Zur Wahrnehmung wechselseitig beleuchteter Oberfl chen in a simulierten Dreidimensionalen Szenen

Eine Untersuchung zur Bedeutung des color-bleeding-Gradienten f r die Kompensation u sekund rer Lichtquellen a

Verfasst von: Matrikelnummer:

Andr Ziervogel (a.ziervogel@gnupsi.com) e 202258141

ANHANG

Institut f r Psychologie der u Martin-Luther-Universit t Halle-Wittenberg a

Erstgutachter:

Prof. Dr. Dieter Heyer

Ausgegeben am: 19. August 2009 Abgegeben am: 6. Juli 2010

Zweitgutachter: Dr. Sven Nicklas

Literaturverzeichnis Die vorliegende Diplomarbeit: Zur Wahrnehmung wechselseitig beleuchteter Oberfl chen in simulierten a Dreidimensionalen Szenen

Eine Untersuchung zur Bedeutung des color-bleeding-Gradienten f r die Kompensation u sekund rer Lichtquellen a

von:

Andr Ziervogel e

ist urheberrechtlich gesch tzt. Alle Rechte, auch die der Ubersetzung, des Nachdrucks und u der Vervielf ltigung des Gesamtwerkes oder Teile daraus, liegen beim Autor. Kein Teil dieser a Arbeit darf ohne schriftliche Genehmigung des Autors in jedwelcher Form auch nicht zum Zwecke der Unterrichtsgestaltung vervielf ltigt oder verbreitet werden. a

Andr Ziervogel, 2010 e

ii

Literaturverzeichnis

Selbst ndigkeitserkl rung a a

Ich, Andr Ziervogel (Matrikelnummer 202258141) erkl re an Eides statt, da ich die von e a mir eingereichte Diplomarbeit mit dem Titel Zur Wahrnehmung wechselseitig beleuchteter Ober chen in simulierten Dreidimensionalen Szenen- Eine Untersuchung zur Bedeutung des a color-bleeding-Gradienten f r die Kompensation sekund rer Lichtquellen selbst ndig veru a a fasst habe und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt sowie Zitate als solche kenntlich gemacht habe. Auch versichere ich dass die Arbeit in gleicher oder ahnlicher Form noch keiner anderen Pr fungsbeh rde vorgelegt wurde. u o h h h Erfurt, 1. Juli 2010 Andr Ziervogel e

iii

ANHANG

A NOTATIONSUBERSICHT

Die vorliegende Arbeit orientiert sich bei der Verwendeung physikalischer Gr en am Internao tionalen Einheitensystem (Syst` me International dUnit s) (Bureau International des Poids et e e M sures (BIPM), 2006) und in der Bezeichnung lichtechnischer oder kolorimetrischer Gr en e o an den Konventionen der Commission Internationale de lEclairage (CIE) (Commission Internationale de lEclairage (CIE), 1987). Die mathematische Notation an den Vorschl gen der a American Mathematical Society (AMS) beziehungsweise des American Institute of Physics (AIP) (American Institute of Physics (AIP) Style Manual, 1990). Die ubrige Nomenklatur und Textforamtierung entspricht dem Publikationsmanual der American Psychological Association (The American Psychological Association (APA), 2009). Die folgende Tabelle A.1 gibt inen Uberblick uber die in dieser Arbeit verwendete Notation:

iv

A Notations bersicht uTabelle A.1 Notationstabelle: Tabelarische Ubersicht der in dieser Arbeit h ug verwendeten phyikalische a Gr en und mathematischen Bezeichnungen. Abweichungen von dieser Notation sind im Text als o solche kenntlich gemacht. Mathematische Operatoren werden nur dann verwendet, so sie der Lesbarkeit zutr glich sind oder nicht unmittelbar aus dem Kontext zu erschlieen sind. a

Symbol

Erl uterung a Menge der Nat rlich Zahlen u Menge der Reellen Zahlen Menge der Reellen Zahlen zwischen a und b. Beispielsweise gibt R1 die Menge der reelen zahlen zwischen 0 und 1 an: Rb = a 0 {x | x R, 0 x 1} Koordinatenursprung (Kartesisches Koordinatensystem) Vektoren werden in Fettdruck angegeben Basisvektoren des Kartesischen Koordinatensystems (x = (1, 0, 0) und so weiter). Kugel- oder sph rische Koordianten. bezeichnet den Azimuth a zwischen 0 und 360 ( blicherweise von x in Richtung y angeu geben). bezeichnet die Elevation (90 90) von der xy-Epipolarebene und den komplent ren Deklinationswinkel zu a x, so dass = 90 (vergleiche Abbildungen 2.5 oder 2.8(b) ) (Ober chen-)Normale des Punktes mit dem Ortvektor p a (Licht-)Einfallswinkel zwischen der Normalen ns und (p s) Abgeschlossenes Intervall [a, b] := {x R|a x b} m n Diagonalmatrix mit dem Eintrag a entlang der Matrixdiagonalen Gibt eine spezische S I-Einheit (Bureau International des Poids et M sures (BIPM), 2006) f r a an e u Simulationsrealtion (Beispiel: E E1 , die Irradianz E wird durch ein eingradiges Reektanzmodell E1 angen hert) a

N R Rb a

O x, a, t, , . . . x, y, z , ,

np ps [a, b] , a, b R diagmn (a) a [S I]

v

ANHANG

B RADIOMETRISCHE GRUNDLAGEN: DIE PHYSIK DES FARBREIZES

Die folgenden Abschnitte geben eine uberblicksartige Einf hrung in die physikalischen Grundu begrie der Radio- und Photometrie, die zum Verst ndnis der vorangehenden Kapitel hilfreich a sind. Im Besonderen werden die Abstrahleigenschaften der so genannten Lambertschen Ober chen als Grundlage der Reizsimulationen dieser Arbeit beschrieben (siehe Abschnitt B.2.1, a Seite xxii). F r eine detaillierte Darstellung sei auf LeGrand (1968) und Wyszecki und Stiles u (2000) verwiesen. Eine allgemeine Einf hrung in die Optik und deren mathematische Grundu lagen geben K hlke (2004) und Hecht (1975). Die in dieser Arbeit verwendete radiometriu sche Nomenklatur folgt dem International Lightning Vocabulary (Commission Internationale de lEclairage (CIE), 1987) und Syst me international dunit` s (Internationales B ro f r Ma e e u u und Gewicht, 2006). Ist die englische Nomenklatur f r einen bestimmten Begri gebr uchlich, u a

vi

B Radiometrische Grundlagen wird sie in Klammern erg nzend angf hrt. Die vorliegende Arbeit setzt allerdings voraus, dass a u der Leser hinl nglich mit den Grundz gen der menschlichen Farbwahrnehmung und im Bea u sonderen mit der Theorie der Prim rkodierung vertraut ist. Begrie wie Farbraum, Chromaa tizit t, Farbdesignator oder Farbraumtransformation werden daher ohne weitere Erl uterung a a verwendet. Dem diebez glich unkundigen Leser empehlt sich das Lehrbuch von Wandell u (1995), vor allem aber die beiden Aufs tze von Krantz (1975, 1975a). a

B.1 Der LichtbegriAls Licht bezeichnet man elektromagnetische Strahlung in einem Wellenl ngenbereich von a etwa 300 bis 700 nm. Man spricht von diesem Bereich auch vom visuellen Spektrum, da das menschliche Photopigment vornehmlich innerhalb dieser Grenzen reaktiv ist.

Abbildung B.1 Wellentheoretische Darstellung elektromagnetischer Strahlung als transversales Schwingungssystem: Die zwei transversalen Felder und sind in rot und gr n gekennzeichnet. u

vii

B Radiometrische Grundlagen Die physikalischen Eigenschaften elektromagnetischer Strahlung und damit auch die physikalischen Eigenschaften des Lichtes k nnen durch ein transversales Schwingungssystem o entlang eines elektrischen und eines magnetischen Feldes beschrieben werden (siehe Abbildung B.1). Man spricht bei dieser Form der Darstellung auch von der Wellentheorie elektromagnetischer Strahlung. Eine elektromagnetische Welle kann durch den Quotienten f , der Ausbreitungsgeschwindigkeit c im jeweiligen Medium (die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Standardvakuum c0 betr gt zum Beispiel 299.792.458 am s

) und dem minimalen Abstand zwei-

er phasengleicher Punkte, der Wellenl nge , beschrieben werden. In Einheiten pro Sekunde a heit f Frequenz einer elektromagnetischen Welle: f = c0 1 s

(B.1)

Die klassische Wellentheorie kann jedoch einige Ph nomene, die die Interaktion von Straha lung und Materie betreen, nicht erkl ren. Zu diesen geh rt der photoelektrische Eekt. Wird a o eine Vakuumphotozelle mit elektromagnetischer Strahlung einer gegebenen Frequenz und Intensit t beschossen, so stellt sich zwischen der Photokatode und der Ringanode der Zelle ein a Spannungsmaximum ein, das linear von der Frequenz, nicht aber von der Intensit t der Straha lung abh ngt. Die gemessene maximale Spannung entspricht der kinetischen Energie, die ein a Elektron ben tigt, um die Potenzialdierenz zwischen Anode und Kathode zu uberwinden, o und der materialabh ngigen Energie, die notwendig ist, um ein Elektron aus der Kathode zu a l sen. Tr gt man f r verschiedene Kathodenmaterialien (zum Beispiel Caesium und Kalium) o a u das Verh ltnis der Spannung U zur Strahlungsfrequenz f in einem Graphen ab, so verlaufen a diese parallel. Die Graphen besitzen also die gleiche Steigung h =U , f

sie entspricht dem

Planckschen Wirkungsquantum. Man kann dieses als Naturkonstante auassen, welche die Frequenz elektromagnetischer Strahlung mit deren Energiequantum in Verbindung setzt. In der Sprechweise der Quantenmechanik: Im experimentellen Paradigma des photoelektrischen Eektes zeige sich der Quantencharakter elektromagnetischer Strahlung, das heit, elektromagnetische Strahlung kann auch in Form diskreter Energiepakete, so genannter Photone,

viii

B Radiometrische Grundlagen betrachtet werden. Die Energie eines Photons gegebener Frequenz f sei dann gegeben durch: e = h f, wobei f = c0 1 und h = 6.620693 1034 [J s] s

(B.2)

An dieser Stelle soll nun nicht weiter auf den so genannten Wellen-Teilchen-Dualismus eingegangen werden. Eine weiterf hrende diesbez gliche Abhandlung ist bei LeGrand (1968) u u und Gerthsen und Vogel. (1995) zu nden. Im Folgenden wird vereinfachend auf das in der geometrischen Optik verwendete Konzept des Lichstrahls zur ckgegrien, das die Welleneiu genschaften elektromagnetischer Strahlung ignoriert oder parallel zu den Teilchenbegrien verwendet. Die Ausbreitung elektomagnetischer Strahlung in einem optischen Medium83 im Sinne eines Lichtstrahls kann in einer vektorisierten Schreibweise dargestellt werden. Aus Gleichung B.2 folgt, dass kurzwellige Strahlung energiereicher als langwellige Strahlung ist. Man sagt zum Beispiel, ein Photon der Wellenl nge = 300 [nm] transportiere die Energie a von Q300 = 6.62 1019 [J], ein Photon der Wellenl nge = 700 [nm] besitze den Energiegea halt von Q700 = 2.83 1019 [J]. Der Energiegehalt Q von n Photonen gleicher Wellenl nge a entspricht der Summe des Energietransports jedes Teilchens, also: Q = n e , wobei n die Anzahl der Photonen angibt.

