Monokulare Informationen für die räumliche Tiefe

 Wie werden die zwei retinalen, zweidimensionalen Bilder in die
dreidimensionale wahrnehmung umgesetzt?
Auswertung verschiedener Informationen für die räumliche Tiefe
und deren Verknüpfung
 In den Abbildungspositionen einzelner Punkte allein ist keine Information über
die räumliche Gliederung der Umwelt enthalten
 Einzelpunkte  unmittelbare Träger für Entfernungsinformation
 Von beiden Augen werden etwas verschiedene Sichten der Umwelt
aufgenommen
 Dem visuellen System steht eine Reihe von Informationen zur Verfügung:
a) okulomotorische Informationen für die räumliche Tiefe
 ergeben sich aus der Fähigkeit, die Konvergenzstellung und die
Akkommodation auszuwerten
b) Monokulare Informationen für die räumliche Tiefe
 diejenigen räumlichen Informationen, die sich aus der Struktur in
einem unbewegten Bild entnehmen lassen
c) bewegungsinduzierte Informationen für die räumliche Tiefe
 entstehen zusammen mit der Bewegung des Beobachters oder
der Bewegung von Objekten in der Umwelt
d) Stereoskopische Informationen für die räumliche Tiefe
 Hauptquelle dafür, dass wir den uns umgebenden Raum
dreidimensional wahrnehmen und dass wir feines Unterscheiden
bezüglich räumlicher Distanzen machen können
 basieren auf dem „Vergleich“ der geringfügig unterschiedlichen
Sichten auf eine Szene
 Verarbeitung umfasst:
 Extraktion komplexer Regelmäßigkeiten aus den retinalen Abbildungen
 Sensumotorische Zusammenarbeit in der Verarbeitung
 Leistungen basieren auf:
 Genetisch determinierte Eigenschaften
 Lernen
 Systemtheorie: theoretische Beschreibung des Zusammenwirkens mehrfach
erhobener Informationen und der sensumotorischen Zusammenarbeit
Okulomotorische Informationen für die räumliche Tiefe
 Beruhen auf Signalen, die in den Augen entstehen, wenn sie sich einwärts
oder auswärts drehen, um Objekt in der Nähe oder Ferne zu erfassen =
Konvergenz/ Divergenz
 Gehen auch auf Formveränderung der Linse beim fixieren zurück =
Akkommodation
1. Konvergenz und Akkommodation
 Konvergenzwinkel
 Aus den Steuerungs- und Rückmeldesignalen, die mit den Änderungen
der Konvergenz und der Akkommodation einhergehen, kann das
visuelle System Informationen für die räumliche Tief entnehmen
Grund: Augenstellung und Linsenform hängen systematisch mit dem
Abstand des beobachteten Objekts zusammen
Monokulare Informationen für die räumliche Tiefe
 Ergeben sich ais strukturellen Regelmäßigkeiten in Abbildungen , die mit der
Entfernung kovariieren
 Tiefeninformationen nennt man monokular, weil sie auch mit nur einem Auge
wirksam sind
1. Verdecken von Objekten
 Verdecken liefert keine Informationen über die Entfernung des Objekts,
sondern gibt nur relative räumliche Tiefe an
2. Relative Höhe im Gesichtsfeld
 Objekte, die sich im Gesichtsfeld weiter oben, also an höherer Position
befinden, werden gewöhnlich als weiter entfernt gesehen
 Objekte, die oberhalb der Horizontlinie Liegen, erscheinen entfernter,
wenn sie im Gesichtsfeld an niedriger Position stehen
3. Relative Größe im Gesichtsfeld
 Wenn zwei Objekte physikalisch gleich groß sind, so nimmt der nähere
