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Das wellenlängenunterscheidungsvermögen des auges an spektren linearer dispersion
Vision Rcs. Vol. 10, pp. 887-890. Pcrgamon Press 1970. Printed in
GreatBritain.
DAS ~LLENL~NGEN~TE~S~~EIDUNGSVER~~GEN DES AUGES AN SPEKTREN LINEARER DISPERSION H. MIJNKERund B. KRATZER Institut ftir medizinische
Optik, Miinchen, Germany
(Received 21 JuriuqY 1970) EINLEITUNG Reihe von Anhaltspunkten daftir, dab die Wahrnehmung von Farbton und Sattigung im menschlichen Auge mit geringerer Bandbreite erfolgt als die Wahrnehmung von Leuchtdichteunterschieden (SCHOBER und MUNKER, 1967). Die Wirkung dieser geringeren Bandbriete mu&e sich im Eindruck einer Verwaschung beim Betrachten der Kante zwischen verschiedenfarbigen Feldem lugern. Da dieser Eindruck normalerweise nicht auftritt, mu13 man annehmen, da13 in hijheren Zentren wieder eine Kompensation dieser Verwaschung auftritt. Da einmal verlorene Information dabei nicht wider gewonnen werden kann, muB die von einem Feld A in ein Feld B “hineinverwaschene” Farbe in einem bestimmten Bereich von B ~~gernis~ht und dort homogen verteilt sein. Die homogene Farbe reicht dann bis zu Kanten, dereu Lage von hoherfrequenten Komponenten der Helligkeitsinformation bestimmt sein diirfte. Diese Homogenisierung der Verschmierung miiBte such bei kleinen Feldem stattfinden, die schon im Objektraum eine kontinuierliche Farbtonveranderung zeigen. “Farbgradienten” wilrden hierbei eingeebnet. Diese Einebnung sollte andererseits durch eine Kante oder einen Strich innerhalb des Feldes gemindert oder gehindert werden. Es GIBT eine
APARATUR
VND
DURCHFUHRUNG
DER
EXPERIMENTE
Zur Uberprtifung dieser Hypothesen wurden Schwellenwerte fiir Farbgradienten gemessen. Der Farbgradient bestand aus einem Ausschnitt eines Spektrums linearer Dispersion. Das Schwellenkriterium war die Erkennbarkeit der Richttmg, in der daa rote Ende des Spektrums lag. Das Spektrum wurde in Projektion eines verlaufenden Interferenzfllters erzeugt, wobei durch ein neutrales Ko~ektu~lter die Leuchtdichte des Spektrums zwischen 420 und 650 mn mit & 15% konstant bei 125 cd/m’ lag. Der Einflul3 der Restunterschiede der Leuchtdichte im Spektrum war aller Wahrscheinlichkeit nach zu vemachlassigen, da ein Parallelversuch mit erheblich griil3eren Leuchtdichteunterschieden praktisch die gleichen Ergebnisse zeigte. Es wurde aus zwei Abstanden, namlich 0,45 und (4.5) m beobachtet. Das Testfeld hatte dabei eine Hohe von 3,5” (22’) und eine variable Breite mit IO’ (1’) Sehwiukel/nm Wellen18ngenunterschied. Ein Umfeld von 50 x 60" (5 x 6") hatte eiue Leuchtdichte von 75 cd/m2. In- und Umfeld waren durch eine schwarze Blende getrermt. Ein Phoropter war zur Korrektur der chromatischen Aberration des Auges vorgesehen. Die Messungen wurden nach der Methode der erzwungenen Wahl durchgefiihrt: Es erfolgten je 25 Darbietungen mit dem roten Ende des Spektrums links und 25 rechts in statistischer Folge. DieDarbietungszeit lag bei 1 sec. Diese 50 Darbietungen wurden zuerst mit 1 nm Wellenlangendifferenz zwischen linkem und rechtem Rand des Testfeldes, dann mit 2 nm, 3 run usw., so lange durchgefiihrt, bis 90% oder mehr der Antworten der Testperson richtig waren. Die Schwelle wurde nach Eintragen der Ergebnisse und der Regressionsgeraden bei 75 % richtigen Antworten, also 50 % oberhalb der Ratewahrscheiniichkeit gewahh. Die Streuung wurde aus der Steigung der Regressionsgeraden ermitteh. ERGEBNISSE
Die Kurven in Abb. 1 bis 4 zeigen die Ergebnisse. Abb. 1 und 2 sind den aus der Literatur bekannten Kurven sehr ?ihnlich, die Schwellen liegen allerdings hoher, als die 887
H. MUNRERmm B. irbUV.ER
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210
/ 450
I 500
I 550 X,
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2.
