1 Persepsjon/sansing av synlig informasjon

Transkript

1 Avdeling for informatikk og e-læring, Høgskolen i Sør-Trøndelag Persepsjon/sansing av synlig informasjon Jan H. Nilsen Lærestoffet er utviklet for faget LV378D Digital bildebehandling 1 Persepsjon/sansing av synlig informasjon Resymé: Denne leksjonen skal gi deg en introduksjon til hvordan mennesker ser og oppfatter synlig informasjon som farger, bilder og tekst. Basert på kunnskap om vår evne til å oppfatte synlig informasjon, gis det råd for hvordan en kan benytte farger og form i f eks grafiske brukergrensesnitt. Du vil bli presentert for en del grunnleggende begreper, og bildeeksempler. (Kap. 2 i kompendiet, Kap i Gonzalez and Woods) 1.1. Introduksjon Med synlig informasjon menes i denne sammenheng det vi som mennesker er i stand til å observere gjennom øynene våre. Det hevdes at ca 70 % av all informasjon som vi til daglig utsettes for, kommer via bilder. Derfor er forståelse av hvordan vi sanser og oppfatter bilder viktig for mest mulig effektiv og virkningsfull formidling av både lære- og innformasjonsmateriell, reklame, underholdning, kunst og kultur. Når en er klar over hvor stor del av vår daglige informasjonspåvirkning som kommer via bilder, ca 70%, kan en undre seg over hvorfor ikke fagområder som digital bildebehandling og bildeanalyse, samt grafisk databehandling, har tatt mer av, enn de har gjort til nå. Dette gjelder både forskning, antall kurs på universiteter og høgskoler, antall studenter og antall kommersielle anvendelser. Noe av årsaken til dette kan ha vært at tidligere var tilgjengelig bildebehandlings- og grafisk programvare relativt kostbar og krevde dyr maskinvare. Nå er dette i ferd med å endre seg, med kraftige PC-er til overkommelige priser. Digitale fotoog videoapparater blir også mer og mer vanlig og programvare for å betjene dette kommersielle privatforbrukermarkedet, vil bli etterspurt. Andre mulige og eksisterende anvendelser av digital bildeinformasjon er svært stor, fra lesning av strekkode, tyding av tekst og bilder, til overvåking og telling og måling av fysiske objekter. Grafisk databehandling benyttes i dag ikke bare til å konstruere digitale bildemodeller av hus eller objekter som skal konstrueres, men også stadig voksende grad i dataspill/simuleringsindustrien, hvor ofte en virtuell 3d-virkelighet skal vises fram på en skjerm. Eksplosjonen i internetthandel de siste få årene har medført et stort behov for web-sider med gode grafiske brukergrensesnitt, hvorav bilder ofte er en viktig del. Kunnskap om og forståelse for digital og grafisk bildebehandling vil derfor etter all sannsynlighet være etterspurt i stigende grad i årene som kommer.

2 Persepsjon/sansing av synlig informasjo side 2 av 8 Anbefalt lesning til denne leksjonen er kap. 2 i kompendiet og kap. 2 til og med 2.5 i Gonzalez og Woods. Innholdet i denne leksjonen vil gi utfyllende kommentarer til en del av innholdet i disse to kapitlene Noen fysiske egenskaper ved synlig lys. Synlig lys kan forklares både som et bølgefenomen og et partikkel fenomen. En bølge utbrer seg ved at den setter omliggende masse i en svingende bevegelse. Energien stråler på den måten ut i rommet som svingninger som brer seg i et medium/ for eksempel luft. Et godt eksempel på bølgeutbredelse kan vi observere dersom vi kaster en stein ut på en stille vannflate. Bølgene brer seg som ringer med stadig større diameter utover i vannet. Ved en partikkelbetraktning, antas det at det settes opp en strøm av fotoner som brer seg fra atom til atom og øker og minsker energinivået i atomene, ettersom atomene absorberer eller sender ut fotoner. Figur viser en prinsippskisse av lysbølger/elektormagnetisk bølger. Figur Skisse av lysets bølgestruktur. Lys kan sees på som en elektromagnetisk bølge som brer seg i rommet. Det består av et elektrisk og et magnetisk felt som svinger normalt på hverandre. (MSEncarta95) Avstanden mellom to påfølgende bølgetopper kalles en bølgelengde, ofte angitt ved den greske bokstaven. Bølgelengden på synlig lys varierer mellom ca nm. 1 nm = 10-9 m eller en milliarddels meter.