(B.3)

Eine Vielzahl von Strahlungsquellen, wie zum Beispiel Temperaturstrahler, emittiert nicht nur Strahlung einer spezischen Wellenl nge, sondern wellenl ngen-heterogene Strahlung, a a die sich energetisch durch ein kontinuierliches Spektrum beschreiben l sst. Analog zur Wahra scheinlichkeitstheorie betrachtet man Q als Energiedichtefunktion uber dem kontinuierlichen Wellenl ngenintervall von [0, ]. Man spricht auch von der spektralen Energieverteilung. a Die Strahlungsenergie (radiant energy) Qe einer Strahlung kann man als analoges Konzept

83

Anmerkung zum Begri des optischen Mediums: Als optisches Medium oder optisches System werden in diesem Zusammenhang K rper oder Gase bezeichnet, deren Interaktion mit der elektomagnetischen Straho lung durch die elementaren Materialfunktionen, den Reektanzgrad, den Transmissionsgrad und den Absorbtionsgrad (siehe Abschnitt B.2, Seite xx) beschrieben werden k nnen. o

ix

B Radiometrische Grundlagen zur Wahrscheinlichkeitsdichte durch das Integral

Qe =0

Q d [J]

(B.4)

darstellen. Diese Form der Darstellung impliziert, dass Strahlung einer spezischen Wellenl nge keine Strahlungsenergie besitzt, denn die korrespondierende Energiedichte ist a per Denition gleich Null:

Q =

=0

0

=0

(B.5)

F r die Betrachtung engbandiger Strahlung diese Form der Strahlung soll im Folgenden als u monochromatisch bezeichnet werden deniert man daher: Q =1 + 2

(B.6) 1 2

Man beschreibt Lichter gew hnlich durch ihre spektrale Energieverteilung, die die arabio schen Kleinbuchstaben a, b, c, . . . als Funktionsbezeichnung erhalten. Man schr nkt gemeina hin die Menge der betrachteten Lichter auf die Menge der spektralen Energieverteilung ein, die eine Norm besitzen, wobei die Norm einer Energieverteilung a() gegeben sei durch: a() 0 01

u Q2 d 2 . Das heit, es werden nur Lichter betrachtet, f r die das Integral

Q2

d konvergiert. Man bezeichnet diese Menge allgemein als Raum der quadratisch in-

tegrierbaren Funktionen L2 . Bezogen auf die Menge der Lichter spricht man auch vom Lichterraum oder Raum der Farbreizfunktionen (Irtel, 1991). Lichter des L2 zeichnen sich durch bestimmte Eigenschaften aus. Legt man etwa zwei Lichter a, b L2 ubereinander, so addiert sich der Energiegehalt -weise uber das Spektrum. Man schreibt f r diese Operation der Lichu ter a und b, die im Folgenden als Superposition mit dem Verkn pfungssymbol bezeichnet u werden soll, (a b)() a() b(). Andert sich die Photonenussdichte, das heit die

Anzahl der Photonen pro Wellenl nge des Lichtes, um den gleichen Faktor, so ist dies gleicha bedeutend mit einer Intensit tsskalierung der spektralen Energieverteilung. Man schreibt f r a u ein Licht a L2 und einen Skalar der positiven reellen Zahlen k: k a (k a)() k a().

x

B Radiometrische Grundlagen Weiter l sst sich zeigen, dass die Menge der quadratisch integrierbaren Funktionen einen Veka torraum bildet und die Struktur L2 ., auf der Menge der spektralen Energieverteilungen ein konvexer Kegel ist (siehe Krantz, 1975; Maloney, 1999).

B.1.1 BeleuchtungsgeometrieViele der im Weiteren eingef hrten radiometrischen Gr en wie Strahlst rke oder Strahlu o a dichte beschreiben die r umliche Wirkung der Strahlung uber den Raumwinkel (solid angle). a Betrachtet man ein dreidimensionales Koordinatensystem und eine Kugel mit dem Radius r, deren Mittelpunkt in den Ursprung des Koordinatensystems f llt, dann versteht man una ter dem Raumwinkel einer arbitr ren Fl che A im Koordinatensystem den Quotienten, der a a durch Projektion der Fl che A auf die Kugel entstehenden Fl che S und dem Quadrat des a a Radius r2 (siehe auch Abbildung B.2). Man schreibt: := S = r2 1 da [sr] d2

(B.7)

A

wobei

A

das Integral uber die dierentiellen Fl chenelemente da mit Abstand |d| vom Ura

sprung und 1 den Einheitsvektor bezeichnet. Der Raumwinkel wird in Einheiten von Steram2 diant sr in 2 angegeben. Die Bestimmung des Raumwinkels kann je nach Komplexit t der a m herangezogenen Fl che rechnerisch aufwendig sein. Im Folgenden sind einige gebr uchliche a a Beispiele beschrieben. F r kugelf rmige Fl chen kann der Raumwinkel vergleichsweise einu o a fach bestimmt werden: Eine Kugelober che mit A = 4r2 spannt bez glich einer Kugel mit a u 2 4r = 4 auf. Man nennt 4 auch den vollen gleichem Radius r den Raumwinkel = r2 Raumwinkel.

xi

B Radiometrische Grundlagen

dA z

d x yAbbildung B.2 Das Raumwinkelmodell an der Einheitshalbsph re: und bezeichnen die a sph rischen Koordinaten eines Punktes. a

F r Fl chen, die sich durch Zerlegung in ebene Dreiecksvertices ann hern lassen, existieren u a a algorithmische L sungen wie der Oosterom-Strackee-Algorithmus (Van Oosterom & Strackee, o 1983), um den Raumwinkel dieser Fl chen zu approximieren. F r Fl chen, deren Umrisse a u a durch die Mantellinien eines geraden Kreiskegels beschrieben werden k nnen, dessen Spitze o im Ursprung des Koordinatensystems liegt, gilt: = 2 1 cos = 4 sin2 , wobei 2 4 den Onungswinkel des Kegels angibt. Sind die Eckpunkte einer quadratischen Fl che durch a den Azimuthwinkel und den Elevationswinkel in sph rischen Koordinaten gegeben, so a dass die Fl che von 0 , 1 , 0 und 1 eingeschlossen wird, kann der Raumwinkel wie folgt a

xii

B Radiometrische Grundlagen bestimmt werden: =S

=

1 0

1

sin() dd0

F r den vollen Raumwinkel gilt: 0 , 0 = 0 und 1 = 2, 1 = u2 0 0 pi

sin() dd = 20

sin() d = (B.8)

2 (cos() + cos(0)) = 4

B.1.2 Radiometrische Gr en oDie folgenden radiometrischen Gr en beschreiben die energetischen Eigenschaften eleko tromagnetischer Strahlung unter Ber cksichtigung von Zeit und Bestrahlungsgeometrie, das u heit der Lage von Strahlungsquelle und Strahlungsempf nger. Die Darstellung lehnt sich eng a an die von LeGrand (1968) an. F r viele Anwendungen, ob in der Psychophysik oder der u Rechnergraphik, ist es ublich photometrische Gr en an Stelle der radiometrischen Gr en o o zu betrachten. Die photometrische Gr en gewichten die spezischen radiometrischen Gr en o o an der photopischen Empndlichkeit V() des menschlichen Auges. Entsprechende standardisierte Empndlichkeitskurven werden von der Commission Internationale de lEclairage (CIE) (Commission internationale de l clairage (CIE), 1986; Wyszecki & Stiles, 2000) bee richtet. Sofern die zu den radiometrischen Gr en korrespondierenden photometrischen Gr en o o gebr uchlich sind, werden diese im Folgenden erg nzend angegeben. a a Strahlungsleistung Das Verh ltnis von geleisteter Arbeit beziehungsweise Energie zur Zeit nennt man in der Phya sik Leistung. Dementsprechend gibt die Strahlungsleistung oder der Strahlungsuss (radiant power, radiant ux) e an, wieviel Strahlungsenergie pro Zeiteinheit von einer Strahlung trans-

xiii

B Radiometrische Grundlagen portiert wird. Man deniert die Augenblicksleistung als: e (t0 ) = limtt0

Qe (t) Qe (t0 ) t t0

(B.9)

oder als dierentielle Gr e f r ein verschwindend kleines t: o u e (t) = dQe (t) J =W dt s

(B.10)

Die mit der Strahlungsleistung korrepondierende photometrische Gr e ist der Lichtstrom V : o780 nm

V = Km380 nm

e () V() d [lm] d

(B.11)

Km bezeichnet eine Skalierungskonstante, die von der jeweiligen Sichtbedingung abh ngt. a lm u F r photopische Sicht wird ein Wert von Km = 683 , f r skotopische Sicht ein Wert von u W lm Km = 1699 vorgeschlagen. lm steht f r die S I-Einheit Lumen und entspricht 1 Cd sr. u W Strahlungsintensit t a Der Intensit tsbegri beschreibt Leistung pro Fl cheneinheit. F r eine Ober che S mit einer a a u a Punktlichtquelle O in ihrem Zentrum gilt, dass Strahlung, die von O ausgehend in geraden Linien in einem nichtabsorbierenden Medium wandert, ihre Energie beibeh lt. In einem geraden a Kreiskegel, dessen Apex in O liegt und dessen Grund che orthogonal zu einer Richtung Ox a ist, muss die Strahlungsleistung f r jeden Kegelschnitt identisch sein (siehe auch Abbildung u B.3). Die von einem (isotropen) Punktstrahler im Raumwinkelelement d abgestrahlte Strahlungsleistung d heit Strahlst rke oder Strahlintensit t (radiant intensity) I. Man deniert: a a Ie () = d 2 Qe W s de () W = d sr dt d sr s (B.12)

xiv

B Radiometrische Grundlagenr1

O 2 r2

x

Abbildung B.3 Apexmodell der Strahlungsintensit t: Die im Text beschriebenen Kegelschnittebea nen sind durch die Winkel 1 , 2 und 3 bestimmt.

