Optische Täuschung

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Eine optische Täuschung oder auch visuelle Illusion ist eine Wahrnehmungstäuschung des Gesichtssinns.

Optische Täuschungen können nahezu alle Aspekte des Sehens betreffen. Es gibt Tiefenillusionen, Farbillusionen, geometrische Illusionen, Bewegungsillusionen und einige mehr. In all diesen Fällen scheint das Sehsystem falsche Annahmen über die Natur des Sehreizes zu treffen, wie sich unter Zuhilfenahme weiterer Sinne oder durch Entfernen der auslösenden Faktoren zeigen lässt.

Optische Täuschungen werden in der Wahrnehmungspsychologie untersucht, da aus ihnen Rückschlüsse über die Verarbeitung von Sinnesreizen im Gehirn gewonnen werden können. Optische Täuschungen beruhen auf der Tatsache, dass die Wahrnehmung subjektiv ist und vom Gehirn beeinflusst wird (siehe Top-down und Bottom-up). Systematisch produziert und analysiert werden optische Täuschungen in der Gestaltpsychologie.

Beispiele

Relativität von Linien

Die scheinbar wellenförmigen senkrechten und waagerechten Linien sind Geraden.
Die waagerechten Linien sind exakt parallel.
In dieser Version der Café Wall Illusion sind die Randlinien der schattierten Felder blau-grün (in RGB-Einheiten: B=180, G=180)
Die diagonalen Linien erscheinen gekrümmt, aber tatsächlich sind sie gerade und parallel.

Das Quadrat im Bild links besteht aus schachbrettartig angeordneten dunklen und hellen Teilquadraten. In einigen der dunklen Teilquadrate sind die Ecken durch kleine helle Quadrate gestört. Es entsteht der Eindruck, als seien die – nachweislich geraden – Trennlinien zwischen den Teilquadraten wellenförmig gekrümmt. Dabei spielt deren Helligkeit und Dicke eine wesentliche Rolle.

Im Beispiel rechts oben scheinen die Querbalken keilförmig zu sein – in Wahrheit sind alle horizontalen Linien exakt parallel, und die Querstreifen sind Rechtecke.

Diese Täuschung wurde 1874 erstmals von Hugo Münsterberg (1863–1916), der sie auf einer amerikanischen Pferdebahnabokarte vorfand, beschrieben und im Jahre 1894/97 als verschobene Schachbrettfigur (eccentric chess illusion) veröffentlicht. Sie heißt deshalb auch Münsterberg-Täuschung. Andere Forscher wie A. H. Pierce nannten sie 1898 Kindergarten-Flechtmuster-Täuschung (illusion of the kindergarten patterns in Psychological Review Nr. 5, 233–253). Der jüngste Name stammt von Richard L. Gregory, der sie 1973 nach einer schwarz-weiß gefliesten Wand in einem Café aus dem 19. Jahrhundert in der Innenstadt Bristols als Kaffeehaus-Täuschung („café wall illusion“) beschrieb. Nach McCourt[1] kann die Café Wall Illusion über einen Helligkeitskontrast erklärt werden. Sind die Reihen schwarzer und weißer Felder durch schmale graue Linien getrennt, dann nimmt man diese zwischen schwarzen Feldern als deutlich heller wahr und zwischen hellen Feldern dunkler. Die Wahrnehmung verbindet nun die hell erscheinenden Linienabschnitte mit den Ecken der hellen Felder und entsprechend die dunkel erscheinenden Liniensegmente mit den Ecken der dunklen Felder. Diese subjektiven Konturen werden als zur Horizontalen geneigt wahrgenommen und lassen deshalb die Rechtecke keilförmig erscheinen. Der Effekt ist nicht auf ein Muster abwechselnd schwarzer und weißer Fliesen beschränkt, er tritt z.B. auch bei einer abgestuften oder kontinuierlichen Schattierung der Fliesen zwischen schwarz und weiß auf[2]. Die Illusion ist stark von der Breite und dem Grauwert der Trennlinie abhängig und erreicht ihr Maximum, wenn die Breite der Linie um einen Faktor zwei bis drei kleiner ist als das Auflösungsvermögen des Auges[3] (eine Bogenminute = 2,91×10-4 rad). Der Eindruck wellenförmig verlaufender Abgrenzungen kann auch entstehen, wenn Reihen mit ungleicher Periodenlänge kombiniert werden.[3] Es gibt auch farbige Versionen.[4]