3 Persepsjon/sansing av synlig informasjo side 3 av 8 Tiden det tar fra en bølgetopp til den påfølgende, passerer et og samme punkt i rommet, kalles en bølgeperiode; T. Antall svingninger pr sekund en bølge svinger/oscillerer i et og samme punkt, kalles bølgefrekvensen, f = 1/T (s -1 ) og angis i SI-enheten Hertz (Hz) En bølgeperiode på 0.1 sekund gir en bølgefrekvens på f = 1/0.1 = 10 Hz eller 10 svinginger pr sekund. En bølges forplantings/utbredelseshastighet, v, i rommet er gitt ved likningen: v = / T (m/s) dersom er angitt i meter Forplantningshastigheten til elektromagnetisk stråling og dermed også synlig lys er: v(synlig lys) = km / s = 3 * 10-8 m/s Figur viser en skisse av det elektormagnetiske spekteret med angitt bølgelengde for de ulike strålingstypene. Vi ser at for synlig lys er det ultrafiolett og blått lys som har kortest bølgelengde, mens rødt og nær infrarødt lys har lengst. Se også Fig 2.10, Gonzalez and Woods Bølgefrekvensen/antall svingninger pr sekund til lys med en bestemt bølgelende, kan bestemmes av likning når vi kjenner lysets hastighet og bølgelengde. Setter vi inn uttrykket for f gitt i 1.2.1, i likning og løser den med hensyn på f, får vi følgende uttrykk: f = v / For blågrønt lys er = 500 nm = 500 * 10-9 m = 5 * 10-7 m. Med v = 3 * 10 8 m/s blir f = 15 * Hz, eller svingninger pr sekund, noe som må sies å være nesten ufattelig raskt. a)

4 Persepsjon/sansing av synlig informasjo side 4 av 8 b) Figur Det elektormagnetiske spekteret med angitt bølgelengde for de ulike strålingstypene. I figur b er den synlige delen av det elektormagnetiske spekteret forstørret. Synlig lys har bølgelengder fra ca nm. 1 nm = 10-9 m. (MSEncarta95) 1.3. Øyet All synlig informasjon som mennesket oppfatter, passerer gjennom øyet. Figur Skisse av øyet. Diameteren på øyet er ca 2.5 cm. (Caplex 1999). (Se også Fig 2.1, Gonzalez and Woods, 2002) De lysfølsomme sensorene i øyet sitter på netthinna. De består av staver (eng. rods) og tapper (cones). Stavene tjener til å gjengi helheten i et bilde. Stavene gjengir ikke farge. De er

5 Persepsjon/sansing av synlig informasjo side 5 av 8 følsomme også for svakt lys. Det finnes ca millioner staver i hvert øye og de er fordelt utover hele netthinna., se figur Mange staver er knyttet til samme synsnervetråd. Tappene er hovedsakelig plassert i den gule flekken (eng. fovea) på netthinna. Det finnes mellom 6 7 millioner tapper i hvert øye. Tappene er svært følsomme for farge. Hver tapp er knyttet opp mot sin egen synsnervetråd. Dette gjør at mennesker kan sanse meget fine fargenyanser. Øyemusklene roterer øyet slik at det vi stirrer på, faller på den gule flekken på netthinna, der hovedsakelig tappene er plassert. Dersom det objektet vi ser på ser skarpt ut, er bildet av dette objektet gjenskapt på netthinna nær den gule flekken. På grunn av at bare en tapp er knyttet opp mot hver sin nervetråd, trengs det mye lys for at vi skal kunne skille godt mellom farger. I mørket/måneskinn er alle katter grå. Gonzalez og Woods, 2002, side 37, har gjort et lite regneeksempel som er litt artig. Antall tapper pr mm 2 i den gule flekken er ca Dersom en antar at den gule flekken er kvadratisk med side 1.5 mm vil det være ca tapper i den gule flekken. Den CCD brikken som i dag sitter i et Sony DCR-PC110 Digital Videokamera er på ca 6.3 * 6.3 mm 2 og inneholder ca lysfølsomme celler eller ca celler pr mm 2. Det finnes nå digitale kamera med atskillig høyere oppløsning enn dette og en ser derfor at oppløseligheten på disse brikkene begynner å nærme seg oppløseligheten på tappene i den gule flekken i øyet vårt Farger Valg av farger i forbindelse med informasjonsoverføring, bør ikke bare ta hensyn til overføringsmediets (dataskjermen, fotografi, TV, kino, tegning, maleri) evne til å produsere farger. Vel så viktig er kunnskap om hvordan mennesker oppfatter farger og den sammenhengen de presenters i. For eksempel så lider ca hver 12. voksne mann og ca hver 100. voksne kvinne av en eller annen form for fargeblindhet, og skjermbilder som en skal sitte å jobbe med over lengre perioder, bør ha en annen fargesammensetning enn bilder som bare blir eksponert i noen få sekunder, og som har til hensikt å vekke oppmerksomhet. Kap. 2.2 og 2.3 i kompendiet gir en meget utfyllende og nyttig innføring og veiledning i bruk av farger i forbindelse med synlig informasjonsoverføring/brukergrensesnitt. I forbindelse med øving 2 skal du ta for deg minst et brukergrensesnitteskjermbilde og kommentere bruken av farger i forhold til de tipsene som er gitt i kap. 2.2 og 2.3. Disse to underkapitlene vil derfor bli nærmere kommentert i forbindelse med øving Former i bilder/gestaltfaktorer På begynnelsen av 1900 tallet vokste det fram en retning innen psykologien som kalles Gestaltpsykolog, (Max Wertheimer, Wolfgang Köhler, and Kurt Koffka, 1910). Den hevdet at i psykologisk forstand er den helheten vi oppfatter gjennom sansene våre, noe annet og mer enn summen av de enkelte delene. Gestalten (helheten) har egenskaper som påvirker vår oppfatning av de enkelte detaljene som inngår i helheten. F. eks. vil vi tendere til å oppfatte et bilde av et tog og jernbaneskinner som om de to hørte sammen, selv om det er to atskilte fysiske enheter. Gestaltpsykologien formulerte en rekke optiske gestaltlover, som beskriver lovmessigheter i vår bearbeidning av visuelle stimuli/bildeelementer. Gestaltpsykologien har flere lover for perseptuell organisering: Loven om likhet: Like stimuli kan bli oppfattet som en enhet, f.eks. eneggede tvillinger, spillere på et fotball-lag med like drakter.