einen größeren Teil des Gesichtsfeldes ein  Regelmäßigkeit der
relativen Größe im Gesichtsfeld kann für Tiefenwahrnehmung genutzt
werden
4. Atmosphärische Perspektive
 Grund dafür, dass wir entfernte Objekte weniger scharf sehen, weil wir
dabei durch Luft schauen müssen
 Je weiter ein Objekt entfernt ist, desto mehr Luft und Partikel liegen auf
unserer Sichtlinie
5. Gewohnte Größe von Gegenständen
 Gewohnte Größe eines Gegenstandes beeinflusst die Wahrnehmung
dessen räumlicher Tiefe
 Wissen über Größe eines Objekts unter bestimmten Bedingungen
beeinflusst, wie weit entfernt wir Objekte wahrnehmen
 Tiefeninformation „Gewohnte Größe“ am effektivsten, wenn andere
Tiefeninformationen weitgehend fehlen
6. Lineare Perspektive
 Zeichnen mit linearer Perspektive  Darstellung räumlicher Tiefe auf
zweidimensionalen Flächen
 Wenn ein Bild linearperspektivisch gezeichnet ist, konvergieren die
Linien in der Ferne, die in der Wirklichkeit parallel verlaufen
 Je größer die Entfernung, desto stärker nähern sie sich einander 
Vereinigung im Fluchtpunkt
 Diese Konvergenz, die Tiefeninformation enthält, bezeichnen wir als
Tiefeninformation der linearen Perspektive
7. Texturgradient
 Texturgradienten entstehen in der Regel auf der Fläche, auf der der
Beobachter steht oder sich fortbewegt
 Tiefeninformation mit dem Boden verbunden  Wahrnehmung der
räumlichen tiefe verschlechtert sich, wenn man den Boden wegnimmt
 Annahme, dass der Boden mit seiner Textur ein Referenzsystem
darstellt, das die Entfernungswahrnehmung erleichtert
Bewegungsinduzierte Informationen für die räumliche Tiefe
1. Bewegungsparallaxe
 Wir sehen Objekte in der Nähe rasch vorüberziehen, wenn wir an ihnen
vorbeigehen – weiter entfernte sehen wir dabei sich langsamer
bewegen
 Dieser Geschwindigkeitsunterschied heißt Bewegungsparallaxe =
Kriterium zur Wahrnehmung räumlicher Tiefe auf der Basis der
relativen Geschwindigkeit zwischen uns und den Objekten
 Erklärung: wenn sich ein Objekt von links nach rechts bewegt,
verschiebt sich das nahe Objekt um ein großes Stück auf der Netzhaut
und bewegt sich daher rasch durch das Gesichtsfeld des Beobachters
Das ferne Objekt dagegen legt eine viel kürzere Strecke auf der
Netzhaut zurück und bewegt sich daher viel langsamer durch das
Gesichtsfeld des Beobachters
2. Fortschreitendes Zu- oder Aufdecken von Flächen
 Wenn zwei Flächen sich in unterschiedlicher Entfernung befinden,
bewirkt jede Bewegung, die nicht zu diesen Flächen senkrecht verläuft,
dass sie als relativ zueinander bewegt gesehen werden
 hintere Fläche wird von der vorderen zugedeckt, wenn sich der
Beobachter in die eine Richtung bewegt und
 aufgedeckt, wenn er sich in die anderer Richtung bewegt
 Zudecken und Aufdecken hängen mit der Bewegungsparallaxe
zusammen und überlappen mit ihrer Wirkung
 Sie treten immer auf, wenn überschneidende Flächen sich relativ
zueinander bewegen
Querdisparation und stereoskopisches Sehen
 Querdisparation = binokulare Disparation = binokulare Tiefeninformation
 Beide Augen sind daran beteiligt
 Annahme von zwei geringfügig unterschiedlichen Bildausschnitten der Welt
Bild linkes Auge
Querdisparation
Bild rechtes Auge