Im vierten Beispiel (rechts unten) entsteht der Eindruck, die diagonalen Linien seien gekrümmt, tatsächlich jedoch sind sie exakt gerade und parallel. Diese Täuschung heißt auch Zöllner-Illusion. Tauben empfinden diese Illusion im Vergleich zum Menschen genau umgekehrt, sie unterschätzen die Winkel zwischen den Linien.[5]

Relativität von Farben

Ein Nachbild entsteht, wenn man länger auf ein grellfarbiges Quadrat und anschließend auf eine helle Fläche schaut.

Wenn man etwa eine halbe Minute lang auf das grüne Quadrat im Bild rechts starrt und anschließend auf die freie Fläche daneben sieht, so erscheint darauf ein rötliches Quadrat. Das rötliche Quadrat entsteht, weil wir ein Nachbild auf der Netzhaut sehen. Es hat die Komplementärfarbe zum grünen Quadrat.

Nicht jeder, der zum ersten Mal damit konfrontiert wird, nimmt diese Einfärbung wahr. Offenbar gibt es hier Korrekturmaßnahmen, die diesen Sinneseindruck unterdrücken. Es kann helfen, wenn man etwas länger starrt und die Augen dabei auf unendliche Sehweite einstellt.

Erklärungsansätze für das Entstehen eines Nachbildes finden sich in der Dreifarbentheorie und in der Gegenfarbtheorie.

Relativität von Helligkeit

Der graue Balken erscheint links heller, besitzt aber überall den gleichen Grauwert, es sei denn, er wird im Winkel mittels eines Flachbildschirms betrachtet, bei dem generell eine tatsächliche Farbabweichung stattfindet. Außerdem scheint die Kontur an allen Stellen deutlich erkennbar zu sein, obwohl das Bild in der Basisgröße einen mehrere Pixel breiten Bereich hat, in dem der Grauwert des Streifens mit dem des Hintergrundes identisch ist.
Hell ist relativ: Die Quadrate A und B sind gleich hell.
Beweis: die Quadrate A und B sind gleich hell.

Die Wahrnehmung von Helligkeitsunterschieden ist sehr subjektiv. Ein Farbton, den wir in der Dämmerung als hell wahrnehmen, erscheint bei Sonnenlicht dunkel, und andersherum. Physikalisch ist diese Interpretation korrekt. Unser Gehirn greift auch beim Betrachten der Beispiele auf der linken und rechten Seite auf diese Erfahrung zurück. Links erscheint Grau bei dunkler Umgebung heller, in heller Umgebung dunkler, obwohl der graue Balken überall den gleichen Grauwert besitzt.

Das Quadrat B rechts im Bild liegt im Schatten. Dem Muster folgend muss es ein weißes Quadrat sein, viel heller als das dunkle Quadrat A. Absolut betrachtet sind beide Quadrate jedoch gleich hell.

Überbetonung von Kontrasten

Weiße und schwarze Punkte

Das Hermann-Gitter wurden von Ludimar Hermann im Jahre 1870 vorgestellt. Da dieses Phänomen auch von Ewald Hering bemerkt wurde, bezeichnet man es auch als Hering-Gitter. Beim Gitternetz glaubt der Betrachter, im Schnittpunkt der grauen Linien schwarze Flecken zu sehen. Sie flackern und sind nur wahrzunehmen, solange man seinen Blick nicht darauf konzentriert.

Bisher wurde angenommen, dass die Überbetonung der Kontraste auf der lateralen Hemmung beruht. Es gibt jedoch starke Hinweise, dass diese Theorie nicht zutrifft. Ändert man die Täuschung nur leicht ab, z.B. durch sinusförmige Balken, so verschwindet die Illusion.[6] Dieser Effekt widerspricht der Theorie der lateralen Hemmung.

Relativität von Größe

Ebbinghaus Illusion: Die blauen Kugeln haben die gleiche Größe.
Wir interpretieren Größe in Abhängigkeit von der Umgebung. Alle drei Schwesternpaare sind gleich groß.