Wie Abb. 1,
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0.45 m Bcobakhmgsabstand
h,
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und 0.1 nm pm S&wiUkehinute.
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Aaa. 3. Wk Abb. 2, ahcr das mittlue Drittul des Tmtfeldes durch eincn Balken aus&km&t.
E E
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2-
G -0 cl
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nm
4. IXtYerenzder Kurvcn aus Abb. 2 und Abb. 3.
Das Wellenlangenunterscheidungsvermogen
des Auges an Spektren linearer Dispersion
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mit scharf aneinandergrenzenden Feldern gewonnenen. Dieset Unterschied entspricht den Erwartungen, da scharfe Grenzen bei fast allen physiologisch-optischen Messungen zu den niedrigsten Schwelien fiihren. Die Kurven in Abb. 12hneln denen von JONES(1917) und STEINDLER(1906), wlhrend die aus Abb. 2 der Rurve von WRIGHT und PITT (1934) mehr entspricht. Als wesentliches Ergebnis ist in Abb. 3 zu betrachten, da13 die Schwelle durch Einfiihrung eines schwarzen Balkens sinkt. Urn diese Verbeserung deutlich zu machen, wurde die Differenz zwischen den Kurven in Abb. 2 und 3 gebildet und die daraus entstehende Kurve in Abb. 4 wiedergegeben. Es fallen die 3 Minima auf, bei denen durch den Balken keine mel3bare S~hwelIenemiedri~ng gefunden wurde. DISKUSSION
den bisher aus der Literatur bekannten und mit den Postulaten aus der eingangs aufgestellten Hypothese im Einklang. Unerwartet, aber gut deutbar steIlte sich das Ergebnis eines Vorversuches ein: Bei steigender Balkenbreite erniedri~e sich innerhalb Grenzen die Unterschiedsschwelle. Urn die Homogenisierung der Farbverwaschung zu hemmen, kbnnte ja schon ein diinner Strich ausreichen. Daf3 ein breiterer Balken eine bessere Unterschiedsempfindlichkeit ergibt, diirfte daran liegen, daB der Abstand der mittleren WellenlIingen der beiden durch den Balken getrennten Felder mit steigender Balkenbreite aber konstanter Gesamtbreite zunimmt. Das zweite unerwartete Ergebnis fag in den Minima der Abb. 4. Es fallt auf, daB diese Minima zumindest in grober Naherung bei den Wellenlangen der Maxima der Grundempfmdungskurven liegen. Man kijnnte daher schlieBen, daB die Aufschltisselung in Farbart- und Helligkeitskanal an diesen Stellen anders verlauft als im iibrigen Spektrum. Fur eine exaktere Deutung mu13 aber noch mehr experimentelles Material gesammelt werden, wobei wir als Fernziel dieser Arbeiten die Vorhersagbarkeit der Farbemp~ndung bei gegebenem komplexem raum-zeitlichen Farbrei~uster betrachten. Die Ergebnisse
stehen
mit
LITERATUR BROWN, W. R. J. (1951). The influence of luminence level on visual sensitivity to color differences. J. opt. Sot. Am. 41,684-688. BURNHAM,R. W. und NEWHALL, S. M. (1953). Color perception in small test fiehis. J. opt. Sot. Am. 43, 899-902. JONES,L. A. (1917).The fundamental scale of pure hue and retinal sensibility to hue differences. J. opt. Sot. Am. 1, 63-76. LAURENS,H. und HAMILTON,W. F. (1923). The sensibility of the eye to differences in wavelength. Am. J. Physiol. 65,547-568. SIEGEL,M. H. (1965). Color discrimination as a function of exposure time. 1. opt. Sot. Am. f&566-568. SCHOBER, H. und MUNKER,H. (1967). Untersuchungen zuden u~rtra~n~ei~~chaften des Gesichtssinnes fiir die Farbinformation, K&on Res. 7, 1015-1026. SIEGEL, M. H. und DIMNXH, L. (1962). Discrimination of color II. Sensitivity as a function of spectral wavelength. J. opt. Sot. Am. 52, 1071-1074. SIEGEL,M. H. (1963). Discrimination of color II. Effect of spectral bandwidth. J. opt. Sot. Am. 53,874-877. SIEGEL,M. H. (1964). Discrimination of color IV. Sensitivity as a function of spectral wavelength. J. opt. Sot. Am. 54,821-823. WRIGHT, W. D. und Prrr, F. H. G. (1934). Hue discrimination in normal color vision. Proc. phys. Sot. 46, 459-468. Abstract-Wavelength discrimination was measured for fields with linearily decreasing or increasing wavelength. The results are similar to those known from literature for bipartite fields. When the test field was divided by a black bar, threshold was lowered at three characteristic wavelengths.