Stereopsis (Wahrnehmung
räumlicher Tiefe)
 Charles Wheatstone: Bau eines Stereoskop
1. Korrespondierende Netzhautpunkte
 Jedem Punkt auf der einen Netzhaut entspricht ein Punkt auf der
anderen
 Korrespondierende Netzhautpunkte = Orte auf jeder der beiden
Netzhäute, die mit denselben Ortswerten im visuellen Cortex
verbunden sind
 Horopter = gedachter Kreis, der durch den Fixationspunkt und die
optischen Mittelpunkte der beiden Augen führt
 Liegen Objekte nicht auf dem Horopter, fallen ihre Bilder auf
nichtkorrespondierende Netzhautpunkte (disparate Punkte)
 Zentral für die binokulare Wahrnehmung räumlicher tiefe:
„Je weiter das Objekt vom Horopter entfernt ist, desto größer ist der
Disparationswinkel.“
 Wenn Objekte vor dem Horopter liegen  Abbildungen liegen in
Richtung auf die äußeren Netzhautbereiche  gekreuzte
Querdisparation
 Wenn Objekte außerhalb des Horopters liegen  Abbildungen liegen
auf den inneren teilen der Netzhaut  ungekreuzte Querdisparation
 Querdisparation liefert Informationen darüber, wie weit ein Objekt von
unserem Blickpunkt entfernt ist
2. Zufallsstereogramme
 Querdisparation = einzige Tiefeninformation in Stereogrammen 
Tiefenwahrnehmung kann nur von ihr kommen
 Querdisparation allein kann zur Wahrnehmung räumlicher tiefe führen
 Es gibt Neuronen im primären und extrastriären Cortex, die selektiv auf
Querdisparation reagieren
3. Neuronale Verarbeitung der Querdisparation
 Zellen im visuellen Cortex (V1), die optimal auf reize reagieren, welche
auf Punkte fallen, die auf den beiden Netzhäuten durch einen
bestimmten Querdisparationswinkel getrennt sind = Zellen für
räumliche tiefe/ Querdisparationsneurone
 Zellen reagieren nicht, wenn man korrespondierende Netzhautpunkte
gleichzeitig in den beiden Augen mit einem Streifen kreuzt, der sich von
links nach rechts oder umgekehrt bewegt
 Zelle reagiert aber, wenn man die Querdisparation dieses Streifens
erhöht
 Einige Neuronen reagieren optimal auf eine Querdisparation von null
oder fast null und viele reagieren entweder auf gekreuzte oder
ungekreuzte Querdisparation
 Querdisparationsneurone wurden auf allen Stufen des visuellen Cortex
der dorsalen Verarbeitungsbahn gefunden: V2, V3, MT und MST
 Verlust binokularer Neurone  Verlust stereoskopischen Sehens
 Querdisparationsempfindliche Neurone sind für das stereoskopische
Sehen verantwortlich
 Um Querdisparation richtig entschlüsseln zu können, muss das visuelle
System Punkte aus der einen retinalen Abbildung mit ähnlichen
Punkten aus der anderen Abbildung in Übereinstimung bringen
4. Das Korrespondenzproblem beim Stereosehen
 Da die meisten Dinge in der Welt gut voneinander zu unterscheiden
sind, lässt sich eine Abbildung eines Objekts auf der rechten Netzhaut
leicht mit der Abbildung desselben Objekts auf der linken Netzhaut
vergleichen
5. Das Autostereogramm
 Technisch wird der Autostereogrammeffekt dadurch erreicht, dass sich
entsprechende Bildteile innerhalb des Bildes wiederholen und so eine
Querdisparation erzeugen, wenn man das Bild mit divergierten, also auf
unendlich eingestellten Augen, betrachtet
Welche Tiefeninformationen nutzen Tiere?
