Sensation og Perception. Perception og Sensation. Perception : Oversigt. Sensation er det umiddelbare vi føler (neuronal information)

Transkript

1 Sensation og Perception Perception og Sensation MMT, 2003 Kristoffer Jensen Sensation er det umiddelbare vi føler (neuronal information) Direkte måling (post-mortem, radioaktiv spor, lasermåling, ) Perception er vores fortolkning af det vi føler Indirect måling (hvordan lyder det) Perception : Oversigt En blind er afskåret fra ting En døv er afskåret fra mennesker Evans Sensation and Perception Proctor, R. W., J. D. Proctor, Chapter 3: Sensation and Perception. In Handbook of Human Factors and Ergonomics, 2nd edition, G. Salvendy (editor), pp , 1997 Billed Opfattelse 3: The dimensions of vision. In Lindsay P. H., D. A. Norman, An introduction to Psychology, 2nd ed. Academic Press. pp , 1977 Lyd Opfattelse The dimensions of sound. In Lindsay P. H., D. A. Norman, An introduction to Psychology, 2nd ed. Academic Press. pp , 1977 Virtuel Opfattelse Bullinger, H.-J., W. Bauer, M. Braun, Chapter 52: Virtual Environments. In Handbook of Human Factors and Ergonomics, 2nd edition, G. Salvendy (editor), pp , 1997

2 Perceptionsdelen hænger sammen med resten af MMT kursus og DIKU på mange måder. Viden om lyd/billed følsomhed og diskriminering er af vital betydelse i kompression. Det sammen kan siges om signalbehandling. Vi er generelt kun interesseret i det vi kan opfatte. Forskning i lydperception ligger til grund for feks CD formatet (16 bit samples per sekund) Musikinformatik DIKU Lyd. Interaktion, signalbehandling, højniveau Billedgruppen Grafikgruppen HCI Database... MOSART EU netværk Music Orchestration Systems in Algorithmic Research and Technology Hvad skal vi tale om? T1: Analysis of Current Methods for Music Orchestration Systems T2: Musical Sound Understanding and Timbre Modelling T3: Control and Virtualisation of Instruments T4: Detection of Human Motion and Interactive Musical Performance T5: Symbolic Recognition of Musical Patterns and Recomposition T6: Computer Music Composition Tools T7: Technology transfer and Industrial exploitation Målemetoder Følesystemet Syn Hørelse Balance Følelse Smag og lugt Højniveau Øjebevægelse og bevægelseopfattelse Organisation Rumopfattelse Mønstergenkendelse

3 Introduktion Hvad for Sensorer Hvordan invirker den neurale opkobling på perception Anatomi, Psysiologi Modalitet (feks smerte vs tryk) Intensitet Tidslængde Position Højniveau Sensorer Neuroner Sensation Perception Neuronimpulser Neuroner 5-10 impulser/sek Mer/mindre ved information Max 1000 impulser/sek m/sek Føling (Detektion) Kan det opfattes? Høregrænse Diskrimination Kan forskellen opfattes? Lige Hørbar Forskel (JND) Identifikation Er forskellen den samme? Psykofysisk Skalering Fysisk Intensitet <-> Opfattet Magnitude Målemetoder Psykofysisk S funktion Vigtigt at skilne følsomhed og bias Sensation <-> Perception Lys Sensorisk system - Syn Bølgeform ( nm) Fotoner Øjet Fokussystem Nethinde Bipolære celler Lys Amakrine celle Blind punkt Optiske nerve fibre Ganglion celle Øjemuskler Iris Pupil Linsemuskler Hornhinde Linse Receptive celler (tappe og stave) Nethinde Optisk nerve (til hjerne) Stave Tappe Skarpsyncentrum (Fovea) Blind punkt

4 Hornhinde Syn-Fokussystem Fixeret linse Linse (akkomodation) -5m<Fokus<20 cm (ung) Pupil (2mm til 8 mm åbning) Lille åbning (stærk lys, stor fokaldybde) Stor åbning (svagt lys, lille fokaldybde) Vergence (ikkeparallele øjne (indad ved tæt på)), 5cm Hvile (akkomodation, vergence) Vigtigt ved design af visuel display Presbyopi Kan ikke fokusere tæt på Nærsynet (Myopia) Fokus før receptorer Langsynet (Hyperopia) Fokus efter receptorer Astigmatism Områder ude af fokus Syn - Nethinde Lysenergi->Fotoreceptorer->Nervesignal Ganglion celle Lysfølsomt fotopigment Stave Mørkt, 500nm, S/Hv Tappe Lyst 3 forskellige bølgelængder: 440nm (blå), 540 nm (grøn), 565 nm (rød) Blind plet Øjebevægelse, nærliggende områder Skarpsyncentrum Fixationspunkt, detaljer, tappe 120 stave / celle 6 tappe / celle Circulær. Giver kontrast information Parvocellular Små områder, vedv. stimulus Skarpsyncentrum (mønster) Magnocellular Store omr., transient response I hele nethinden (bevægelse) Visuel perception Lysstyrke Tidsafhængig (<100msek) Størrelseafhængig Mørkeadaptation (30-45 min) Regenereration af fotopigment Lysstyrke vs Sort->Hvid Visuel Skarphed (acuity) Detaljeopfattelse, skarpsyncentrum Statisk (identification, brudte linjer, variabel intensitet) Dynamisk Tidsmæssig (kritisk flimre frekvens - c:a 60 Hz) Farveopfattelse Trikromatisk (blå, grøn, rød) 1 bølgelængde <-> Sum af mange bølgelængder Farvesystem CIE color space Tristimulus, x = X / (X+Y+Z), y = Y / (X+Y+Z) Vinkelafhængig Rød/grøn Gul/blå 40-60

5 Sensorisk System - Hørelse Høre system Følsom for lydbølger (afvigelser fra atmosfærisk tryk) Ren tone: Frekvens (Hz) Amplitude, Intensitet(dB) Tonehøjde Høresystem udfører approximation af Fourier transform Udskiller komponenter af komplex lyd Lydstyrke Sensorisk System - Øret Det ydre øre Pinnae (øreflip) - Hjælper til med lydlokalisering Ørekanal - Forstærker, resonerer ved 3000 Hz Trommehinde - Afskærmer det ydre (luft) fra det indre (vætske) Mellemøret Impedanseanpasning (fra luft til vætske) Luft til vætske dæmpning er normalt ca 30 db, men det er kompenseret i mellemøret. Beskytter mod høje lyde og impulser. To knogler trækker sig sammen efter høje lyde, eller når man selv taler. Det indre øre (Cochlea) Stapes koblet til cochleas ovale vindue Cochlea fuld af vætske som vibrerer 2 kanaler: Scala Vestibular (ind) og Scala Tympanic (ud) Imellem kanalerne ligger cochlear duct, hvor organ of Corti sidder fast, med indre og ydre hårceller. Hårcellerne er de egentlige høreceller, og de omsætter energien til elektrokemiske signaler, der via hørenerven føres centralt. Tidsmæssig integration ( 200 msek) Frekvens integration (>kritisk båndbredde) Ligeniveaukurver Hørbarhedsgrænse Mest følsomme område ( Hz) Maskering Hørelse - Lydstyrke Intensitet (db) En stærk komponent maskerer svagere komponent i samme kritiske bånd Kurverne repræsenterer lige lydstyrke som opfattet af et gennemsnitligt øre. Lydintensitet i decibel er ikke umiddelbart sammenligneligt med øret følsomhed i forhold til frekvens og lydniveau. Smertegrænse. Øret er mindre følsom for lave frekvenser, og denne forskel bliver større for svage lyde. Middel høregrænse. Lige niveaukurver i phons. Frekvens (Hz) Den største følsomhed i hørelse ligger omkring 3-4 khz og er forklaret af ørekanalens resonans. Hørelse - Tonehøjde Harmonisk lyd Tonehøjde fundamentalfrekvens Manglende fundamental Bølgeform Tid Spektrum Frekvens Tonehøjde funktion af intensitet <3000Hz< Frekvens vs Place teori Frekvens <500Hz< Begge <4000Hz< Place

6 Sensorisk System - Balance Hårceller følsomme på væske i bevægelse Gravitetsretning Acceleration Utricle, Saccule Vinkelacceleration Semicirkulære Kanaler Hovedposition Øjeretning ved hovedbevægelse Lugt og Smag Smag er forøget af lugt Smag og Lugt er advarselsensorer Smagknop Består af projektioner af receptor celler Tunge, Svælg og Kinder Henning (1916) : Klassifikation Sød, Sur, Salt, Bitter Lugtstave i næsehulrum Bekymring, ængstelse Advarsel, men vækker ikke (røgalarm) Sensorisk System -Somatik 4 Modaliteter Berøring : Mekanisk (impuls og vedvarende) Proprioception : Muskler (stræk), leder, hud Information om lemmers position (additiv) Smerte (ødelægger væv) Temperatur : Koldt (1-20 under), Varmt (13 over) Hudtemperatur Mekanisk følelse : Blindes læsemiddel (Braille) Aktiv berøring (intentionel manipulation) : Haptics Forhindrer billed udtoning Øjebevægelse Visuelt system ufølsom for statiske hornhinnebilleder Saccadic : Hurtigt skift i fixation (4-5/sek) Automatisk ved stimulus Bevidst Forsinkelse (200 msek), Varighed (<100 msek) Saccadic undertrykkelse Forfølgelse (Nøjagtig for langsom bevægelse) Bevægelseretning og kognitiv forventning ->Øjemuskel Giver information om fiksering Fiksering ikke altid lig med opmærksomhed Øje, Hoved, Krop Bevægelse vs. Objektbevægelse Inflow (muskler overvåges) Outflow (muskelkontrol overv.) Bevægelse følsomhed Bedre med stationære referenceobjekter ( 0.03 /sek) Indukteret bevægelse Mindste objekt Stroboskopisk bevægelse Lavniveau: lille bevægelse, kort tid Højniveau: Stor bevægelse, stort interval ( 500 msek)

7 Højniveau perception - Organisation Gestalt: Prägnanz. Figur <-> Baggrund Figur Symmetri, Inside, Konvex, Mindre, Horisontal/Vertikal Gruppering principper Lig, nær, kontinuitet, lukket, fælles, hæld, samlet Lydexempel Lige overtoner ændret Højniveau perception -Rumorientering Det perceptuelle system konstruerer 3D repræsentation med perceptuelle input (additivt) Visuel dybde Akkomodation (dårlig), Vergence (OK 6-9m) Binokular : Nethindeforskel Kræver i princippet mønstergenkendelse Monocular Motion parallax God afstand bedømmelse->god størrelse bedømmelse Højniveau perception -Lydlokalisering Interaural Intensitet Difference (IID) Bedst i HF (>4000 Hz) Interaural Time Difference (ITD) Bedst i LF (<2000 Hz) Flertydig IID-ITD For-bag forvirring Reel verden : hovedbevægelse, Reflektioner Lydkilde

8 Bottom-Up Kendetegn Bogstav Stavelse Ord delsætning Mønstergenkendelse Organisationprincipper og dybdeperception ->form Informationsoverførsel kræver genkendelse Først kendetegn (features): Bottom-Up Kombination af bottom-up og top-down Top-Down Staverestriktion Stave->Lyd regularitet Syntaktisk restriktion Semantisk restr. (sammenhæng) Pragmatisk restr. (mening) Syn opfattelse Hørselopfattelse Baggrund for repræsentation Applikationer Virtuel verden Hvad nu? Kognition og Intelligense Bevidsthed Udvikling Mentale handikap Indlæring Hukommelse Motiovation og Følelser Personalitet Social psykologi Terapi Helse, Stress