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H. Mw
uiw B.
%RATZER
w mesure la disu&iwion en longeur d’onde poor des champs dont la longueur d’onde diminue ou augnwnte lin&irement. Les &ultats sont analogues B ceux que ~‘on annait dans la litt&ratnre pour dcs champs bipartites. Quand le champ eat divid par une barre noin, le senil at abais& de trois longueur d’onde carac&&tiqnes. Znsauuw&smag-Es wurde die WellenEngenunterscheidung an Spcktren linearer Dispeasion~Dis~siartdcnaued*rLiteraturws~~~~~~ Feldexn bekannten i#nlich. Wird das Testfeld von einem Balken unterbrochen, dann sir&t die Schwelle an charakteristischan Steilen des Spektrums.
GreatBritain.
DAS ~LLENL~NGEN~TE~S~~EIDUNGSVER~~GEN DES AUGES AN SPEKTREN LINEARER DISPERSION H. MIJNKERund B. KRATZER Institut ftir medizinische
Optik, Miinchen, Germany
(Received 21 JuriuqY 1970) EINLEITUNG Reihe von Anhaltspunkten daftir, dab die Wahrnehmung von Farbton und Sattigung im menschlichen Auge mit geringerer Bandbreite erfolgt als die Wahrnehmung von Leuchtdichteunterschieden (SCHOBER und MUNKER, 1967). Die Wirkung dieser geringeren Bandbriete mu&e sich im Eindruck einer Verwaschung beim Betrachten der Kante zwischen verschiedenfarbigen Feldem lugern. Da dieser Eindruck normalerweise nicht auftritt, mu13 man annehmen, da13 in hijheren Zentren wieder eine Kompensation dieser Verwaschung auftritt. Da einmal verlorene Information dabei nicht wider gewonnen werden kann, muB die von einem Feld A in ein Feld B “hineinverwaschene” Farbe in einem bestimmten Bereich von B ~~gernis~ht und dort homogen verteilt sein. Die homogene Farbe reicht dann bis zu Kanten, dereu Lage von hoherfrequenten Komponenten der Helligkeitsinformation bestimmt sein diirfte. Diese Homogenisierung der Verschmierung miiBte such bei kleinen Feldem stattfinden, die schon im Objektraum eine kontinuierliche Farbtonveranderung zeigen. “Farbgradienten” wilrden hierbei eingeebnet. Diese Einebnung sollte andererseits durch eine Kante oder einen Strich innerhalb des Feldes gemindert oder gehindert werden. Es GIBT eine
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DURCHFUHRUNG
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EXPERIMENTE
Zur Uberprtifung dieser Hypothesen wurden Schwellenwerte fiir Farbgradienten gemessen. Der Farbgradient bestand aus einem Ausschnitt eines Spektrums linearer Dispersion. Das Schwellenkriterium war die Erkennbarkeit der Richttmg, in der daa rote Ende des Spektrums lag. Das Spektrum wurde in Projektion eines verlaufenden Interferenzfllters erzeugt, wobei durch ein neutrales Ko~ektu~lter die Leuchtdichte des Spektrums zwischen 420 und 650 mn mit & 15% konstant bei 125 cd/m’ lag. Der Einflul3 der Restunterschiede der Leuchtdichte im Spektrum war aller Wahrscheinlichkeit nach zu vemachlassigen, da ein Parallelversuch mit erheblich griil3eren Leuchtdichteunterschieden praktisch die gleichen Ergebnisse zeigte. Es wurde aus zwei Abstanden, namlich 0,45 und (4.5) m beobachtet. Das Testfeld hatte dabei eine Hohe von 3,5” (22’) und eine variable Breite mit IO’ (1’) Sehwiukel/nm Wellen18ngenunterschied. Ein Umfeld von 50 x 60" (5 x 6") hatte eiue Leuchtdichte von 75 cd/m2. In- und Umfeld waren durch eine schwarze Blende getrermt. Ein Phoropter war zur Korrektur der chromatischen Aberration des Auges vorgesehen. Die Messungen wurden nach der Methode der erzwungenen Wahl durchgefiihrt: Es erfolgten je 25 Darbietungen mit dem roten Ende des Spektrums links und 25 rechts in statistischer Folge. DieDarbietungszeit lag bei 1 sec. Diese 50 Darbietungen wurden zuerst mit 1 nm Wellenlangendifferenz zwischen linkem und rechtem Rand des Testfeldes, dann mit 2 nm, 3 run usw., so lange durchgefiihrt, bis 90% oder mehr der Antworten der Testperson richtig waren. Die Schwelle wurde nach Eintragen der Ergebnisse und der Regressionsgeraden bei 75 % richtigen Antworten, also 50 % oberhalb der Ratewahrscheiniichkeit gewahh. Die Streuung wurde aus der Steigung der Regressionsgeraden ermitteh. ERGEBNISSE