6 Persepsjon/sansing av synlig informasjo side 6 av 8 Loven om nærhet: Stimuli som ligger nær hverandre kan oppfattes som samhørige, f.eks. xx xx II II oo oo Loven om god form: Stimuli som kun er bruddstykker av en figur kan vi oppfatte som hele figurer. Loven om kontinuitet: Stimuli som ligger nær hverandre kan oppfattes som kontinuerlige, f.eks.... kan oppfattes som en linje, selv om det bare er prikker. Loven om innesluttethet/overlapping: To/flere figurer som ligger inni hverandre kan oppfattes som en enhet. Gestaltpsykologene mener at disse lovene kan gjøre det lettere å oppfatte omverdenen, slik at man slipper å analysere alt som oppfattes. De mener at erfaring og opplevelse kan ha betydning for hukommelsen. Når man lærer/husker noe, blir det dannet et hukommelsesspor i hjernen, som senere kan gjenhentes. Sentralt i disse lovene står defineringen av en rekke gestaltfaktorer: Likhetsfaktor, nærhetsfaktor, felles skjebnefaktor, faktor for observasjon av mengder, inkluderingsfaktor, kontinuitetsfaktor, lukkingsfaktor, fikseringsfaktorkonturfaktor og avhengighetsfaktor. Eksempler og mer utfyllende forklaring på disse faktorene er angitt i kompendiet kap Optiske illusjoner Som en avslutning til denne leksjonen se på bildet til M.C. Escher: Figur Litografiet Relativitet av M.C. Escher. (MSEncarta95).

7 Persepsjon/sansing av synlig informasjo side 7 av 8 Bildet er designet slik at oppnedretningen endrer seg fra den ene delen av bildet til den neste. Et av budskapene til kunstneren var å forsøke å illustrere Einstein s relativitetsteori, som hevder at sansing/oppfatning av synlig informasjon endrer seg avhengig av ens posisjon og bevegelse. Selv om folk flest vil oppfatte dette bildet forskjellig, vil det kanskje være naturlig å gruppere bildet slik at en lar de elementene som har samme oppnedretning henge sammen. Det eksisterer en slags overordnet sammenheng/avhengighet mellom de personene som går i de ulike trappene og de tilsvarende trappene, og ellers også de objektene som ser ut til å eksitere innenfor en og samme oppretning. Ikke all menneskelig synsoppfatning kan modelleres med standard naturvitenskaplige analyseteknikker. De to bildene i figur viser eksempler på optiske illusjoner. a) skaper illusjon av gråflekker mellom firkantene. Disse gråflekkene eksisterer ikke i originalbildet. De synes å bevege seg delvis på grunn av en rykkvis bevegelse av øyet. Bildet i b), Kanizsa s trekant, viser illusjoner av forsterket kontrast og falske konturer som ikke kan forklares av rene lysintensitetsverdier/pixelverdier i bildet. a) b) Figur Optiske illusjoner. a) Illusjoner av bevegelige gråtoneflekker mellom de svarte firkantene og b) Kanizsa s trekant med forsterkede kontraster og falske konturer. Se også Fig. 2.9 hos Gonzalez and Woods, 2008 Eksempler på demoer av gråtone illusjoner: Farge illusjoner. Se

8 Persepsjon/sansing av synlig informasjo side 8 av Innhold 1. PERSEPSJON/ SANSING AV SYNLIG INFORMASJON FEIL! BOKMERKE ER IKKE DEFINERT INTRODUKSJON NOEN FYSISKE EGENSKAPER VED SYNLIG LYS ØYET FARGER FORMER I BILDER/GESTALTFAKTORER OPTISKE ILLUSJONER INNHOLD... 8