 Viele Tiere könne Entfernungen in ihrer Umwelt gut einschätzen
 Katzen und Affen:
 Frontal angeordnete Augen
 Besitzen querdisparationsempfindliche Neurone
 Können räumlich Tiefe wahrnehmen
 Kaninchen:
 Seitlich liegende Augen
 Keine überlappenden visuellen Felder
 Keine Nutzung der Querdisparation
 Aber bessere „Rundumsicht“
 Tauben:
 Erfüllen Voraussetzungen für stereoskopisches Sehen nur teilweise
 Augen sitzen an Kopfseite
 Gesichtsfelder des rechten und linken Auges überlappen sich zum
größten Teil nicht
 Kleiner Bereich binokularen Sehens vor ihrem Schnabel
 Frösche und Kröten:
 Stereoskopisches Sehen zur Wahrnehmung räumlicher Tiefe vorhanden
 Insekten:
 Bewegungsparallaxe = wichtigste Information zur
Entfernungsabschätzung
 Heuschrecke:
 Beurteilt die Entfernung anhand der Amplitude der
Abbildungsverschiebungen auf der Netzhaut
 Honigbiene:
 Nutzt Information aus den Bewegungen im Netzhautbild beim Flug über
ein Feld, um die Distanzen zwischen nahen und fernen Blüten zu
bestimmen
 Fledermäuse:
 Echo-Ortung = Aussendung von akustischen Signalen  Ortung von
Objekten dadurch, dass sie Zeitdifferenz zwischen den ausgesandten
Impulsen und den Echos auswerten
Wahrnehmung der Größe von Objekten
 Hängt unmittelbar mit der Wahrnehmung der räumlichen tiefe und Entfernung
zusammen
 Whiteout = heimtückisches Wetterphänomen
 Dabei wird diffuses Licht, das durch die dicke Wolkendecke dringt, vom
Schnee und dann wieder von den Wolken reflektiert und gestreut, so
dass der Horizont und Oberflächenkonturen sich aufzulösen scheinen
und man nur von gleißender Weiße umgeben ist
 Unsere Wahrnehmung von Größe von Objekten kann sich unter bestimmten
Bedingungen dramatisch verschlechtern
 Wahrnehmung der Größe von Objekten hängt von deren wahrgenommener
Entfernung ab
 Sehwinkel
 Hängt von der Größe des Objekts und von dessen Entfernung vom
Beobachter ab
 Hängt direkt mit der Größe der Abbildung dieses Objekts auf der
Netzhaut zusammen
 Sehwinkel = Größe auf der Netzhaut
1. Größenkonstanz
 Veränderung der Größe eines Bildes auf der Retina einer anderen
Person beeinflusst kaum oder gar nicht, wie diese Person ihre Größe
wahrnimmt
 Wir nehmen Größe eines Objekts relativ konstant wahr, auch wenn sich
die Größe seiner Abbildung auf der Netzhaut verändert =
Größenkonstanz
 Bei vollständiger Größenkonstanz nehmen wir die physikalische Größe
eines Objekts richtig wahr, egal, wie weit es von uns entfernt ist oder
wie groß seine Abbildung auf unserer Netzhaut ist
 Phänomen der Größenkonstanz kann nur dann zustande kommen,
wenn für die Wahrnehmung der Größe eines Gegenstandes neben der
Größe der retinalen Abbildung noch weitere Informationen, welchen der
Objektentfernung entsprechen, mit verrechnet werden
 Bei größeren Entfernungen wird die Wahrnehmung der Größe von
Gegenständen stärker vom gesamten Bedeutungskontext, dem Grad
der Auflösung der Einzelheiten und dem Wissen über die größe
bestimmt
2. Größenkonstanz und Entfernungswahrnehmung
 Entfernung der Tiefenkriterien  Größenkonstanz wir eliminiert 
Wahrnehmung der Größe entspricht exakt dem jeweiligen Sehwinkel
 Annahme von der Existenz eines Kompensationsmechanismus in der
Wahrnehmung, der die Größenkonstanz durch eine geeignete
Umrechnung herbeiführt
 Aufgrund der Gesetzmäßigkeiten in der Projektion von Objekten auf der
Retina, verkleinert sich der Sehwinkel eines Objekts bei der
Vergrößerung des Beobachtungsabstandes  diese Abhängigkeit
muss durch eine interne Verarbeitung kompensiert werden