F r einen verschwindend kleinen Raumwinkel d gibt Ie (0 ) die Strahlungsintensit t in Richu a a o a tung Ox an. Die der Strahlungsintensit t entsprechende photometrische Gr e ist die Lichtst rke lm IV = Cd in Candela Cd. sr Strahlungsussdichte Die Strahlungsintensit t, die auf eine Fl che dA wirkt, ist jedoch nicht unabh ngig von deren a a a Lage. Folgende Umformulierung verdeutlicht diesen Punkt: Der Raumwinkel, der von einer dA cos() Fl che dA bez glich der Punktlichtquelle O aufgespannt wird, ist durch d = a u r2 gegeben. bezeichnet hierbei den Winkel zwischen dem Richtungsvektor Ox und der Ober chennormalen nA von dA und r gibt den Abstand dA und O, wie in Abbildung B.3 dargea stellt, an. Da dA ein Querschnitt des Raumwinkelkegels auf d sein muss, erh lt man: a Ie () = de () de () 2 = r d dA cos()

(B.13)

L st man diese Gleichung nach der Strahlungsleistung pro dierentiellem Fl chenelement o a auf, erh lt man die Strahlungsussdichte oder Irradianz (irradiance): a Ee = de W cos() d 2 Qe = Ie = dA m2 r2 dt dA Ws m2 s

(B.14)

xv

dA

1

3

B Radiometrische Grundlagen Das heit, die Strahlungsintensit t entlang des Raumwinkelelementes d, die auf eine Fl che a a dA wirkt, erh lt man durch Gewichtung am Einfallswinkel zur Ober chennormalen und dem a a Abstand von der Strahlungsquelle. Dieser Skalierungsfaktor wird mit zunehmendem Abstand r zur Strahlungsquelle und von 0 abweichendem Winkel 90 90 kleiner. Die mit der lm Irradianz korrespondierende photometrische Gr e ist die Beleuchtungsst rke EV o a = lx m2 in Lux lx. Spezische Ausstrahlung Die spezische Ausstrahlung (Radiant exitance, Radiant emittance) E ist das komplement re a Konzept zur Strahlungsussdichte. Sie ist ein Ma f r die Strahlungsintensit t, die von einem u a dierentiellen Fl chenelement dS ausgeht: a Me = de dS

(B.15)

dA nO O r AB

dB

d

x

Abbildung B.4 Lochblendenmodell zur Herleitung der Radianz und der spezischen Ausstrahlung: O bezeichnet einen Punktstrahler mit der Strahlungsrichtung x im Winkel O zur Normalen nO des Strahlers, B einen opaken Schirm, A einen Lochblendenschirm mit einem Durchlass d um x mit dem Abstand rAB .

LeGrand (1968) leitet die spezische Ausstrahlung aus der Strahlungsussdichte mit dem in Abbildung B.4 dargestellten Modell ab. Sei O ein Punktstrahler und x eine Strahlungsrichtung mit dem Winkel O zur Normalen nO auf O. Orthogonal zur Strahlungsrichtung x benden

xvi

B Radiometrische Grundlagen sich ein opaker Schirm A mit einem Durchlass d um x und ein Schirm B in einem Abstand rAB . Die Strahlungsussdichte von d auf B kann durch Id B = e 12 rAB

, da cos((B, x)) = 1

(B.16)

angegeben werden. Wenn man den Raumwinkel, den das dierentielle Fl chenelement d a bez glich B aufgespannt, als d = u B.14: Me = = Ie Ie d = 2 d rAB de d da Ie = de () d1d 2 rAB

annimmt, erh lt man durch Einsetzen in Gleichung a

(B.17)

Dieser Term gibt die Strahlungsenergie an, die von einem dierentiellen Fl chenelement d a in Richtung x abgegeben wird. Die spezische Ausstrahlung entspricht der photometrischen lm = lx in Lux lx. Gr e der spezischen Lichtausstrahlung MV o m2 Radianz Betrachtet man die Intensit t, die von einem dierentiellen Fl chenelement dS ausgeht oder a a auf eine dierentielles Fl chenelement dA in einer denierten Richtung trit, spricht man von a der spezischen Intensit t auch als Strahldichte oder Radianz (radiance). Sie ist deniert als: a Le (x, ) = dIe (x, ) d 2 e = dA cos( ) dA cos( ) d W m2 sr

(B.18)

x bezeichnet die Abstrahlrichtung und den Winkel der Ober chennormalen zum Richtungsa vektor x. LeGrand (1968) verdeutlicht den Zusammenhang zwischen spezischer Ausstrahlung und Radianz wie folgt: Die totale Strahlungsleistung dO , die von einem Punktstrahler in O uber eine Hemisph re abgegeben wird, ist durch das Integral uber die Intensit t in Richtung a a

xvii

B Radiometrische Grundlagen aller Raumwinkel gegeben.2

dO =

=0

Ie () d

(B.19)

Durch Einsetzen der Gleichungen B.18 und B.17 erh lt man: a2

Me = dS

=0

Le (x, ) cos( ) d dS

(B.20)

Die Radianz Le (x, ), die von einem dierentiellen Fl chenelement dA1 als Sender ausgeht, a l sst sich mit der Bestrahlungsst rke Me , die auf eine designierte Empf nger che dA2 wirkt, a a a a in Verbindung bringen: Le = wenn man weiter annimmt, dass d1 = Le = Die Irradianz auf A2 kann als E12 = dA2 cos( 2 ) 2 r A1 A2 (B.22) d2 (1 ) dA1 cos( 1 ) d1 (B.21)

d2 (1 ) r2 dA1 cos( 1 ) dA2 cos( 2 )

(B.23)

d geschrieben werden, wodurch dA2 Le = dE12 d2 cos( 2 ) (B.24)

die kosinartig, am Einfallswinkel skalierte Bestrahlung von dA2 angibt, wobei E, wie in Gleichung B.24 dargestellt, als Intensit t in Abh ngigkeit vom Abstand und Einfallswinkel gea a deutet werden kann. Die mit der Radianz korrespondierende photometrische Gr e ist die o Cd Leuchtdichte LV = L in Lambert L. Viele Standardfarbr ume n hern sich in einer a a m2 104 Helligkeitsdimension der Leuchtdichte an. So entspricht etwa die L -Koordinate des L a b Raumes grob der photopischen Leuchtdichte.

xviii

B Radiometrische Grundlagen

B.2 Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung an a Ober chenDie Interaktion elektromagnetischer Strahlung mit einem optischen Medium kann durch die Prozesse der Transmission, Absorption und Reektanz beschrieben werden84 . Im Kontext der Farbforschung werden vornehmlich Ober chen durch diese Prozesse charakterisiert. Bewegt a sich elektromagnetische Strahlung ohne Energieverlust durch eine Medium, spricht man von perfekter Transmission. Wird die Strahlung vom Medium abgelenkt bzw. zur ckgeworfen, beu zeichnet man dies als Reektion. Wird das Medium durch die elektromagnetische Strahlung energetisch ver ndert, das heit, wird die Strahlungsenergie etwa in thermische Energie gea wandelt, nennt man diesen Prozess Absorption. Elektromagnetische Strahlung, die auf eine Ober che trit, transmittiert durch die durchl ssige Masse, bis sie auf Parktikel trit, die a a diese absorbieren oder ablenken. Die Strahlung kann die Ober che wieder zur bestrahlten a Seite verlassen diesen Fall bezeichnet man allgemein als Ober chenreektion oder auf a der entgegengesetzten Seite austreten hier spricht man von der Ober chentransmission. a Je nach Art und physikalischer Zusammensetzung der Ober chenmaterie ver ndert sich das a a r umliche Muster der zur ckgeworfenen oder transmittierten Strahlung. Man sagt auch, die a u Ober che streut das einfallende Licht. Abbildung B.5 fasst diese Vorg ngen noch einmal a a schematisch zusammen.

84

Anmerkung zur Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung: Neben den Prozessen der Transmission, Absorption und Reektanz k nnen noch weitere optische Ph nomene beschrieben werden, zum Beispiel o a uoreszente Strahlung. Da solche f r die in dieser Arbeit verwendete Physik zu vernachl ssigen sind, beu a schr nken sich die diesbez glichen Erl uterungen auf die drei genannten Prozesse. a u a

xix

B Radiometrische Grundlagen

,E

,R

,T

Abbildung B.5 Schematisches Reektanzmodell: Der r tliche Pfeil symbolisiert die einfallende o Strahlung ,E , der gr nliche Pfeil die transmittierte Strahlung ,T . Der blaue Pfeil steht f r ein u u B ndel m glicher Abstrahlpfade. Die Gesamtheit der abgestrahlten Energie uber alle Richtungen beu o stimmt ,R . Die Materialfunktionen sind in Gleichung (B.25) deniert.

Das Interaktionsverhalten elektromagnetischer Strahlung mit einer Ober che bestimmter Eia genschaften kann quantitativ durch die elementaren Materialfunktionen und geometrisch durch das r umliche Muster der Lichtstreuung beschrieben werden. Die elementaren Materialfunka tionen beschreiben in Form eines Proportionalit tsfaktors den Anteil einfallender elektromaa gnetischer Strahlung, der von der jeweiligen Ober che absorbiert, reektiert oder durch das a jeweilige Medium hindurchdringt. Diese Verh ltnisse k nnen mit der Wellenl nge variieren a o a

xx

B Radiometrische Grundlagen und werden daher meist in Form einer wellenl ngenabh ngigen Funktion, das heit dem Rea a ektanzgrad, dem Absorptionsgrad und dem Transmissiongrad, beschrieben. Man deniert: () () () ,R ,E ,T = ,E ,A = ,E =

Reektanzgrad Transmissionsgrad Absorptionsgrad

(B.25) (B.26) (B.27)

wobei ,R die Strahlungsleistung bezeichnet, die von einer Ober che zur ckgeworfen wird. a u ,T gibt die Leistung der Strahlung an, die durch ein Medium mit vernachl ssigbarem oder a keinem Energieverlust gelangt. ,A steht f r die Strahlungsleistung, die energetisch gewanu delt (absorbiert) wird, das heit zum Beispiel in W rme umgesetzt wird. ,E steht f r die a u einfallende Strahlungsleistung. Es gilt () + () + () = 1 uber alle Wellenl ngen (Enera gieerhaltungsprinzip). Auch die Materialfunktionen k nnen als zum Raum der Lichter L2 o zugeh rig verstanden werden. Trit etwa ein Strahlung E() = 1 einer energiekonstanten o homogenen Lichtquelle auf eine Ober che mit dem Reektanzgrad (), dann kann die so a zur ckgeworfene Strahlung a() = () E() auch als (re-)emittiertes Licht einer sekund ren u a Lichtquelle verstanden werden. F r den Reektanzgrad, den man auch allgemeiner als speku trale Reektanzfunktion bezeichnet, ist die Bezeichnung S () gebr ulicher und wird daher a auch in dieser Arbeit bevorzugt verwendet. Die hier eingef hrten Materialfunktionen werden u auch als ageometrische oder agoniometrische Materialfunktionen bezeichnet, da sie nicht mit dem Ein- oder Abstrahlwinkel variieren. Der Abschnitt 2.1.7 (Seite 32) f hrt die so genannu te bidirektionale Reektanzverteilungsfunktion (bidirectional reectance distribution function, BRDF, Nicodemus et al., 1977; Jensen, 2001) ein. Bezeichnen etwa l a den Einfallsvektor und k a den Austrittsvektor einer bestimmten Strahlung auf einen Punkt a mit der Normalen na , dann ist die bidirektionale Reektanzverteilungsfunktion S (la, ka, na , ) als r umliche a Variante der spektralen Reektanzfunktion deniert als: dL(i , i , r , r , ) S (l a, k a, na , ) = S (i , i , r , r , ) = dE(i , i , ) W m2 sr W m2

(B.28)

xxi

B Radiometrische Grundlagen Die Parameter und geben die hemisph rischen Koordinaten der einfallenden Strahlung a (Index i f r incident) und der ausgehenden Strahlung (Index r f r reected) relativ zum Zenu u trum des Ober chenelementes um den Punkt a an. Die Entfernung des Ober chenpunktes a a von der Strahlungsquelle und dem Strahlungsempf nger wird in dieser Form der Parametrisiea rung ignoriert. In Vektorschreibweise entspricht l a den durch i und i bestimmten Winkel des einfallenden Lichtes und k a dem durch r und r bestimmten Remissionswinkel, wie in Abbildung B.6 dargestellt. na

k

l

r r a i

i

y

xAbbildung B.6 Geometrie der bidirektionalen Reektanzverteilungsfunktion: Auf einer Ober che A sei der Punkt a = a(x, y, z) mit der Ober chennormalen na gegeben. Die sph rischen Koora a a dinaten i und i geben den durch l a gegebenen Einfallswinkel der Strahlung an. Dementsprechend geben r und r den durch k a bestimmten Abstrahlwinkel bez glich des Strahlungsempf ngers (Beu a obachterpunkt) k an. Jedem Ober chenpunkt ist eine vom Einfalls- und Abstrahlwinkel abh ngige a a bidirektionale Reektanzverteilungsfunktion S (l a, k a, na , ) zugeordnet. In dieser vereinfachten Darstellung liegt die Ober chennormale na auf der z-Achse des Koordinatensystems und die Obera che selbst liegt in der durch die x- und y-Achse aufgespannten Ebene. Die Abbildung entspricht der a Darstellung in Abbildung 2.5 (Seite 34).

