Cardinal%20directions%20of%20color%20space%20J.%20Krauskopf,%20D.R.%20Williams,%20D.W.%20Heeley%20Vision%20Research,%2022,%201982

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Cardinal directions of color spaceJ. Krauskopf,
D.R. Williams, D.W. HeeleyVision Research, 22,
1982

• Seminar Visuelle Neurowissenschaften
• Dozent Prof. Dr. Gegenfurtner
• Referentin Claudia Joas

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Überblick

• Farbensehen Grundlagen
• Experiment Grundlagen und Grundgedanken,
  Versuchsaufbau
• Betrachtung verschiedener Einzelaspekte
• Zusammenfassung

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Farbensehen Grundlagen
Drei verschiedene Zapfentypen im Auge reagieren
bevorzugt auf Licht unterschiedlicher
Wellenlängen. Es gibt jedoch starke Überlappungen
der Signale der einzelnen Zapfen.
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Farbensehen Grundlagen
In den Gegenfarbkanälen erfolgt daher eine
Differenzbildung der Signale, die bewirkt, dass
redundante Information ausgeblendet wird.
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Experiment

• Grundfrage von Krauskopf und Kollegen
• Wie genau funktioniert die Interaktion der
  Zapfensignale jenseits der Rezeptorebene?
• Was ist die neuronale Grundlage der
  Gegenfarbmechanismen?

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Experiment Grundgedanken I

• Krauskopf und Kollegen maßen die Adaptation des
  Auges auf farbliche Veränderungen entlang
  verschiedener Achsen des Farbraums.

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Experiment Grundgedanken II

• Vor und nach jeder Adaptationsphase wurden die
  Schwellen für das Entdecken von Farbveränderungen
  gemessen.
• Frage Ändern sich die Schwellen nach der
  Adaptation an bestimmte Farbrichtungen?
• Und, falls ja, an welche?

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Experiment Grundgedanken III

• Ändern sich die Schwellen auch für das Entdecken
  von Helligkeitsunterschieden?
• Schwellenänderungen in bestimmten Farbrichtungen
  würden auf die Existenz neuronaler Pfade
  hinweisen, die speziell diese Farbrichtungen
  verarbeiten.

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Experiment Apparatur

• Gerät Computer-kontrollierter Farbmischer
• Drei Laser mit rotem, grünem und blauem Licht
  ermöglichen die Herstellung aller möglichen
  Farbvariationen mittels additiver Farbmischung.

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Experiment Methode

• Zu Beginn des Experiments stellten die
  Versuchspersonen aus den drei Grundfarben eine
  Mischung ein, die ihnen subjektiv weiß erschien.
• Um Farbänderungen zu erzeugen, wurden die
  Helligkeitsanteile der verschiedenen Laserlichter
  entsprechend erhöht/reduziert. Die
  Gesamt-Helligkeit wurde dabei konstant gehalten.

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Erste Phase

• In der ersten Phase des Experiments wurden auf
  der Grundlage der Gegenfarbtheorie zwei
  provisorische Farbachsen definiert

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Erste Phase
gelb-blau

• Eine provisorische gelb-blau-Achse (P1)
• Eine provisorische rot-grün-Achse (P2)
• Zusätzlich eine Helligkeits-Achse

rot-grün
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Vorgehen

• 1. VP betrachtet ein weißes Feld für 30 sec.
• 2. Schwellenmessung in Rot-Grün-Richtung Ab
  welchem Sättigungsgrad einer gezeigten Farbe
  (rot, bzw. grün) werden Unterschiede zu Weiß
  erkannt?

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Vorgehen

• 3. Habituationsphase VP betrachtet 30 Sekunden
  lang ein Feld, dessen Farbe im Sekundentakt von
  rot nach grün und zurück wechselt.

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Vorgehen

• 4. Erneute Schwellenmessung Wie haben sich die
  Schwellen für das Erkennen von rot und grün
  verändert?
• Für die gelb-blaue Farbrichtung bzw. die
  Helligkeitsdimension ist der Vorgang entsprechend.

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Ergebnis

• Nach Adaptationsphase signifikante
  Schwellenänderungen für Farberkennung
• Betrachtung des Habituationsfeldes für 15
  Sekunden genügte, um maximale Schwellenunterschied
  e zu produzieren.

Change in log threshold
Schwelle nach 15 Sekunden
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Verschiedene Einzelaspekte

• Effekt der Amplitude des Habituationsreizes
• Generalisierbarkeit der Habituation auf andere
  Farbrichtungen
• Farbe und Helligkeit
• Einbahnstraße oder Gegenverkehr sind die
  Farbrichtungen uni- oder bidirektional?
• Exakte Definition der Farbrichtungen

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Amplitude des Habituationsreizes

• Änderungen der Amplitude des Habituationsreizes
  
• Änderungen des Sättigungsgrades der jeweiligen
  Farben
• Wie wirken sie sich auf die Schwellen aus?