 Kompensationsmechanismus korrigiert die Wahrnehmung der Größe 
System besitzt eine interne Korrektur der Relation-Größe-Entfernung
 Beziehung zwischen der wahrgenommenen Entfernung eines
Nachbildes und seiner wahrgenommenen Größe nennt man
Emmert’sches Gesetz:
„Je weiter entfernt ein Nachbild gesehen wird, desto größer wird es
wahrgenommen.“
 Emmert’sches Gesetz: Gw = K (Gn Dw)
 Gw = wahrgenommen Größe des Nachbildes
 K = Konstante
 Gn = Größe des Netzhautbildes
 Dw = wahrgenommene Distanz des Nachbildes
 Retinal Größe und Objektentfernung müssen im visuellen System
gemeinsam verarbeitet werden, um in der Wahrnehmung die
Größenkonstanz zu erreichen
Das Kompensationsprinzip als Verarbeitungsmethode bei
Wahrnehmungskonstanzen
 Wahrnehmung richtet sich auf „lebensrelevante Umgebung“ (=Dingwelt)
 Von der Dingwelt zu unterscheiden sind die ummittelbar an den
Sinnesorganen eintreffenden reize, die in das Geschehen im Organismus
übersetzt werden
 Resultat der Wahrnehmung = Erlebnisse, die auf die Dinge der Umgebung
abzielen
 Unterscheidung in:
 Distale Reize = Fernreize  Gegenstandsmerkmale
 Proximale Reize = Nahreize  Reizmuster an den Sinnesorganen
 Neuronale Verarbeitung
 Wahrnehmungsresultat
 Um Wahrnehmungskonstanzen erreichen zu können. Steht das visuelle
System vor der Aufgabe, Gegenstandsmerkmale valide auch dann zu
ermitteln, wenn die Reizmuster an den Sinnesorganen keine direkte
Entsprechung für diese Merkmale beinhalten
 Retinale Größe der Person allein enthält keine ausreichende Information, um
ihre wahre Größe zu ermitteln
 Wahrnehmung ist auf Gegenstandsmerkmale ausgerichtet
 Ziel der Wahrnehmung ist, dass der Wahrnehmungsinhalt dem
Gegenstandsmerkmal möglichst gut entspricht
 Wahrnehmungssystem erreicht die dadurch, dass es die Interferenz in der
Verarbeitung zunichte macht, indem es sie mit umgekehrtem Vorzeichen
wiederholt
 Um eine vollständige Konstanz erreichen zu können, muss die Interferenz in
vollem Umfang durch die Verarbeitung kompensiert werden =
Kompensationsprinzip
 Wie gut die Kompensationsleistung gelingen kann, hängt davon ab, mit
welcher Genauigkeit das Wahrnehmungssystem die Kompensationsgröße (k)
ermitteln kann:
 Kompensationsgrößen können aus anderen Wahrnehmungssystemen
stammen oder
 Aus efferenten motorischen Signalen, mit denen die
Informationsverarbeitung gesteuert wird
 Kompensationsgrößen können aus mehreren Quellen ermittelt werden
 Verschiedene Konstanzen:
 Vertikalkonstanz  Aufrechterhaltung der visuellen Vertikalen, auch bei
Kopfneigung
 Richtungskonstanz  gesehene Richtung von Objekten bleibt gegenüber
den willkürlichen Augenbewegungen konstant
 Wahrnehmungskonstanzen = wichtige aktive Leistungen der
wahrnehmungssysteme  tragen zur räumlichen und zeitlichen Stabilität bei
1. Weitere Bedingungsfaktoren für die wahrgenommene Größe
 Objektentfernung = Hauptfaktor
 Andere Informationen:
 Relative Größe der Objekte
 Komplexere invariante Informationen
 Alltagserfahrung stark von Größenkonstanz beherrscht
Geometrisch-optische Größentäuschungen
1. Müller – Lyer’sche Täuschung
 Fehlwahrnehmung der Größe
 Erklärbar durch Fehlwirkung der Größenkonstanz
 Normalerweise sorgt die Größenkonstanz für eine stabile
Objektwahrnehmung, indem sie die Entfernung einkalkuliert
 Dieser Mechanismus kann Täuschungen erzeugen, wenn er auf ein
zweidimensionales Objekt angewandt wird
 Wahrnehmungssystem berücksichtigt automatisch enthaltene