Die Kurven in Abb. 1 bis 4 zeigen die Ergebnisse. Abb. 1 und 2 sind den aus der Literatur bekannten Kurven sehr ?ihnlich, die Schwellen liegen allerdings hoher, als die 887
H. MUNRERmm B. irbUV.ER
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den bisher aus der Literatur bekannten und mit den Postulaten aus der eingangs aufgestellten Hypothese im Einklang. Unerwartet, aber gut deutbar steIlte sich das Ergebnis eines Vorversuches ein: Bei steigender Balkenbreite erniedri~e sich innerhalb Grenzen die Unterschiedsschwelle. Urn die Homogenisierung der Farbverwaschung zu hemmen, kbnnte ja schon ein diinner Strich ausreichen. Daf3 ein breiterer Balken eine bessere Unterschiedsempfindlichkeit ergibt, diirfte daran liegen, daB der Abstand der mittleren WellenlIingen der beiden durch den Balken getrennten Felder mit steigender Balkenbreite aber konstanter Gesamtbreite zunimmt. Das zweite unerwartete Ergebnis fag in den Minima der Abb. 4. Es fallt auf, daB diese Minima zumindest in grober Naherung bei den Wellenlangen der Maxima der Grundempfmdungskurven liegen. Man kijnnte daher schlieBen, daB die Aufschltisselung in Farbart- und Helligkeitskanal an diesen Stellen anders verlauft als im iibrigen Spektrum. Fur eine exaktere Deutung mu13 aber noch mehr experimentelles Material gesammelt werden, wobei wir als Fernziel dieser Arbeiten die Vorhersagbarkeit der Farbemp~ndung bei gegebenem komplexem raum-zeitlichen Farbrei~uster betrachten. Die Ergebnisse
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LITERATUR BROWN, W. R. J. (1951). The influence of luminence level on visual sensitivity to color differences. J. opt. Sot. Am. 41,684-688. BURNHAM,R. W. und NEWHALL, S. M. (1953). Color perception in small test fiehis. J. opt. Sot. Am. 43, 899-902. JONES,L. A. (1917).The fundamental scale of pure hue and retinal sensibility to hue differences. J. opt. Sot. Am. 1, 63-76. LAURENS,H. und HAMILTON,W. F. (1923). The sensibility of the eye to differences in wavelength. Am. J. Physiol. 65,547-568. SIEGEL,M. H. (1965). Color discrimination as a function of exposure time. 1. opt. Sot. Am. f&566-568. SCHOBER, H. und MUNKER,H. (1967). Untersuchungen zuden u~rtra~n~ei~~chaften des Gesichtssinnes fiir die Farbinformation, K&on Res. 7, 1015-1026. SIEGEL, M. H. und DIMNXH, L. (1962). Discrimination of color II. Sensitivity as a function of spectral wavelength. J. opt. Sot. Am. 52, 1071-1074. SIEGEL,M. H. (1963). Discrimination of color II. Effect of spectral bandwidth. J. opt. Sot. Am. 53,874-877. SIEGEL,M. H. (1964). Discrimination of color IV. Sensitivity as a function of spectral wavelength. J. opt. Sot. Am. 54,821-823. WRIGHT, W. D. und Prrr, F. H. G. (1934). Hue discrimination in normal color vision. Proc. phys. Sot. 46, 459-468. Abstract-Wavelength discrimination was measured for fields with linearily decreasing or increasing wavelength. The results are similar to those known from literature for bipartite fields. When the test field was divided by a black bar, threshold was lowered at three characteristic wavelengths.
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