Hallo liebe Experten,
ich formuliere es mal kurz und prägnant:
Wieso kann das menschliche Auge Helligkeitsunterschiede weniger gut erkennen als Homogenitätsunterschiede? Und warum kann man eine „schleichende Inhomogenität“ schlechter erkennen als einen Homogenitätssprung?
Für eure Meinungen oder besser richtige Antworten wäre ich euch sehr dankbar.
MfG
Leax
Hallo leax,
warum
kann man eine „schleichende Inhomogenität“ schlechter erkennen
als einen Homogenitätssprung?
es scheint so, als ob das Auge Kontraste über eine Ableitung der Helligkeitsverteilung wahrnimmt. Wenn also ein Homogenitäts (aber auch Helligkeitssprung) stattfindet, ist die ‚erste Ableitung‘ groß und das Auge kann es gut wahrnehmen.
Gandalf
Hallo @beide,
die Nervenzellen hemmen sich bei Reizung gegenseitig (in der unmittelbaren Umgebung - abklingend). Das verstärkt den Kontrast stärker, als einen Helligkeitsgradienten unterscheiden kann.
Stephan
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Logarithmische Empfindlichkeit
Hi,
Auf den ersten teil deiner Frage gibt es eine sehr einleuchtende physikalische Erklärung.
Die Intensitätsempfinden der meissten menschlichen Sinne (vor Allem Auge und Ohr) sind logarithmisch.
Den Nachteil davon hast du in deiner Frage ja schon dargestellt:
Unempfindlichkeit bez. Helligkeitsunterschied.
So, und jetzt der alles überwiegende Vorteil:
Angenommen man könnte 100 Intensitätsstufen unterscheiden.
Bei linearem Sinnesempfinden würde man dann zB. unsinnigerweise die Helligkeit von 89 oder 90 gleichzeitig brennenden Glühbirnen unterscheiden können, während man dann tragischerweise nicht mehr unterscheiden könnte, ob eine Glühbirne ganz, halb oder nur schwach leuchtet.
Die Bandbreite der Wahrnehmung wäre also stark eingeengt und die Empfindlichkeit aber dafür sehr gross.
Tatsächlich kann das Auge jedoch unterscheiden:
1 oder 2 atomare Lichtblitze (Szintillationsdetektor),
1 oder 2 schwache LED´s, 1 oder 2 Glühbirnen, 1 oder 2 Flutlichter, Prallsonne oder bedeckter Himmel.
Die Bandbreite ist also riesig, dafür jedoch die Empfindlichkeit gering.
Beim Ohr ist es noch extremer. Das Ohr deckt glaube ich 12 Zehnerpotenzen ab, das Auge 10 (kann mich in den Zahlen auch täuschen, jedenfalls übertreffen die menschlichen Sinnesorgane in Punkto Bandbreite die meissten technischen Messgeräte).
Gruss,
Hallo Donath,
man kann nicht sowohl eine hohe „Auflösung“ als auch einen großen dynamischen Bereich haben. Will heißen: Das Erkennen kleiner absoluter Unterschiede muß mit der Einschränkung des dynamischen Bereichs erkauft werden. Das ist für das Auge inakzeptabel, da man ja sowohl in der Dämmerung als auch bei gleißendem Sonnenschein was sehen will. Die Sehzellen logarithmieren praktisch die Lichtintensität. Dadurch können gleich relative Intensitätsunterschiede über einen riesigen Intensitätsbereich gleich gut erkannt werden.
Helligkeitsunterschiede werden am Kontrast der Grenzen festgemacht. Damit das gut geht, hat das Auge ein Mechanismus zur Kontrastverstärkung. Das funktioniert, indem sich benachbarte Sehzellen bei Lichteinfall gegenseitig hemmen, und zwar umso stärker, je mehr Licht einfällt. Eine benachbarte Zelle, die etwas weniger Licht abbekommt ist erstens weniger aktiviert und zweitens stärker gehemmt. Das Prinzip nennt sich „laterale Inhibition“. Unter dem Stichwort findest du in google sicher anschauliche Quellen.
Trotzdem will ich’s mit einer Skizze versuchen:
Auf die linke Sehzelle fällt Licht der Intensität 8, auf die rechte mit der halben Intensität (4). Ohne laterale Hemmung ist der Kontrast also 8:4 = 2:1.
8 4 Licht
v v
O O Sehzellen
| |
O O Folgeschicht (Neuronen in der Netzhaut)
v v
8 4 Kontrast 8:4 = 2:1
Nun das selbe mit lateraler Hemmung der Stärke 0.25. Die linke Sehzelle wird mit 8 aktiviert und hemmt die Nachbarzelle der Folgeschicht (rechts) mit 0.25x8=2.
Die rechte Sehzelle wird mit 4 aktiviert und hemmt die linke Zelle der Folgeschicht mit 0.25x4=1.
Die linke Zelle der Folgeschicht wird aktiviert mit 8 und gehemmt mit 1, macht in der Summe 8-1=7.
Die rechte Zelle wird entsprechend aktiviert mit 4 und gehemmt mit 2, macht 4-2=2.
Als „gesehener“ Kontrast ergibt sich nun 3.5:1, also ein fast doppelt so hoher Kontrast wie ohne laterale Hemmung.
8 4 Licht
v v
O O Sehzellen
|X| laterale Hemmung (x0.25)
O O Folgeschicht
v v
7 2 Kontrast 7:2 = 3.5:1
Gruß
Jochen