Das Bild links ist ein Beispiel für viele ähnliche Schemazeichnungen, die die menschliche Wahrnehmung verwirren. Die linke blaue Kugel ist kleiner als die umgebenden roten, bei der rechten ist es umgekehrt. Die Übertragung von relativ kleiner und relativ größer auf die beiden blauen Kugeln in direkten Vergleich ist falsch. Beide blauen Kugeln sind gleich groß.

Das Bild rechts zeigt einen Säulengang und drei Schwesternpaare. Das Paar im Vordergrund erscheint kleiner als das mittlere Paar. Das hintere Paar erscheint am größten.

Ein Nachmessen beweist, dass alle drei Paare gleich groß sind. Unser Auge liefert das Bild auf der Netzhaut, seine Bedeutung erschließt sich jedoch erst durch die Verarbeitung der Bildinformationen im Gehirn. Obwohl das Bild zweidimensional ist, erkennen wir einen Weg, der von vorne nach hinten verläuft und den Eindruck räumlicher Tiefe vermittelt. Wir folgern, dass sich Gegenstände am unteren Rand in unserer Nähe befinden und Gegenstände in der Bildmitte weiter von uns entfernt sind.

Die Bildverarbeitung im Gehirn geht davon aus, dass Gegenstände mit zunehmender Entfernung kleiner werden. Daher wundern wir uns nicht darüber, dass die Frau hinten rechts im roten Mantel verglichen mit den Personen links im Bild extrem klein ist. Sie ist nur weiter entfernt als die Personen im Vordergrund.

Das Paar im Vordergrund wirkt sehr klein, denn die Entfernung wird als gering interpretiert. Wäre es in Wirklichkeit genauso groß wie das mittlere Paar, müsste es auf dem Bild größer erscheinen. Da es auf dem Bild aber exakt genauso groß wie das mittlere Paar ist, folgert das Gehirn, dass die Personen in Wirklichkeit kleiner sein müssen.

Das Gleiche gilt für das hintere Paar. Eigentlich müsste seine Größe der der Frau im roten Mantel entsprechen. Stattdessen sehen wir es in mehr als doppelter Größe. Durch unseren Bildverarbeitungsprozess sind diese beiden Personen im Hintergrund folglich Riesen.

Die Relativität von Größe ist in der Ponzo-Täuschung bedeutungsvoll. Diese Illusion ist auch unter dem Namen Railway Lines Illusion bekannt, da die Figur an Eisenbahnschienen erinnert, und wurde vom italienischen Psychologen Mario Ponzo 1913 entwickelt. Zwei Balken werden gleich groß auf zwei (oder mehr Linien, die wie gerade Zuggleise verlaufen) gemalt. Der obere Balken wirkt größer. Haupterklärung ist das Prinzip der Größenkonstanz. Die zusammenlaufenden Schienenlinien werden als eigentlich parallele Linien aufgefasst, die in großer Tiefe ihren Fluchtpunkt haben. So entsteht der Eindruck räumlicher Tiefe. Der obere Balken wird aufgrund der räumlichen Interpretation dadurch als weiter entfernt wahrgenommen und müsste deshalb eigentlich wesentlich kleiner sein als der untere Balken, um als gleich groß wahrgenommen zu werden. Da aber die Netzhautbilder beider Balken gleich groß sind, wirkt der obere Balken größer.

Diese optische Täuschung macht man sich in Architektur, Fotografie und Film unter dem Begriff erzwungene Perspektive zu nutze, um Objekte im Auge des Betrachters größer oder entfernter erscheinen zu lassen.

Relativität des Blickwinkels

Skulptur eines Penrose-Dreieckes, Gotschuchen/Kärnten/Österreich.
„Piano-Illusion“: rechts das Modell, links sein Aussehen im Spiegel.

Eine andere Art der optischen Täuschung entsteht durch den Blickwinkel des Betrachters. So lassen sich Objekte konstruieren, die aus verschiedenen Blickwinkeln völlig unterschiedlich wahrgenommen werden. Im Bild ist rechts eine merkwürdige Anordnung von Objekten zu sehen. Schaut man links in den Spiegel, glaubt man, einen vollständigen Flügel vor sich zu haben. Auf einem ähnlichen Effekt beruhen Modelle, die scheinbar „unmögliche Objekte“ darstellen, beispielsweise das Penrose-Dreieck.

