Die Entwicklung eines frühen Verarbeitungsmodells von Helligkeitswahrnehmung: Experimente und Theorie

• Antragstellerin: Professorin Dr. Marianne Maertens
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine, Kognitive und Mathematische Psychologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315679826

Das Ziel des Projektes besteht darin herauszufinden, wie das visuelle System aus dem sensorischen Eingangssignal in der Netzhaut sinnvolle Wahrnehmungskategorien extrahiert. Speziell untersuchen wir, wie aus dem Luminanzsignal in der Retina das Wahrnehmungsattribut der Oberflächenhelligkeit berechnet wird. Derzeit existiert kein computationales Modell, das die Vorhersage von Helligkeit aus dem retinalen Luminanzsignal erlaubt.Helligkeitswahrnehmung ist deswegen ein schwieriges computationales Problem, weil das Luminanzsignal mehrdeutig ist. Derselbe Luminanzwert in der Retina kann auf verschiedene Kombinationen aus Oberflächenreflexionsvermögen und Beleuchtung in der Aussenwelt zurückzuführen sein. Traditionell wurde Helligkeitswahrnehmung mit stark vereinfachten Reizmustern untersucht, in denen die Luminanzwerte von einem Infeld- und einem Umfeldreiz variiert wurden. Solche Reizanordnungen enthielten keinerlei Information über die Eigenschaften der betrachteten Oberflächen oder die Tiefenanordung und Beleuchtung der Oberflächen in der Szene. Mehrere neuere Untersuchungen legen nahe, dass diese eher unnatürlichen Reizanordnungen unser Verständnis von Wahrnehmungsprozessen unter realistischen Bedingungen und den ihnen zugrunde liegenden Mechanismen behindert haben. Die so vereinfachten Reizanordnungen waren möglicherweise auf eine Art und Weise mehrdeutig, wie es unter natürlicheren Bedingungen gar nicht vorkommt. In dem hier beschriebenen Projekt verfolgen wir einen anderen Ansatz. Die Reize, die wir benutzen, sind Schachbrett-Muster, deren Schachfelder in vielen Abstufungen zwischen schwarz und weiss variieren. Die Schachbrett-Muster sind computer-gerenderte Bilder von dreidimensionalen Szenen, in denen die Reflektanzen der Schachfelder, sowie deren Beleuchtung genau kontrolliert werden können. Diese Art von Stimuli haben sich als gut kontrollierbares Experimentalparadigma erwiesen, um die Wahrnehmungsleistung in Bezug zu den Eigenschaften visueller Stimuli in der Aussenwelt zu erfassen. Sie sind einfach genug, um sie als echte 3D-Modelle nachzubauen und gleichzeitig erlauben sie die sukzessive Erhöhung der Komplexität, um den Einfluss verschiedener Mechanismen der Szenensegmentierung auf die Helligkeitswahrnehmung zu untersuchen. Zur computationalen Modellierung der untersuchten Phänomene werden wir ein Modell früher visueller Verarbeitung weiterentwickeln, das auf Kontrasten an Luminanzkanten basiert, und das bereits die Vorhersage von wahrgenommener Helligkeit in verschiedenen Kontexten erlaubt. Das Modell soll als Ausgangspunkt und theoretischer Rahmen für die Weiterentwickling eines Verarbeitungsmodells dienen, das auch auf die in diesem Vorhaben beschriebenen Forschungsfragen anwendbar ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen