Acuità visiva e sensibilità al contrasto

1. Acuità visiva e sensibilità al contrasto

2. L’acuità visiva

3. Differenze fra come misurano l’acuità visiva gli ottici e gli scienziati della visione

4. Snellen C di Landoldt

5. (distanza critica del paziente) (distanza critica del “normale”) Visual Acuity • Herman Snellen inventò il metodo per misurarel’acuità visiva nel 1862 20/20 considerato “normale” (10/10 in Italia) In pratica l’acuità dei giovani adulti e’ 12/10

6. Angolo visivo α h d tan(α) = h/d d = 57 cm, 1 cm = 1 grad

8. Gli scienziati della visione misurano invece l’acuità visiva in termini del più piccolo angolo visivo sotteso da un ciclo di un reticolo che è ancora possibile percepire correttamente Demo costruzione reticoli con variazione di luminanza di profilo sinusoidale

9. Reticoli sinusoidali in una finestra gaussiana: Gabor Patch

11. Il limite dell’acuità visiva per la visione foveale è circa 0.017° il che combacia quasi perfettamente con la distanza centro a centro dei coni a livello della fovea che ricordiamo è di circa 0.008°. Infatti per poter discernere le due fasi di un reticolo quello di cui abbiamo bisogno sono almeno due coni 0.008°*2=0.016°

13. L’effetto Aliasing spiegato computazionalmente

14. La percezione del contrasto

15. Tra le informazioni più importanti in una scena visiva ci sono fattori come il colore,la profondità e le variazioni di intensità luminosa che definiscono i bordi ed i contorni degli oggetti. Il contrasto di luminanza è definito come la differenza di luminanza di zone adiacenti

16. Le illusioni di brightness (qualità percettiva della luminanza ovvero dell’intensità luminosa di una superficie tradotta in italiano con brillanza)

18. Le illusioni di luminanza sono dimostrazioni del fatto che la percezione soggettiva della luminanza non sempre corrisponde alla distribuzione oggettiva della luminanza stessa Un noto esempio è il contrasto simultaneo descritto da Herring alla finde dell’Ottocento

20. Contrasto simultaneo

25. Cornsweet illusion

26. A B C

27. Questo ci insegna che la luminanza percepita in una certa zona del campo visivo dipende dalla luminanza delle regioni adiacenti. L’elemento rilevante non è quindi il valore assoluto di luminanza di una superficie ma il rapporto fra superfici,dunque il contrasto.

28. Queste osservazioni portarono Herring a formulare l’ipotesi che nel sistema nervoso vi siano dei meccanismi di opponenza anche per il bianco e nero Un meccanismo di opponenza bianco nero implica l’idea che il nero di una immagine sia registrato rispetto al contenuto di bianco.

29. Se meccanismi di opponenza sono effettivamente stati trovati a livello neurofisiologico (ricordate vero?) e possono spiegare come si percepiscono i bordi di contrasto, rimangono ancora da spiegare i meccanismi responsabili di illusioni di brillanza su aree lontane dai bordi. In generale non si conoscono i meccanismi che consentono di percepire superfici omogenee visto che i neuroni sono poco sensibili a stimoli omogenei.Una ipotesi è che la percezione della luminanza di una superficie risulti da una computazione relativa al contrasto presente ai contorni della superficie stessa.

30. Cioè un bordo dotato di un certo gradiente spaziale (es. nero a destra e grigio a sinistra) produce nel sistema percettivo un segnale che poi viene assegnato alle porzioni di spazio contigue e si arresta quando un altro segnale indica la presenza di un bordo. I neuroni codificano la direzione del gradiente di contrasto di una figura a livello dei suoi contorni e tale informazione verrebbe integrata fra un bordo e l’altro. Sono questi fenomeni di filling-in e di edge integration

32. La griglia di Hermann

33. Secondo Baumgarten (1960) la griglia di Hermann fornisce una misura delle interazioni eccitatorie ed inibitorie del campo percettivo! Vediamo ora un’altra illusione: le bande di Mach! Per vedere l’illusione il profilo di luminanza deve essere particolare, nè troppo brusco nè troppo graduale.

36. Mach propose una spiegazione per questa illusione in termini di inibizione laterale e ad oggi tutti i modelli computazionali proposti per spiegarla prendono in considerazione il profilo di sensibilità del campo percettivo e la distribuzione della luminanza fisica .

37. Studi sperimentali sulla percezione del contrasto. Vedremo come i risultati degli studi sulla percezione del contrasto siano perfettamente in linea con i dati neurofisiologici.

38. Fra gli stimoli più utilizzati negli studi della percezione del contrasto ci sono macchie (spot) di luce su sfondo scuro oppure i reticoli. Usualmente i reticoli si definiscono nel dominio della frequenza misurata in numero di cicli per grado di angolo visivo La frequenza spaziale è determinata dalle dimensioni del periodo (l’inverso della frequenza) del reticolo e dalla distanza dall’osservatore.

40. Definizione del contrasto Il contrasto di una immagine è dato dalla differenza di luminanza fra zone chiare e zone scure.Più precisamente nel caso di un pattern periodico come un reticolo si definisce il contrasto: Per gli spot di luce si considera:

41. I compiti utilizzati per lo studio della percezione del contrasto • I tipi di compito maggiormente utilizzati sono quelli di • Detezione • Discriminazione (o identificazione) La metodologia generalmente utilizzata è il calcolo delle soglie

42. La percezione del contrasto: campi recettivi e campi percettivi Abbiamo visto come i campi recettivi sono organizzati in aree adiacenti antagoniste cioè dotate di attività rispettivamente eccitatoria ed inibitoria. Come ricorderete se lo stimolo appropriato viene presentato al centro del campo recettivo la risposta è massima, se però lo si ingrandisce e questo copre anche porzioni periferiche del campo la risposta diminuisce.Ulteriori ingrandimenti poi non provocano nessuna ulteriore variazione perché lo stimolo eccede il campo recettivo del neurone.

43. La percezione del contrasto: campi recettivi e campi percettivi Una delle domande che i ricercatori intorno agli anni 50’-60’ del secolo scorso si chiedevano è se fosse possibile trovare un corrispettivo a livello percettivo delle funzioni antagoniste dei campi recettivi Un primo indizio fu ricavato dagli studi di Westheimer sull’illusione di Hermann

44. La griglia di Hermann

45. La percezione del contrasto: campi recettivi e campi percettivi Westheimer scoprì che variando le dimensioni delle barre e quindi le dimensioni sulla retina delle porzioni chiare e scure dell’immagine, la forza dell’illusione cambiava e questo fu messo in relazione con il variare dell’azione eccitatoria ed inibitoria al variare della distanza

46. Misurazione dei campi percettivi: Subthreshold summation Una misura più precisa però dei campi percettivi si deve a Fiorentini e collaboratori i quali utilizzarono il metodo della sommazione sottosoglia (subthreshold summation) sia con dischi luminosi che con linee. In questo metodo si misurava la soglia per la detezione di uno stimolo test (ottenendo così il valore per la soglia di base) poi si studiava come questo valore fosse modificato dalla presentazione di un altro stimolo vicino presentato sottosoglia

48. Misurazione dei campi percettivi: Matching Nel 1975 Higgins e Rinalducci misurarono i campi recettivi chiedendo ai soggetti di comparare la luminanza di uno spot di luce (test) presentato tachistoscopicamente con uno altro stimolo di dimensioni più grandi e costanti (reference) Variando le dimensioni dello stimolo test da piccolissime a relativamente grandi si osservavano variazioni nella quantità di luminanza percepita in linea con la morfologia dei campi percettivi

49. La percezione del contrasto in funzione della frequenza spaziale Come abbiamo precedentemente detto la soglia di contrasto può essere definita come il valore di contrasto che produce una determinata probabilità di detezione. Un altro valore comunemente usato per lo studio della percezione del contrasto è però la SENSIBILITA’ al contrasto che altro non è che l’inverso della soglia

50. La curva di sensibilità al contrasto