenz = Anzahl Musterwiederholungen / Raum [cpd] cycles per degree Niedrige Raumfrequenz Sehwinkel der Daumenbreite bei ausgestrecktem Arm: ca. 2° Hohe Raumfrequenz
Kontrastsensitivität
Kontrastsensitivität • Höchste Empfindlichkeit: Muster zwischen 1 -10 cpd – passen 2 -20 mal auf Daumen • Für feinere Muster stark abfallende Sensitivität – Natürliche Grenze: etwa ab 76 cpd – blurring d. Auges • < 1 cpd (grob): etwas abfallende Sensitivtät – Neuronale Mechanismen
Kontrastsensitivität Räumliche Frequenz
warum ist das interessant? • Grundlegende visuelle Verarbeitung (V 1) – Aufschluss über Verarbeitungsmechanismen – Idee der linearen Abbildung • Lineare Verarbeitung im visuellen System – abgeleitet von der Netzhautabbildung – forschungsfreundliche Annahme… – was ist das überhaupt?
Lineare Abbildungen f(Urbild)
Lineare Abb. : Homogenität Netzhautabbild *x Stimulus *x
Lineare Abb. : Überlagerung Netzhautabbild + Stimulus +
Lineare Abbildungen • 2 Grundprinzipien: – Homogenität (Gewichtung Urbild = Gewichtung Abbild) – Überlagerung (Abbild = Summe der Einzelteile) • Anwendung auf visuelles System – Linearität nicht nur von Stimulus zu Netzhaut, sondern auch von Netzhaut in visuellen Kortex → Bsp. Nicht-Linearität: Simultaner Farbkontrast • Test durch zusammengesetzte Stimuli
Fourier-Analyse Einfachstes Muster: variiert nur in einer Dimension z. B. Helligkeit in x-Richtung 1. 0 Helligkeit 0. 5 2π 0. 0 1. 0 0. 5 0. 0 7. 5. Harmonische 3.
Fourier-Analyse sinus 2π Enthaltene Komponenten square 2π Um π/4 kleiner Enthaltene Komponenten Um π/4 grösser Fundamentale 3. Harmonische 5. Harmonische 7. Harmonische
square vs. sinus • square lässt sich in sinus zerlegen • Grösste Amplitude: Die Fundamentale → Beeinflusst den Kontrast am stärksten • square vs. sinus mit identischem Kontrast: Fundamentale in square kontrastreicher (um π/4) Bei linearer Abbildungen der Frequenzen: Welcher Stimuli müsste die niedrigere Wahrnehmungsschwelle haben – square- oder sinus-Welle? Warum?
square sinus square/sinus ratio π/4
Campbell & Robson (1968) Sensitivität sinus- vs. square-Welle: • Sensitivität für square grösser • Verhältnis der empirischen Sensitivitäten: square/sinus = π/4 • Entspricht genau dem Amplitudenverhältnis der fundamentalen Einzelfrequenz – spricht für lineare Abb. der einzelnen Frequenzen
square sinus square/sinus ratio Warum fällt die square-Sensitivität bei niedrigen Raumfrequenzen weniger stark ab? π/4
Fourier-Analyse sinus 2π Enthaltene Komponenten square 2π Enthaltene Komponenten Um π/4 grösser Fundamentale 3. Harmonische 5. Harmonische 7. Harmonische
Einfluss der Reizintensität 500 cd / m² sinus square 0. 05 cd / m² sinus square
andere zusammengesetzte Stimuli • Wellenformen, die auch gerade Harmonische enthalten: a b • rectangle-Wellen – duty cycle: a/b – Gewichtung Fundamentale abhängig vom duty cycle • sawtooth-Wellen
rectangle-Sensitivität
Diskriminationsschwelle square vs. sinus • bisher nur Wahrnehmungsschwellen • bei schwellennahem Kontrast: square & sinus erscheinen gleich → Wahrnehmung < Diskrimination → da nur Fundamentale überschwellig Angenommen, Frequenzen werden unabhängig voneinander linear abgebildet… Der Wahrnehmungsschwelle welcher Schwingung entspricht dann die Diskriminationsschwelle zwischen einer square- und sinus-Welle?
Fourier-Analyse sinus 2π Enthaltene Komponenten square 2π Enthaltene Komponenten Um π/4 grösser Fundamentale 3. Harmonische 5. Harmonische 7. Harmonische
Diskriminationsschwelle square vs. sinus Square discrimination sinus threshold 1/3 sinus threshold
Campbell & Robson (1968) • Ergebnisse sprechen für Linearität • Wahrnehmungsschwellen zusammen-gesetzter Stimuli entsprechen denen der fundamentalen Schwingung • Diskriminationsschwellen entsprechen der Schwelle der 1. Harmonischen Schwingung → Verschiedene Raumfrequenzen werden unabhängig voneinander neuronal abgebildet
Diskussion Warum mehrere Frequenzbänder? • nicht das lineare Abbild wurde gemessen (= neuronale Aktivität) • sondern Schwellen, also Entscheidungen • Entscheidungen sind eine weitere Verarbeitung des neuronalen Abbildes – und, da über mehrere Neurone integrierend, vermutlich nicht linear!
uni-resolution-model (Schade) Stimulikomponenten neuronal: lineare Abbildung 1 Kanal nichtlinear Entscheidung Ist da was? uni-resolution-model: ein Kanal für alle Frequenzen → Stimulikombination erzeugen EIN lineares neuronales Abbild → Entscheidung = nicht-lineare Verarbeitung EINES Abbildes → da nicht-linear: Schwellen Einzelkomp. ungleich Schwelle Summe
multi-resolution-model (Schade) Stimulikomponenten neuronal: lineare Abbildungen nichtlinear frequenzspez. Entscheidung Ist da was? multi-resolution-model: frequenzspezifische Kanäle → Stimulikombination erzeugen mehrere lineare neuronale Abbilder → Entscheidung = nicht-lineare Verarbeitung jedes Abbildes → Entscheidung ist frequenzspezifisch → Schwellen Einzelkomponenten determinieren Gesamtschwelle
Diskussion • lineare Verarbeitung • in frequenzspezifischen Kanälen → frequenzspezifische Adaptation
• noch Fragen?
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