B.2.1 Lambertsches ReektanzmodellDas Lambertsche Kosinusgesetz (Lambert, 1760) beschreibt das Abstrahlungsverhalten einer idealisiert dius-streuenden Ober che. Strahlungsquellen oder Ober chen (im Sinne von a a

xxii

B Radiometrische Grundlagen nicht selbst strahlender Materie), die sich n herungsweise durch dieses Streuungsmodell bea schreiben lassen, heien daher auch Lambertsche Strahler oder Lambertsche Ober chen. a Gegeben sei folgendes Modell (vergleiche Abbildung B.7): Im Zentrum eines dierentiellen Fl chenelementes bendet sich ein Punktstrahler O, der in einem Winkel O zur Obera chennormale nO abstrahlt. Der Abstrahlkegel umschliet den dierentiellen Raumwinkel a d einer Empf nger che dA so, dass die Ober chennormale dieser Fl che nA orthogonal a a a a zur Abstrahlrichtung xO steht. Die Strahlungsintensit t, die von dS O im Winkel O in den a Raumwinkel d abgegeben wird, ist gerade (siehe Gleichung B.21):dA1

d1 dA2

d1

dS Abbildung B.7 Reektanzmodell nach Lambert: Das dierentielle Fl chenelement dS bezeichnet a einen Lambertsche Strahler. dA1 und dA2 geben zwei Empf nger chen in unterschiedlichem Aba a strahlwinkel an.

LO =

d dS cos(O ) d

(B.29)

xxiii

B Radiometrische Grundlagen Der Raumwinkel d, den dA gegen ber O beziehungsweise dS aufspannt, kann als d = u dA cos((xO , nA )) r2 angegeben werden (siehe auch Beschreibung in Abschnitt B.1.1), womit LO = d r2 dS cos(O ) A cos((xO , nA )) (B.30)

L st man diese Gleichung nach der Strahlungsleistung auf und ber cksichtigt, dass cos((xO , nA )) = o u 1 ist, ergeben sich die Intensit tsmae wie folgt: a dS cos(O ) A cos((xO , nA )) d = LO r2 IO = d = LO dS cos(O ) d EO = d = LO dS cos(O ) dA r2 d M = d = L dA cos( ) O O O dS r2 d

dS cos(O ) dA cos((xO , nA )) = LO r2

(B.31)

Wenn nun die Radianz LO der Fl che dS unabh ngig vom Ausstrahlwinkel O ist, sagt man, a a dS folge dem Lambertschen Kosinusgesetz. Betrachtet man nun die Abstrahlleistung in die Hemisph re um O f r r = 1, so ist a u2

=0 2

LO dS cos(O ) d LO cos(O ) d0

1 dS (B.32)

MO =

LeGrand (1968) teilt die Hemisph re in a

Raumwinkel, die von den Winkeln O und O + dO 2 eingeschlossen werden. Der korrespondierende Raumwinkel ist dann durch d = 2 sinO dO gegeben. Gleichung B.32 wird damit zu MO = 0 2

LO sin(O ) dO

(B.33)

xxiv

B Radiometrische Grundlagen Betrachtet man eine Lambertsche Ober che, dann ist LO unabh ngig von O . Daher gilt: a a MO = LO0 =1 2

sin(O ) dO

(B.34)

Lambertsche Ober chen besitzen zudem die Eigenschaft, dass sie unabh ngig vom Beobacha a tungswinkel bei einem festen Beobachtungsabstand als gleich hell wahrgenommen werden. Man kennt dieses Merkmal auch als equal-brightness-eect. Der zun chst widerspr chlich a u erscheinende Eekt, dass ein Ober che, deren spezische Ausstrahlung mit dem Kosinus a des Emissionswinkels variiert, aus allen Perspektiven gleich hell erscheint, l sst sich wie folgt a au sen: Das ausstrahlende dierentielle Fl chenelement dS nimmt von dA aus den Raumo a winkel d = dS cos(O ) r2 ein. Man sieht durch Einsetzen des perspektivisch verk rzten u Fl chenelementes d, dass die Emissionsleistung von der wahrgenommenen Fl che dS a a nicht mit dem Austrittswinkel variiert, sondern nur von der Gr e und dem Abstand der difo ferentiellen Fl chenelemente dS und dA abh ngt: a a O = LO d d r2 cos(O ) cos(O )

(B.35)

Der rechnerische Aufwand, Lambertsche Ober chen in rechnergest tzten Simulationen dara u zustellen, ist vergleichsweise gering. Sie geh ren deshalb auch zu den Standardmaterialien o simulierter Szenen und werden auch in dieser Arbeit als Grundlage der Reizgenerierung herangezogen. Ober chen, die sich durch das Lambertsche Gesetz gut beschreiben lassen, wirken a f r den Betrachter meist matt und leicht angeraut. Neben den eher theoretisch interessanten u Strahlern wie dem Schwarzk rper oder Hohlraumstrahler sind die meisten gl henden Metallo u ober chen Lambertsche Strahler. Leicht raues Papier oder nicht gl nzender Gips geh ren zu a a o den typischen Vertretern Lambertscher Ober chen. Einige anschauliche Beispiel f r die Vera u wendung Lambertscher Ober chen in psychophysischen Rechnersimulationen werden von a Boyaci, Doerschner und Maloney (2006) gegeben.

xxv

ANHANG

C KOLORIMETRISCHE KALIBRIERUNG DES DARSTELLUNGSSYSTEMS

Eine wesentliche methodische Voraussetzung des psychophysikalischen Experimentes ist eine, meist durch die Konventionen der Physik gegebene Beschreibung des Reizes. Ein Versuchsleiter sollte also in der Lage sein, die Versuchsapparatur so einzustellen, dass ein durch diese erzeugter Reiz sich mit relativer Genauigkeit durch einen spezischen physikalischen Wert charakterisieren l sst. Mit anderen Worten, stellt der Versuchsleiter an einer Apparaa tur ein Steuersignal f r einen Lichtreiz auf zum Beispiel 10 Cd ein, so sollte dieser Lichtreiz u im Rahmen einer festgelegten Schwankungsbreite (der so genannten Eichtoleranz) auch eine Lichtst rke von 10 Cd besitzen. Eine solche Apparatur bezeichnet man dann auch als gea eicht. Darstellungssysteme mit Kathodenstrahlr hrenbildschirmen (cathod-ray-tube-displays, o kurz CRT-displays) sind in ihrem Ausgangszustand in der Regel nicht geeicht. Das heit, der

xxvi

C Kolorimetrische Kalibrierung des Darstellungssystems Zusammenhang zwischen dem Steuersignal und den radiometrischen Reizeigenschaften des Bildes ist nicht unmittelbar ersichtlich. Um Kathodenstrahlenbildschirme f r psychophysiu kalische Experimente einsetzen zu k nnen, sch tzt man eine so genannte Eichfunktion, die o a ein Steuersignal mit der durch den Bildschirm emittierten Strahlung in Verbindung setzt. Man spricht in diesem Fall von der kolorimetrischen Kalibrierung oder Farbeichung des Darstellungssystems. Die verschiedenen in der Literatur vorgeschlagenen Parametrisierungen der Eichfunktionen unterscheiden sich teilweise stark bez glich des zugrundeliegenden Mou dells, der Anzahl der n tigen Messungen und der Eichtoleranz. Das so genannte Gain-Oseto Gamma-Modell (GOG-Modell) nach Berns, Motta und Gorzynski (1993; 1993) und Berns (1996) hat sich neben den so genannten direkten Verfahren (siehe Brainard, 1989; Wandell, 1995) als Labor-Standard in der visuellen Psychophysik etabliert. Auch das in dieser Arbeit verwendete Darstellungssystem (siehe Abschnitt 4.2, Seite 125) wurde nach diesem Modell geeicht. Die Herleitung dieses Eichverfahrens eignet sich hervorragend, um die grundlegenden Eigenschaften eines Kathodenstrahlr hrenbildschirmes als Versuchsapparatur der Pyschophyo sik darzustellen. In den folgenden Abschnitten soll daher zun chst in vereinfachter Form die a Funktionsweise eines auf der R hrentechnologie basierenden Darstellungssystems beschrieo ben werden. Auf dieser Grundlage soll anschlieend die Eichfunktion des GOG-Modells hergeleitet werden. Der letzte Abschnitt dieses Kapitels berichtet die kolorimetrische Charakterisierung des in dieser Arbeit verwendeten Darstellungssystems.

C.1 Kathodenstrahlr hrenbildschirm als Reizgenerator oDas r hrenbasierte Darstellungssystem kann in drei Komponenten unterteilt werden: (a) das o digitale Steuersignal in Form des Bildspeichers oder frame buers der Grakkarte, (b) das elektrische Steuersignal der Grakkarte und (c) den Kathodenr hrenbildschirm. o (a) Das Kathodenr hren-Darstellungssystem ist ein Rastergraksystem, das heit, das Auso

gabeformat des Bildschirmes besteht aus einem rechteckigen Gitter von zeilen- und spalten weise geordneten Bildpunkten oder Pixeln (siehe auch Paragraph (c)). Ublicherweise werden

xxvii

C Kolorimetrische Kalibrierung des Darstellungssystems solche Rastergraken aus einer Sichtdistanz betrachtet, aus der die einzelnen Bildpunkte nicht mehr unterscheidbar sind und der Eindruck eines homogenen Bildes entsteht. F r ein Raster u mit n Zeilen und m Spalten kann die Position eines jeden Bildpunktes durch die Zeilen- und Spaltennummer eindeutig angegeben werden. Pi, j mit 0 i n, 0 j m, m, n N bezeichnet beispielsweise den Bildpunkt in der i-ten Zeile und der j-ten Spalte. Der Bildspeicher ist ein digitaler, dreidimensionaler Adressenraum, der einen zum Rastergrakbild vergleichbaren Aufbau besitzt: Zu jedem Pixel Pi, j gibt es eine korrespondierende Bildspeicheradresse Pi , j , 0 i n , 0 j m85

. Die Datenmenge an einer so indizierten Speicheradresse

wird durch die so genannte Farbtiefe (color resolution) in Bit pro Pixel (bpp) begrenzt86 . In heutigen Darstellungssystemen sind 24 Bit oder 32 Bit f r die meisten Au sungen g ngige u o a Gr en. F r ein 24 Bit-System kodieren jeweils 8 Bit einen Intensit tsskalar von 0 bis 28 1. o u a Im Folgenden werden die Bezeichnungen R-, G- oder B-Kanal verwendet, um die mit den Intensit tsskalaren assoziierten Verarbeitungswege zu unterscheiden. In Abbildung C.1 ist diese a Speicherstruktur noch einmal schematisch dargestellt.