Tiefeninformation  Korrekturmechanismus für die Relation-GrößeEntfernung lässt eine Linie schrumpfen, die andere wachsen
2. Ponzo-Täuschung oder Bahngleis-Täuschung
 Wahrnehmung der Größe wird von der Gesamterstreckung der
Linienkonfiguration beeinflusst
 Länge der Linien wird von zwei Bedingungen beeinflusst:
 Tatsächliche Linienlänge
 Gesamtlänge der Konfiguration
 Beide Informationen werden für die Wahrnehmung der Linienlänge
zusammengefasst
 Nicht alle „Längentäuschungen“ müssen im visuellen System auf
dieselbe Art ausgewertet werden
3. Der Ames’sche Raum
 Grund für Irrtum = Konstruktion des Raumes
 Hintere Wand und Fenster sind geometrisch so geformt, dass der raum
von einem bestimmten Standpunkt aus wie ein ganz normaler,
rechteckiger Raum wirkt
 Ames’scher Raum aber so gebaut, dass seine linke Ecke fast doppelt
so weit vom Beobachter entfernt liegt wie seine rechte Ecke
 Visuelle Wahrnehmung stützt sich auf die einzige verfügbare
Information = Sehwinkel der beiden Frauen
4. Die Mondtäuschung
 Mond erscheint, wenn er knapp über dem Horizont steht, viel größer zu
sein als hoch am Himmel
 Gängige Erklärung dafür  Entfernungswahrnehmung: sowohl der tief
stehende als auch der hoch stehende Mond haben denselben
Sehwinkel. Von Objekten mit gleichem Sehwinkel aber
unterschiedlicher Entfernung wird dasjenige als größer
wahrgenommenen, das als weiter entfernt wahrgenommen wird
 Die größere wahrgenommene Größe des tief stehenden Mondes wird
stark davon beeinflusst, dass man ihn über dem Gelände sieht, so dass
er ferner wirkt
 Weitere Theorie zur Mondtäuschung = Erklärung durch
Sehwinkelgrößenvergleiche
 Mondtäuschung lässt sich am besten durch eine Kombination von
Faktoren erklären:
 Atmosphärische Perspektive
 Farbe
 Okulomotorische Faktoren...
Plastizität der Wahrnehmung
1. Sensitive Perioden in der Entwicklung des binokularen Sehens
 Wahrnehmungsentwicklung kann von der Umwelt stark beeinflusst
werden
 Dieser Einfluss ist am stärksten während einer frühen Phase im Leben
 Sensitive Perioden für die Entwicklung bestimmter
Wahrnehmungsleistungen
2. Auswirkungen der Einschränkung auf monokulares Sehen bei Kindern
 Amblyopie = stark verminderte Sehschärfe eines Auges, die bei
Menschen deshalb auftritt, weil sie als Kleinkinder aufgrund einer
operationsbedingten Abdeckung eines der beiden Augen dieses nicht
benutzen konnten
 Bei allen Probanden war das betroffenen Auge zu einem frühen
Zeitpunkt (1.Lebensjahr) verschlossen worden 
Reizdeprivationsamblyopie
Die Zusammenarbeit der Sinne
1. Visueller und auditiver Raum
 Sehen und Hören = wichtigste Quelle für Raumwahrnehmung
 Raumwahrnehmung baut zusammen mit den kognitiven Prozessen
eine innere Repräsentation des Raumes auf, in die der Beobachter
selbst eingeordnet ist
 Diese dreidimensionale Repräsentation liefert Basis für räumliche
Orientierung des Handelns
 Innere Repräsentation = Resultat einer komplexen Auswertung
 Einzelne Informationen beinhalten v.a. Richtungen und Abstände von
Objekten relativ zum Standort des Beobachters
 Visuelle und auditive räumliche Informationen müssen aufeinander
abgestimmt werden
 Weichen sie voneinander ab, wendet das Wahrnehmungssystem eine
Auswertungsregel an, die dem präziserem Raumwahrnehmungssystem
(=Sehen) das größere Gewicht zuweist
 Visuelle Dominanz führt zu einer einheitlichen Wahrnehmung
 Visuelle Dominanz = Bauchredner-Effekt = Ventriloquismus-Effekt
 Am Aufbau der Raumwahrnehmung und der kognitiven Landkarte sind
nicht nur Sehen und Hören, sondern alle Sinnessysteme beteiligt