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Amplitude des Habituationsreizes

• Je gesättigter die Farben des Habituationsreizes,
  desto größer die Unterschiede der Schwellen vor
  und nach dem Adaptationsprozess.

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Generalisierbarkeit der Habituation

• Erfolgt Adaptation in einer Farbrichtung, werden
  die Schwellen für das Erkennen der Farben dieser
  Richtung erhöht.
• Erhöhen sich auch die Schwellen für das Erkennen
  anderer Farben?

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Generalisierbarkeit der Habituation
gelb-blau-Achse

• Adaptation erfolgte entlang der bekannten
  provisorischen Farbachsen.
• Gemessen wurden anschließend die Schwellen für
  die eingezeichneten acht Farbrichtungen.

rot-grün-Achse
22
Generalisierbarkeit der Habituation Ergebnisse
a)
b)

• Starke selektive Schwellenänderungen!
• Höchste Schwellen in der Habituationsrichtung
  (a gelb-blau b rot-grün).
• Fast keine Schwellenänderung in der orthogonalen
  Richtung.

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Generalisierbarkeit der Habituation Ergebnisse

• c) und d)
• Habituationsachsen wurden um 45 rotiert.
• Ergebnis Schwellenerhöhungen erfolgten nahezu
  gleichmäßig in allen Richtungen.

c)
d)
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Frage an Euch

• Welche Schlussfolgerung würdet Ihr aus diesem
  Ergebnis ziehen?

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Antwort

• Offenbar ist es nicht egal, welche Farbrichtungen
  gewählt werden.
• Die rot-grün- und die blau-gelb-Achse scheinen
  eine besondere Rolle zu spielen.
• Willkürlich gewählte Farbachsen führen nicht zu
  den gleichen Ergebnissen.

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Farbe und Helligkeit

• Die bisherigen Ergebnisse lassen auf zwei
  Farbachsen schließen.
• Gibt es noch eine dritte, eine Helligkeits-, bzw.
  Intensitäts-Achse?
• Versuch Habituationsexperiment mit Stimuli, die
  in Farbe (rot-grün) und in Helligkeit variierten.

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Farbe und Helligkeit Ergebnisse

• Adaptation an einen Stimulus, der nur in der
  Helligkeit variiert, führt zu erhöhten Schwellen
  für Helligkeit, nicht aber für Farbe.
• Dasselbe gilt im umgekehrten Fall.
• Adaptation an Stimuli, die in beiden Aspekten
  variieren, führen zu erhöhten Schwellen für Farbe
  und für Helligkeit.

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Einbahnstraße versus Gegenverkehr

• Die bisher beschriebenen Ergebnisse weisen auf
  drei verschiedene Bahnen hin eine grün-rote,
  eine blau-gelbe und eine Helligkeitsbahn.
• Gibt es nur eine Nervenbahn für rot-grüne
  Farbveränderungen, oder existieren zwei getrennte
  Einbahnstraßen für eine grün-rote vs. eine
  rot-grüne Richtung?
• Ebenso natürlich für blau-gelb vs. gelb-blau und
  hell-dunkel vs. dunkel-hell?

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Einbahnstraße versus Gegenverkehr

• Versuche mit selektiver Habituation in die
  einzelnen Farbrichtungen weisen darauf hin.
• Schwellenänderungen erfolgen selektiv in die
  jeweilige Richtung.
• Es handelt sich also tatsächlich um ein
  Einbahnstraßen-System.

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Exakte Definition der Farbrichtungen

• Die bisher im Versuch verwendeten Farbachsen
  waren willkürlich definiert.
• Suche nach den tatsächlichen physiologischen
  Farbachsen.
• Von den provisorischen Achsen ausgehende
  schrittweise Rotation der Achsen im Farbraum und
  Suche nach den Achsen, die maximale
  Schwellenunterschiede produzieren.

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Exakte Definition der Farbrichtungen Ergebnis
Tatsächliche gelb-blau-Achse

• Die physiologische rot-grün-Achse entspricht der
  provisorischen Achse.
• Die psysiologische gelb-blau-Achse unterscheidet
  sich von der vorher definierten.
• Sie entspricht einer tritanopen Achse.

Provisorische gelb-blau-Achse
Provisorische rot-grün-Achse
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Zusammenfassung

• Die Ergebnisse von Krauskopf und Kollegen weisen
  darauf hin, dass es sechs kardinale
  Farbrichtungen gibt
• Rot-grün, grün-rot, hell-dunkel, dunkel-hell,
  gelb-blau und blau-gelb.
• Diese Befunde entsprechen der Gegenfarbtheorie,
  wobei die gelb-blaue Farbrichtung von der
  erwarteten Linie abweicht.

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Danke für Eure Aufmerksamkeit!