85

Anmerkung zur Dimensionalit t des Bildspeichers: Die Zahlen m und n N geben die maximal m gliche a o Au sung oder Rasterdimension an, die durch die Anzahl der physikalischen Bildpunkte auf dem Bildschirm o vorgegeben ist. Es ist jedoch auch m glich, die physikalischen Bildpunkte zu Einheiten einer gr beren Raso o terung zusammenzufassen, so dass n n und m m. 86 Anmerkung zum Umfang des Bildspeichers: Der Bildspeicher der Grakkarte hat einen festen Adressenraum beziehungsweise Speicherumfang. Betr gt dieser zum Beispiel 8 Megabyte, stehen bei einer Au sung a o von 600x800 Bildpunkten maximal 16 Bit als Datenumfang f r jeden Bildpunkt zur Verf gung. Wird eiu u ne kleinere Au sung gew hlt, vergr ert sich der Datenumfang pro Pixel entsprechend. Bei gr eren o a o o Au sungen verringert sich der Datenumfang, der pro Pixel gespeichert werden kann. o

xxviii

C Kolorimetrische Kalibrierung des Darstellungssystems

16 Bit vertikal

16

16 P ixel matr ix

24 B

it Fa

rbtie f

e

16

B

o oriz it h

nta

l

8 Bi

t Ro

t 8 Bi t Gr u n 8 Bi t Bla u

s DAC

Abbildung C.1 Schematischer Aufbau des Bildspeichers: Der mit m , n indizierte Kubus abstrahiert den Bildspeicher. Das mit m n uberschriebene Raster symbolisiert die Pixelmatrix des Bildschirmes. Der Speichereintrag an der Stelle P1,1 ist exemplarisch als drei 8-Bit-Tupel dargestellt. Die mit DAC bezeichneten Komponenten stehen f r die unter Punkt (b) beschriebenen Digital-zu-Analog-Wandler. u Im obigen Beispiel korrespondiert der Speichereintrag der linken unteren Ecke des m n 24 BitW rfels mit dem linken unteren Pixel der m n-Matrix. Die entsprechenden Farben heben die R-, Gu oder B-Kan le hervor. a

(b) Ein Kathodenstrahlr hrenbildschirm verlangt ein elektrisches Steuersignal. Der Digitalo zu-Analog-Wandler (digital-to-analog-converter oder DAC) der Graphikkarte normiert und transformiert das digitale Steuersignal kanalweise gem folgender Gleichung in ein eleka trisches Steuersignal: Uq = (Umin Umax ) dq + Umin [V] 1

2k

(C.1)

Der Index q steht hier f r einen der drei R-, G- oder B-Kan le, U f r eine Spannung in Volt. u a u dq gibt das digitale Steuersignal als nat rliche Zahl an und k die Farbtiefe des Kanals. Umax u bezeichnet die maximale Ausgangsspannung des Kanals, die per Industrienorm auf 100 IRE festgelegt ist. Die minimale Ausgangsspannung Umin liegt zwischen 0 und 8 IRE. Neben dem

xxix

C Kolorimetrische Kalibrierung des Darstellungssystems elektrischen Steuersignal der drei Farbkan le werden ein horizontales und vertikales Synchroa nisationssignal ausgegeben. Diese geben vereinfacht gesagt an, welcher Speichereintrag von den DACs zu welchem Zeitpunkt bearbeitet wird. (c) Der Aufbau eines Kathodenr hrenbildschirmes kann auf den Aufbau der Braunschen o R hre zur ckgef hrt werden: Der Elektronenuss, der sich zwischen einer geeigneten Kathoo u u de als Elektronenquelle und einer Anode in einer Vakuumr hre einstellt, wird hierbei durch o ein elektromagnetisches Ablenksystem auf einen spezischen Punkt eines Leucht- oder Fluoreszenzschirmes gelenkt. Der Leuchtschirm einer Farbbildr hre ist mit drei verschiedenen o Leuchtmitteln beschichtet, die durch den Elketronenbeschuss angeregt werden, Strahlung zu emittieren, deren radiometrische Eigenschaften von der chemischen Struktur der Leuchtmittel und der Elektronenussdichte abh ngen87 . Moderne Kathodenstrahlr hrenbildschirme vera o wenden Leuchtmittel mit der Typenbezeichnung P22 oder EBU-konform (siehe Tabelle C.1). Das korrepondierende Emissionspektrum f r den P22-EBU-Leuchtmitteltyp der in dieser Aru beit verwendeteten Kathodenstrahlr hrenbildschirme ist in Abbildung C.3 abgetragen. oTabelle C.1 Leuchtmittelspektren P22: Das spektrale Maximum gibt die energiereichste Stelle im Emissionsspektrum des jeweiligen Stoes an. Der Farbeindruck bezieht sich auf die Erscheinungsweise unter neutralen Sichtbedingungen.

Typ P-22B1 P-22G1 P-22R1

Chemische Verbindung ZnS + Ag (Zinksuld mit Siber) ZnS + Cu, Al (Zinksuld mit Kupfer oder Aluminium) Y2 O2 S + Eu (Yttrium-Oxid-Suld mit Europium)

Spektrales Maximum 450 nm 530 nm 626 nm

Farbeindruck Blau Gr n u Rot

87

Anmerkung zum Begri Phosphor: H ug ndet sich f r diese Verbindungen der missverst ndliche Bea u a gri Phosphor, mit dem im Englischen neben dem elementaren Phosphor (der nicht als Leuchtmittel verwendet wird!) auch Leuchtstoe im Allgemeinen bezeichnet werden.

xxx

C Kolorimetrische Kalibrierung des Darstellungssystems

Relative Energie

0.0 380

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

500

600 Wellenlnge in (nm)

700

780

Abbildung C.2 Emissionsspektren der P22-EBU-Leuchtmittel: Diese Angaben beziehen sich auf eine etwa 1cm weite Integrationshemisph re und sch tzen die spezische Ausstrahlung in Richtung der a a Ober chennormalen. Alle Kurven sind in relativer Energie angegeben. Die durchgezogenen Linien a geben eine radiophotometrische Messung an, die gestrichelten Linien die gemittelten Idealverl ufe der a EBU-Leuchtmittel.

Farbbildr hren besitzen drei mit dem Steursignal jeweils eines Farbkanals verschaltete Eleko tronenkanonen. Die spezische Anordnung der Leuchtmittel und die Struktur einer dem Leuchtschirm vorangestellten Blende gew hrleisten, dass eine Elektronenkanone nur jeweils eine Art a von Leuchtmittel anregt. Beispielsweise k nnen die drei Leuchtmittel, wie in Abbildung C.3 o angedeutet, als benachbarte Kreise angeordnet sein, so dass deren Mittelpunkte ein nun wenige zehntel Millimeter messendes gleichseitiges Dreieck bilden. Diese Einheit bezeichnet man auch als physikalischen Pixel, die konstituierenden Leuchtmittel-Punkte als Subpixel.

xxxi

C Kolorimetrische Kalibrierung des Darstellungssystems

Abbildung C.3 Aufbau des Kathodenstrahlr hrenbildschirmes: 1 Gl hkathoden, 2 Elektroneno u strahlen, 3 B ndelungsspulen, 4 Ablenkspulen, 5 Anodenanschluss, 6 Lochmaske, 7 Leuchtschirm u mit roten, gr nen und blauen Subpixeln, 8 Nahansicht des Leuchtschirms ((Bildnachweis Pedersen, u 2006)).

Wie bereits unter (a) erw hnt, sind die Pixel in einem Zeilen- und Spaltengitter uber den a Leuchtschirm verteilt. Zu jedem Pixel besitzt die Lochblende nun gerade einen solchen Durchlass, dass nur ein Elektronenstrahl auf einen Subpixeltypen trit88 . Die Synchronisationssignale der Graphikkarte steuern das elektromagnetische Ablenksystem so, dass das elektronische Steuersignal der Farbkan le f r den Speichereintrag P a ui, j

den Elektronstrom auf dem Pixel Pi, j

kontrolliert. Das Ablenksystem l sst nun die Elektronenstrahlen von der linken oberen Ecke a88

Anmerkung zum Aufbau des Leuchtschirmes: Die Struktur der Pixelung und damit auch der Blende kann variieren. Eine h uge Anordnung sind kleine rechteckige Subpixel und eine entsprechende Streifen- oder a Gitterblende. Diese besitzen zum Beispiel h here Transmissionsraten als eine Lochblende. Der Bildschirm o wirkt daher heller. Auch muss ein Leuchtsto-Triplett nicht notwendigerweise einem physikalischen Pixel entsprechen. Es gibt Bildschirme, in denen ein Elektronenstrahl mehrere Subpixel des gleichen Typs anregt.

xxxii

C Kolorimetrische Kalibrierung des Darstellungssystems der ersten Zeile in die rechte obere Ecke der gleichen Zeile wandern und springt anschlieend zur ersten Spalte der n chsten Zeile. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis der Elektronenstrahl a die rechte untere Ecke erreicht hat und der Elektronenstrahl springt wieder zur Startposition. Einen solchen Durchgang bezeichnet man als Bild oder frame. Die Intensit t, das heit die a Stromst rke des Elektronenstrahles eines Kanals, wird durch ein Kontrollgitter reguliert. Ein a Vorverst rker transformiert das elektrische Steuersignal Uq des Kanals q in eine Kontrollgita terspannung UG,q : UG,q = aq Uq + bq [V] (C.2)

Der Faktor aq wird auch als Verst rkung oder amplier gain, der Faktor bq als Verst rkungsa a korrektur oder amplier oset bezeichnet. F r die meisten Bildschirme entspricht die Verst rkung u a einer Einstellung der Bezeichnung Kontrast, die Verst rkungskorrektur wird durch eine Eina stellung namens Helligkeit reguliert89 . R hrenmonitore zeigen einen charakteristischen nono linearen Zusammenhang zwischen der Kontrollgitterspannung und der Stromst rke des Eleka tronenusses Iq und damit auch der Exzitation des jeweiligen Leuchtmitteltypus:

0.6

0.8

1.0

Iq0.4

Iq =

(UG,q UC,q )q , wenn UC,q UG,q 0 , wenn UC,q > UG,q

0.0 0.0

0.2

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

UG,q

(UC,q = 0)

Abbildung C.4 Die -Eigenschaft der Kathodenstrahlr hrenbildschirme: Der nonlineare Zusamo menhang zwischen der Kontrollgitterspannung UG,q und dem Strom des Elektronenstrahles Iq ist eine inh rente physikalische Eigenschaft der Kathodenstrahlr hren. a o

Man spricht in diesem Zusammenhang auch von der -Eigenschaft oder Gammakorrektur89

Hinweis zu den Monitoreinstellungen Kontrast und Helligkeit : Abgesehen von wenigen Spezialmonitoren sind diese Einstellungen nicht mit den Parametern a und b identisch, sondern beeinussen diese Kanal unspezisch.

xxxiii

C Kolorimetrische Kalibrierung des Darstellungssystems

(a) Linearer Graustufenkeil

(b) Graustufenkeil mit In0.4

Abbildung C.5 Graustufenkeilvergleich: Abbildung (a) zeigt einen linear gestuften Graukeil. Die Intensit tsbanden Ii in Abbildung (b) sind in In0.4 -Schritten gestuft. Abh ngig von der Qualit t des a a a Ausdrucks und des Darstellungssystems sollten die Grau berg nge in Abbildung (b) homogener eru a scheinen als die in Abbildung (a).

der R hrenbildschirme (siehe Langmuir, 1913). Es ist nicht zuletzt diese Eigenschaft, die o wesentlich zur Verbreitung des R hrenbildschirmes als Darstellungssystem beigetragen hat. o Das Helligkeitsempnden des Menschen l sst sich f r eine breite Gruppe von Reizsituatioa u nen gut durch die Stevensche Potenzfunktion beschreiben. Betrachtet man etwa einen Graustufenkeil, wie er in den Abbildungen C.5 gezeigt ist, so erscheinen die Banden bez glich u ihrer Helligkeit gleichartig gestuft, das heit, immer um die gleiche Helligkeit inkrementiert, wenn die von den Banden remittierte Strahlung potenzartig abgestuft ist. Zwar kommt die -Eigenschaft der R hrenmonitore den perzeptuellen Eigenschaften des Menschen entgegen. o Gerade diese, der Apparatur innewohnende Nonlinearit t l sst aber die Eichung des Darstela a lungssystems zun chst aufw ndig erscheinen. Der so charakterisierte Elektronenstrom einer a a Elektronenkanone des Kanals q trit nun auf den Leuchtstoschirm und regt die Leuchtstokristalle des korrespondierenden Typs q an, der jeweils mit einem spezischen Emissionsspektrum und einer vom Elektronenstrom abh ngigen Intensit t abstrahlt. Die handels blichen a a u R hrenmonitore sind f r g ngige Sichtwinkel n herungsweise Lambertsche Stahler (Motta, o u a a

xxxiv

C Kolorimetrische Kalibrierung des Darstellungssystems 1991; Berns, Motta & Gorzynski, 1993), womit die Abstrahlrichtung in der Parametrisierung des Abstrahlverhaltens der R hrenmonitore im Gegensatz zu anderen Labormaterialien vero nachl ssigbar ist. Die spezische Abstrahlung bez glich eines Kanals q ist gegeben durch: a u M,q = k,q Iq

(C.3)

wobei k,g eine materialabh ngige spektrale Konstante bezeichnet, die von der spezischen a Blenden-Leuchtstomittel-Kombination des Kathodenstrahlr hrenbildschirmes abh ngig ist o a90

. Durch sukzessives Einsetzen in Gleichung (C.3) l sst sich das digitale Steuersignal dq mit a

der vom Darstellungssystem emittierten Strahlung M,q in folgende Beziehung setzen: M,q = k,g dq aq ((Umin Umax ) k + Umin ) + bq UC,q 2 1q

(C.4)

Die G ltigkeit dieser so genannten Modell- oder Eichgleichung (C.4) h ngt von einigen imu a pliziten Annahmen ab91 . Zum Beispiel geht diese Modellierung davon aus, dass die emittierte Strahung zeitlich stabil ist und unabh ngig von der Lage des jeweiligen Pixels. Auch a Abh ngigkeiten zwischen den einzelnen Kan len werden nicht explizit als Modellgr en a a o ber cksichtigt. Diese Annahmen stellen in der Regel starke Idealisierungen dar, die von kaum u einem Darstellungssystem erf llt werden. Beispielsweise schwankt der Strom einer Elektrou nenkanone deutlich mit deren Temperatur. In Abschnitt C.2.1 werden einige Methoden vorgestellt, um etwaige Ein sse auf die Kalibrierung der Apparatur zu minimieren und die u Validit t der Eichgleichung abzusch tzen. Aus Sicht des Anwenders stellt die Modellgleia a chung (C.4) eine unhandliche Formulierung dar, um den Zusammenhang zwischen dem digitalen Steuersignal und zum Beispiel einem zu generierenden Farbreiz zu kontrollieren. Im Folgenden wird diese spektrale Modellgleichung daher in eine kolorimetrische Modellgleichung umgeformt. Zun chst wird hierf r der spektrale Modell-Term am Maximum M,q,max = a u90

Anmerkung zur Materialkonstante k,q : Im einfachsten Fall ist k,q als spektrale Energiefunktion kq () , R1 zu verstehen. 0 91 Hinweis zur Modellgleichung: Wandell (1995) und Brainard und Wandell (1989) schlagen Modelle der Form q dq M = a 2k 1 + b als Eichgleichung vor. a heit dann Kontrast und b Schwarzeinstellung.

xxxv

C Kolorimetrische Kalibrierung des Darstellungssystems k,g aq Umax + bq UC,qq

normalisiert, so dass:d q

q k,g aq ((Umin Umax ) 2k 1 + Umin ) + bq UC,q M,q = q M,q,max k,g aq Umax + bq UC,q

(C.5)q

=

aq (Umin Umax ) aq Umax + bq UC,q

dq aq Umin + bq UC,q + k 1 2 aq Umax + bq UC,q

(C.6)

Man fasst nun die Modell-Verst rkung kg,q (system gain) und die Modell-Verst rkungskorrektur a a ko,q (system oset) in folgenden Ausdr cken zusammen: u kg,q = aq (Umin Umax ) aq Umax + bq UC,q aq Umin + bq UC,q aq Umax + bq UC,q (C.7)

ko,q =

(C.8)

Es gilt: kg,q + ko,q = 1. Ber cksichtigt man ferner, dass die Kontrollspannung nur von der jeu weiligen Graphikkarte abh ngig und f r ein gegebenes Darstellungssystem konstant ist, sowie a u dass der Modell-Verst rkungs-Term und der Modell-Verst rkungskorrektur-Term nur von den a a Verst rkereinstellungen abh ngen, kann man schreiben: a a M,q = M,q,max dq + ko,q 2k 1q

kg,q

(C.9)

Die meisten linsenbasierten Photosensoren (Photospektrometer/Kolorimeter) messen die vom Leuchtschirm emittierte Strahlung in Radianz. Wie im Anhang B.1.2 (Seite xvii) dargestellt, gilt: L,q = M,q Wm2 sr

(C.10)

Die gewichtete Modellgleichung kann daher auch in folgender Form geschrieben werden: L ,q,max kg,q kdq + ko,q 2 1 = 0q

, wenn , wenn

L,q

dq kg,q 2k 1 dq kg,q 2k 1

+ ko,q + ko,q

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5. Sind Fehlsichtigkeit (Farbfehlsichtigkeit) in Ihrer Familie bekannt? Ja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Nein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6. Wenn Ja, beschreiben Sie kurz welche:

7. Haben Sie schon einmal Probleme gehabt, einen 3D-Film zu sehen (Ubelkeit, Erbrechen oder Schwindel)?

Ja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Nein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Wei ich nicht. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 8. Konnen Sie 3D-Bilder (Magic-Eye-Bilder) ohne Probleme sehen? Ja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Nein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Wei ich nicht. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 9. Haben Sie schon einmal an einem Wahrnehmungsexperiment teilgenommen? Ja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Nein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Wei ich nicht. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 10. Wissen Sie, was ein Stereoskop ist? Ja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Nein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Fragen zum Experiment:11. Auf einer Skala von -5 (uberhaupt nicht anstrengend ) bis +5 (sehr anstrengend ), wie wurden Sie das Experiment beurteilen? 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5

12. Versuchen Sie mit Hilfe der folgenden Graphik Ihre Aufmerksamkeit in der ersten Sitzung zu beschreiben:Aufmerksamkeit (%) 100%

50%

0%Pause 1 Pause 2 Pause 3 Pause 4 Pause 5 Pause 6 Ende

13. Versuchen Sie mit Hilfe der folgenden Graphik Ihre Aufmerksamkeit in der zweitenSitzung zu beschreiben:Aufmerksamkeit (%) 100%

50%

0%Pause 1 Pause 2 Pause 3 Pause 4 Pause 5 Pause 6 Ende

14. Beschreiben Sie kurz, wie Sie sich vor, whrend und nach den einzelnen Sitzungen agefuhlt haben. Waren Sie zum Beispiel besonders mude oder niedergeschlagen?

Fragen zur Aufgabe:15. Was glauben Sie sollte mit diesem Experiment untersucht werden?

16. Beschreiben Sie kurz die Szenen, die Ihnen whrend des Experimentes gezeigt wurden: a

17. Beschreiben Sie im Folgenden kurz die Aufgabe, die Sie whrend des Experimentes azu erledigen hatten. Haben Sie an einer bestimmten Stelle eine besondere Strategie angewandt?

18. Hatten Sie mit einer Aufgabe besondere Schwierigkeiten oder ist Ihnen eine Aufgabebesonders leicht gefallen?

19. Wurden Sie sagen, dass Sie zu jeder Bedingung das Fadenkreuz relativ genau einstellen konnten?

Ja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Nein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Ich bin mir unsicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 20. Waren Sie mit den Farbeinstellungen, die Sie am Testfeld vorgenommen haben, immerzufrieden? Wenn nein, beschreiben Sie kurz warum nicht:

Ja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Nein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

21. Haben sich die Ihnen gezeigten Szenen whrend des Experimentes verndert? Wenn Ja a awie?

Nein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Ja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

22. Als wie realistisch wurden Sie die Szene beschreiben? Sehr realistisch, knnte auch ein Papiermoo dell sein. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Unrealistisch, man merkt deutlich dass ein knstliches Bild gezeigt wird. . . . . . . . . . . . . . 2 u Ich wrde den Eindruck wie folgt beschreiu ben:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

23. Wenn Sie einmal davon ausgehen, dass es sich bei der Ihnen gezeigten Szenen umein tatschliches Papiermodell handelt, wo musste sich dann die Lichtquelle der Szene a befunden haben?

24. Beschreiben Sie kurz, welchen Weg das Licht in einer solchen tatschlichen Szene von ader Lichtquelle zurucklegt, bis es auf Ihr Auge trit:

25. Wie glauben Sie beeinusst der rotliche Kasten im Zentrum der Szene die Erscheinungsweise des Testfeldes oder der anderen Oberchen der Szene? a

Projekt: Fragebogen-ID:

Color-Card

@ 16808038@ID-001-6808-0383Institut f r Psychologie der u Martin-Luther-Universit t Halle-Wittenberg a

Versuchsleiter:

SPITALER

Einverstandniserklrung und Datenschutzbelehrung a Ich erklare mich einverstanden, an den psychophysikalischen Experimenten der Studie ColorCard im Rahmen der Diplomarbeit von Andr Spitaler e teilzunehmen.

Ich wurde uber Versuchsablauf, Ziele der Studie, medizinische Risiken oder Nachwirkungen der Versuche aufgeklart. Ich verstehe, dass die Daten, die aus den Experimenten der Studie gewonnen wurden, nur in anonymisierter Form veroentlicht werden und nur dem Versuchsleiter vollumfnglich zua ganglich sind. Ich wurde weiter daruber aufgeklart, dass ich jederzeit unter Nennung der obig angegebenen Fragebogen-ID einer Speicherung der von mir produzierten Daten widersprechen kann.

Ort, Datum

Unterschrift

i:=;-.=E--1i==::-gi.::

Color-Card*$t{v:!{s:3?:3iig:u*.

!l;l..ii+:::i1,11+AF:i.t:tr.!.i11

i|j

||ilr il1ilIililffiil|lillilllrffililililililil *ji-+-:-:.ii. i.+F:-i:Fi-i:i*;.

ID-001-6808-3842

ri

|ilil || il|| ||iltilfi llllllllllllll iltililtilil|lllll lllllllll0256-p495-fl9n-368k

Sehvermgen:1. Welche Augenfarbe besitzen Sie?

2. Leiden Sie unter einer Fehlsichtigkeit (Farbfehlsichtigkeit)?

Ja ... Nein.3. Wenn Ja, unter welcher? (Brillentrger turen an)

...... n ......8geben hier bitte die Dioptrie Ihrer Sichtkorrek-

4.

tm folgenden werden Ziffer es sich handelt:

Ihnen

einige farbige

Ziffern

gezeigt, bitte

geben sie an um welche

IEdt

2. Zifrer:

IIE"'

3. Zlfrer:

IEtv

4. Z7frer:

TTE\./

TTT

TZE

TEE

TEE

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TIA,I

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T ET;

nfl',

16. Zlffer

ltrr

5. sind Fehlsichtigkeit (Farbfehlsichtigkeit)

in Ihrer Familie bekannt?

Ja. - . N ei n.

"' "' tr " ".' n

6.

Wenn Ja, beschreiben

Sie kurz welche:

7. Haben Sie schon einmal Probleme gehabt einen 3D-Film zu sehen (bekeit,Erbrechen oder Schwindel)?

J a . .. Nein. We i i ch n i c h t .

. . .. .. tr . . . . . .4 . . .. . .. .. n

ohne Probleme sehen? 8. Knnen Sie 3D-Bilder ({'Ma,g'i.ck-Eye"-Bilder)

Ja. . . N ei n. We ii ch ni cht .

.. ... . a ... ... n .. ... .. ..n

9.

Haben

Sie schon einmal

an einem Wahrnehmungsexperiment

teilgenommen?

Ja . .. Ne in . Wei ich n ich t .

... ... a . ... ..t r .. ... ... .n

L0. Wissen Sie was ein Stereoskop ist?

11.

Auf einer Skala von -5 ($berho,uytt ni,cht anstrengendD) wie wrden Sie das Experiment beurteilen?-5- 4- 3- 2-10123 45

bis !5

('(sehr anstrengend)t),

12.

Versuchen Sie mit Hilfe der folgenden ztulng zu beschreiben: Aufmerksa"rnkeit (%)

Graphik

Ihre Aufmerksamkeit

in der ersten Sit-

100%

Pause

1 Pause2

Pause 3 Pause4

PauseS

Paure

6

Ende

L3. Versuchen Sie mit Hilfe der folgenden Graphik Ihre Aufmerksamkeit Sitzung zu beschreiben:Aufmerksamkeit (%)

in der zweiten

100%

Pause I

Pause 2 Paure

3 Pause4

PauseS

Pause 6

Ende

L4. Beschreibengeflthlt

Sie kurz, wie sich sich vor, wh.rend und nach den einzelnen Sitzungen Sie zum Beispiel besonders mtlde oder niedergeschlagen? haben.'W'aren

zur Fraqen Aufsabe:15. Was glauben Sie sollte mit diesem Experiment untersucht werden?

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S.t'^d*" &.4*l,l^,

16. Beschreiben Sie kurz die Szenen die Ihnen whrend des Experimentes gezeigt wurden:

V1f:

L{aos tr,ft

u^Qt+fic\N tzk)tuLklllEh

17. Beschreiben Sie im folgenden kurz die Aufgabe die Sie whrend des Experiments zu erledigen hatten. Haben Sie an einer bestimrnten Stelle eine besondere Strategie ange wandt?

LcuQrtrltt

+

(rtt*t f< ELuAGLE/(H

18.

Hatten Sie mit einer Aufgabe besonders leicht gefallen?

besondere

Schwierigkeiten

oder ist Ihnen

eine Aufgabe

I-9.

Wurden Sie sagen, dass Sie zu jeder Bedingung knnten?

das Fadenkreuz

relativ

genau einstellen

J a. . . N ein . I ch b in mi r un sich e r. .. ..20.

. . . . .. 8 . ... ..n . ... . nvorgenommen haben immer

Waren Sie mit den Farbeinstellungen die Sie am Testfeld zufrieden? Wenn nein besehreiben Sie kurz warum nicht:

21-. Haben wie?

sich die Ihnen

gezeigten

Szenen whrend

des Experiments

verndert,

wenn Ja

tftl ert J ^t

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A M )L L. ( H hE IT +

Sl r a t

22.

Als wie realistisch wrden Sie die Szene beschreiben?

Sehr realistisch, knnte auch ein Papiermo.. . .. .. . . n dellsein. Unrealistisch, man merkt deutlich dass ein wird.... .. . ; .. ... ' E Bild kLnstliches gezeigt Ich wrde den Eindruck wie folgt beschrei. . ." . tr b e n :..

23.

Wenn Sie einmal davon ausgehen, dass es sich bei der ihnen gezeigten handelt, wo msste sicb dann die Licbtquelle Papiermodell tatschliches funden lraben:

Szenen um ein der Szene be

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24.

Beschreiben Sie kurz welchen Weg das Licht in einer solchen tatschlichen der Lichtquelle zurcklegt, bis es auf Ihr Auge trifft:

Szenen von

T[.tt,

25. Wie glauben Sie beeinflusst der rtliche Kasten im Zentrum der Szene die Erscheinungsweise des Testfeldes oder anderen Oberflchen der Szene?

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0Color-Card

ttlilllllllllllllfillllillllllllllllllllllll:.. ::ilt;.,. :., :

ID-001-6808-8501

INs-rElT FR PsYcsorocrE Dm. Mm-Lurm-UNwERSmAT EAUFWTTTENBERG

ililrilililillililililililililil1ililffiilililililtflilil7723- v 6 4L-I.IV6 - 676v Q

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SPITALER..

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Sehvermgen:

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1. Welche Augenfarbe besitzen Sie?

2.

Leiden Sie unter einer Fehlsichtigkeit Ja...

(Farbfehlsichtigkeitf _-/ ......K (&noxnk*:n/rr)

Nein. 3 . 'Wenn Ja, unter welcher? (Brillentrgerturen an)

......ngeben hier bitte die Dioptrie Ihrer Sichtkorrek-

t"J^t - 3 ,I rU*,

-?,?(

, Im folgenden werden Ziffer es sich handelt:

Ihnen

einige

farbige

Zifrern

gezeigto bitte

geben sie an urn welche

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4. Ziffer:

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i. Zifrer:

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6. Ziffer:

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10. Ziffer:

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ImSr

nA['r

15. Ziffer:

lEflv

L6. Zifrer:

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5. Sind Fehlsichtigkeit (Farbfehlsichtigkeit)

in Ihrer Familie bekannt?

Ja . . Nein.

K nSie kurz welche:

6.

Wenn Jan beschreiben

7.

Haben Sie schon einmal oder Schwindel)?

Problerne

gehabt

einen 3D-Film

zu sehen (bekeit,Erbrechen

J a - 'Nein. We i i c h n i c h t.

"' "' t r .. .. . ., K . .. . .. . .. !

8. Knnen Sie 3D-Bilder ("Magck-Egd)-Bilder) ohne Probleme sehen?

N ein . Wb i ich nic ht

. ... . . tr ... ..Wahrnehrnungsexperiment

9.

Haben

Sie schon einrnal an einem

teilgenommen?

Ja ...Ne in . Wei ich n ich t.

. .. .. .r.. ... . tr ... ... ... !

1-0. Wissen Sie was ein Stereoskop ist?

11. Auf einer Skala von -5 ("berhaupt nicht anstrengendt') bis !5 wie wrden Sie das Experiment beurteilen?-5 -4 -3 -2 -1 0

("sehr anshzngendl),,

12. Versuchen Sie mit Hilfe der folgenden Graphik Ihre Aufmerksamkeit zlrnrg zrt beschreiben:Aufmerksamkeit (%)

in der ersten Sit-

too%

50%

0%Pause L Pause 2 Pause 3 Pause4 Pause 5 Pause6 Ende

13.

Versuchen Sie rnit Hilfe Sitzung zu beschreiben: Aufrnerksamkeit (%) IOOTI

der folgenden

Graphik

Ihre

Aufmerksamkeit

in der zweiten

0%Pause 1 Pause 2 Pause 3 Pause 4 Pause 5 Pause6 Ende

14.

Beschreiben Sie kurz, wie sich sich vor, whrend und nach den einzelnen Sitzungen gefhlt haben. Waren Sie zurn Beispiel besonders mde oder niedergeschlagen?

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0 L. 0{auus , C\uv,,

Lt, L^-\ ;e,

cl,

sl. Shr{^rA

Fragenzur Aufgabe:15. Was glauben Sie sollte mit diesern Experirnent untersucht werden?

16.

Beschreiben

Sie kurz die Szenen die Ihnen

whrend

des Experimentes

gezeigt wurden:

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dr"l!. T,rftnqrdrr*l

17.

Beschreiben Sie irn folgenden kurz die Aufgabe erledigen hatten. Haben Sie an einer bestirnmten wandt?

die Sie whrend des Experiments zu Stelle eine besondere Strategie ange-

L8.

Hatten Sie mit einer Aufgabe besonders leicht gefallen?

besondere

Schwierigkeiten

oder ist Ihnen

eine Aufgabe

/. t*,tL/c,'u*oa6NnEn sr t /,)/rira*l- lz,I llhor;2,:?f'( -/ ! y/)'7;ttt18. Hatten Sie mitbesonders leicht gefallen?

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qroou/?Ji# Ihnen eine Aufgabe

t/,,

'er.7

19.

Wrden Sie sagen, dass Sie zu jeder Bedingung knnten?

das Fadenkreuz

relativ

genau einstellen

Ja. . . N ein . I ch b in mi r u nsi che r. ...

.. ... ._ t r ... ... X . . . ... trvorgenommen haben imrner

die Sie am Testfeld 2O. Waren Sie mit den Farbeinstellungen zufrieden? Wenn nein beschreiben Sie kurz warum nicht:

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/r,t"'trc, r)t" ,/

21.

Haben wie?

sich die Ihnen

gezeigten

Szenen whrend

des Experiments

verndert,

wenn Ja

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t(ol,/r'/''t '

k; m.ji{,,-/ tr-}r}t,Tt7; . - 4 . L Q 4(p

,nA:3 o

Sehvermgen:1. Welche Augenfarbe besitzen Sie?

6i*tr.

2. Leiden Sie unter einer Fehlsichtigkeit (Farbfehlsichtigkeit)?

Ja ... Nein.3. Wenn Ja, unter welcher? (Brillentrger turen an)

...... n .- - ' .p.geben hier bitte die Dioptrie Ihrer Sichtkorrek-

l.

Im folgenden werden Ziffer es sich handelt:

Ihnen

einige

farbige

Zifferra gezeigt,

bitte

geben sie an urn welche

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nnwv

HSr#T. H#8''i' , lf! u "' l r

i.F.se3. Ziffer:

lEn/

4. Zifrer

IIE \/

Zifrer:

TTEV

6- Zifrer:

IAE.z

IEE,r

8- Zifrer:

TI@,1

#ffif+i;*'10. Ziffer:

TNE/

nnr,/

IZE /

IEf'/

TTN V

IEErr

L6- Zifrer:

TTJ.,.Z

5. Sind Fehlsichtigkeit (Farbfehlsichtigkeit)

in Ihrer Farnilie bekannt?

J a .. . Nein.

.. ... . tr . ... ..K

6.

Wenn Ja" beschreiben

Sie kurz welche:

7.

Haben Sie schon einmal oder Schwindel)?

Probleme

gehabt

einen 3D-Film

zu sehen (bekeit,Erbrechen

J a.- N ei n. W ei i ch nicht.

' ' ""tr . .. . . . { . .. . . . .. . n

8. Knnen Sie 3D-Bilder (o'Magi.ck-Eye"-Bilder)ohne Probleme sehen?

7

lFr"t"u,\ftctvgotxL

9.

Haben

Sie schon einmal

an einem Wahrnehmungsexperirnent

teilgenommen?

J a. . .N ei n. W ei i ch ni ch t.

K.... .. ! .. . . . .. . . t r

L0. Wissen Sie was ein Stereoskopist?

11. Auf einer Skala von -5 ("berhaupt nicht a,nstrengend") bis l5 wie wrden Sie das Experiment beurteilen?- 5- 4-3- 2- 10

("seh.r anstw,ngendn),

12.

Versuchen Sie mit Hilfe der folgenden zwrtg zlt beschreiben: Aufrnerksarnkeit (%) LOO%

Graphik

Ihre Aufrnerksarnkeit

in der ersten Sit-

Pause 1 Pause 2 Pause3 Pause 4 Pause 5 Pause6

Ende

13.

Versuchen Sie mit Hilfe der folgenden Sitzung zu beschreiben: ' Aufmerksamkeit (%)

Graphik

Ihre

Aufmerksamkeit

in der zweiten

too%

0%.. Pause 1 Pause 2 Pause 3 Pause 4 Pause 5 Pause 6 Ende

/ 14. Beschreiben Sie kurz, wie sich sich vor, whrend und nach den einzelnen Sitzungen geftihlt haben. Waren Sie zum Beispiel besonders mde oder niedergeschlagen?

-.&r-, tU4,yn/ ,,, ,l "*l-aa( E*

Fragenzur Aufgabe:15. Was glauben Sie sollte mit diesem Experiment untersucht werden?

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16.

Beschreiben

Sie kurz die Szenen die lhnen

whrend

des Experirnentes

gezeigt wurden:

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die Aufgabe

erledigen hatten. Haben Sie an einer bestimrnten wandt?

zu die Sie whrend des Experiments Stelle eine besondere Strategie ange-

l'fia,llrL&d4

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*' * )Y r f ,yy! (,( {* ^, lf"4"V,ut*I- /",,{rt,& t/,i+t 77.,,*'ftt ; ,a ffi1,"tL***t/n/k( l^.'ta,r,'l^,trrtti6A ,l,r^'L8, Hatten Sie mit einer Aufgabe besonders leicht gefallen? besondere Schwierigkeiten

lo ilw nlu r^. fli, n,w ptu* pvr ".,(" aaatrz=

rLar/ t"J^n^!t dt-,t^ 3d ilrr't+o, ,i!-;Sjurltw frr'A^{lnoder ist Ihnen eine Aufgabe

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l-9.

Wtirden Sie sagen, dass Sie zu jeder Bedingung knnten?

das Fadenkreuz

relativ

genau einstellen

Ja ... Nein. Ich bi n m ir un si cher ....

. . . . .. .. . . . .V . . .. . .

20.

die Sie arn Testfeld Waren Sie mit den Farbeinstellungen zufrieden? Wenn nein beschreiben Sie kurz warum nicht:

vorgenornmen

haben

immer

21.

Haben wie?

sich die Ihnen

gezeigten

Szenen whrend

des Experiments

verindert,

wenn Ja

22. "Lls wie realistisch wrden Sie die Szene beschreiben?

Sehr realistisch, knnte auch ein Papiermo.. . . .. . . . ! dell se in. Unrealistisch, man merkt deutlich dass ein .....)< knstlichesBild gezeigtwird.. Ich wrde den Eindruck wie folgt beschrei.. . . .. t r ben:..

23.

Wenn Sie einrnal davon ausgehen, dass es sich bei der ihnen gezeigten Szenen um ein handelt, wo msste sich dann die Lichtquelle der Szene betatschliches Papiermodell funden haben:

NPLu,*'t,b&- y

24.

Beschreiben Sie kurz welchen Wbg das Licht in einer solchen tatschlichen der Lichtquelle zurcklegt, bis es auf Ihr Auge triffb:

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oa,/ u/wlL +l*-L/dJ U.*t'uL tu u*4r uh i ta,: ra7 ' affi1.^' ; t,t/',",fr. : e.% 4/1-. r= t L,,Ltf/,+1'{")

25. Wie glauben Sie beeinflusst der rtliche Kasten im Zentrum der Szene die Erscheimrngsweise des Testfeldes oder anderen Oberflchen der Szene?

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Color-Card

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Sehvermgen:1. Welche Augenfarbe

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Ja ... Nein.

.....:

...... Er ......Kgeben hier bitte die Dioptrie Ihrer Sichtkorrek-

3. Wbnn Ja, unter welcher? (Brillentrger turen an)

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" 4,,c

, Im folgenden werden Ziffer es sich handelt:

Ihnen

einige

farbige

Zifrern

gezeigt,

bitte

geben sie an um welche

2.ziner: IIHt

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4. Ziffer:

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5. sind Fehlsichtigkeit (Farbfehlsichtigkeit)

in Ihrer Familie bekannt?

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6.

Wenn Ja, beschreiben

Sie kurz welche:

7. Haben Sie schon einmal oder Schwindel)?

Probleme

gehabt

einen 3D-Film

zu sehen (bekeit,Erbrechen

J a .. . N ei n . We i i c h ni ch t .

.. ... . tr . ... ..n . ..- .. ... X

8. Knnen Sie 3D-Bilder

("Magiclc-Eye"'Bilder)

ohne Probleme sehen?

Nein. Weiich nicht

.. ... . tr ....n

9.

Haben

Sie schon einmal

an einem Wahrnehmungsexperiment

teilgenommen?

J a -. Nein. We i i c h n i ch t .

""" n . ... ..F. ... .. ' .. n

10. Wissen Sie was ein Stereoskop ist?

11. Auf einer Skala von -5 ("furhaupt nicht o,nstrengendt') bis 15 ("sehr anstrzngend,)'), wie wrden Sie das Experiment beurteilen?- 5- 4- 3-2* 1012345

12.

Versuchen Sie mit Hilfe zrtrrg zrr beschreiben:

der folgenden

Graphik

Ihre Aufmerksamkeit

in der ersten Sit-

Aufmerksa.rnkeit (%) IOOTI

0%P tt F t e l P a us e 2 P au s e3 P a us e 4 P u s e5 P a us e 6 E n de

I-3. Versuchen Sie mit Hilfe der folgenden Graphik Ihre Aufmerksarnkeit Sitzung zu beschreiben:Aufrnerksamkeit (%)

in der zweiten

too% +

Pse L Pause2 Pse 3 Pnse4 Panse5 Pause 6

Ende

14.

Beschreiben Sie kurz, wie sich sich vor, whrend und nach den einzelnen Sitzungen gefiihlt haben. Waren Sie zum Beispiel besonders mde oder niedergeschlagen?

v '

qe

t...,6 UJ ". 4c,1* u-t*l*t LuLa c. t , * t^icle

Fragenzur Aufgabe:15. Was glauben Sie sollte mit diesem Experiment untersucht werden?

Fo' t -u -{

I

?tl-s a( e-

16.

Beschreiben

Sie kurz die Szenen die Ihnen

wllrend

des Experimentes

gezeig! wurden:

l&4lnrFure- : T' y^lzltilol./

17. Beschreiben Sie im folgenden kurz die Aufgabe die Sie whrend des Experiments zu erledigen hatten. Haben Sie an einer bestimmten Stelle eine besondere Strategie angewandt?.1'

l-8.

Hatten Sie mit einer Aufgabe besonders leicht gefallen?

besondere

Schwierigkeiten

oder ist Ihnen

eine Aufgabe

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19.

Wrden Sie sagen, dass Sie zu jeder Bedingung knnten?

das Fadenkreuz

relativ

genau einstellen

Ja . ..Nein.

... ... n... ...8 -2 r HTE /l l rE r,! $1t -tt6r rf gt 'l gfi Eh l

Ic h bin m ir uns ic her... . .

. .. . .

20.

die Sie am Testfeld Waren Sie rnit den Farbeinstellungen zufrieden? Wenn nein beschreiben Sie kurz warum nicht:

vorgenommen

haben immer

21-. Haben wie?

sich die Ihnen

gezeigten

Szenen whrend

des Experirnents

verndert,

wenn Ja

L,;lelNflnurE -7 INrEPFfrEhrrA^,7

22. .Lls wie realistisch

wrden

Sie die Szene beschreiben?

Sehr realistisch, knnte auch ein Papiermo.. . . . . . . . t r d el l s ein. UnreaJistisch, man merkt deutlich dass ein wird.. ......! Bild gezeigt ktinstliches Ich wtirde den Eindruck wie folgt beschrei-

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I.f* ;., 1>_{J23.Wenn Sie einmal davon ausgehen, dass es sich bei der ihnen gezeigten Szenen um ein handelt, wo msste sich dann die Lichtquelle der Szene betatschliches Papiermodell funden haben:

\r

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24.

Beschreiben Sie kurz welchen Wbg das Licht in einer solchen tatschlichen der Lichtquelle zurcklegt, bis es auf Ihr Auge trift:

Szenen von

25. Wie glauben Sie beeinflusst der rtliche Kasten im Zentrum der Szene die Erscheinungsweise des Testfeldes oder anderen Oberflchen der Szene?

LITERATURVERZEICHNIS ANHANG

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