„Falsche“ Mondneigung

Unter das Stichwort „Relativität des Blickwinkels“ kann auch die „falsche“ Mondneigung eingeordnet werden. Dieses Phänomen kann beobachtet werden, wenn Mond und Sonne tagsüber gleichzeitig am Himmel zu sehen sind. Man würde erwarten, dass der Mond seine beleuchtete Seite, die Sichel, der Sonne zuwendet, weil sie von dort ihr Licht erhält. Stattdessen weicht die Sichel mit ihrer Symmetrieachse deutlich und manchmal sogar stark nach oben von der erwarteten Richtung ab. Die Sichel schaut über die Sonne hinweg, wie das nebenstehende Bild zeigt. Ebenso unerwartet zeigt die Sichel nachts trotz untergegangener Sonne manchmal nach oben statt nach unten. Diese Erscheinung ist eine Optische Täuschung, für die es unterschiedliche Erklärungen gibt, unter anderem die, dass die Täuschung von der Blickrichtung abhängt.[7][8][9][10][11]

Nicht vorhandene Objekte

Bei manchen Sinneseindrücken glaubt der Betrachter Objekte wahrzunehmen, die nicht vorhanden sind. Ein Beispiel dafür ist das nebenstehende Muster (links) aus durchbrochenen Linien. Der Betrachter glaubt an den Schnittstellen weiße Scheiben zu sehen.

Im Beispiel in der Mitte sieht der Betrachter einen Würfel. Die Kanten, die auf dem Bild gar nicht vorhanden sind, werden bei der Bildverarbeitung im Gehirn ergänzt. Beim Kanizsa-Dreieck (benannt nach Gaetano Kanizsa) im Bild ganz rechts glaubt der Betrachter, ein weißes Dreieck zu entdecken, obwohl das Bild nur Linien und Kreissegmente zeigt. Die gedachten Linien sind in der Literatur auch als „kognitive Konturen“ (cognitive contours) bekannt geworden.

Ähnlich lassen sich auch die Marskanäle oder das Marsgesicht auf das Bestreben des Gehirns zurückführen, bei der Mustererkennung Bekanntes wiederzuentdecken.

Mehrfach wahrgenommene Objekte

Kippfiguren wie der Necker-Würfel sind ein Beispiel für multistabile Wahrnehmung. Dabei bestimmt die Erfahrung die Lage, in der die Figur vorzugsweise wahrgenommen wird. Bei längerem Betrachten des Bildes kippt der Necker-Würfel.

Bewegungsillusionen

Bewegte Kreise, wenn der Betrachter sich vor und zurück bewegt.

Es gibt eine lange Reihe optischer Täuschungen, in denen der Betrachter meint, dass sich Teile des Bildes bewegen. Dabei muss manchmal der Kopf selbst bewegt werden und manchmal nicht. Letztere Variante funktioniert am besten mit peripherem Sehen, das heißt, die Bewegung ist an den Stellen zu erkennen, die gerade nicht fokussiert werden.

Eine Bewegungsillusion tritt auch auf, wenn man ein kleines Objekt vor einer Umgebung betrachtet, die keine Anhaltspunkte für die räumliche Lage gibt. Ein einsamer Stern am dunklen Himmel scheint sich zu bewegen.

Auch können statische Bilder eine Bewegungsillusion hervorrufen, ohne dass man seinen Kopf bewegt. Die Ursache findet sich in wiederholten Mustern innerhalb derer sich unterschiedlich starke Kontraste befinden. Durch die unterschiedlich schnelle Weiterleitung von unterschiedlich starken Kontrasten und Helligkeiten in der Peripherie der Retina kommt es in den nachgeschalteten Ebenen der visuellen Verarbeitung (Stichwort: Reichardt-Detektoren) zur Falschverarbeitung und somit zur Fehlinterpretation. Die „Rotating Snake“ ist ein sehr gutes Beispiel dafür.

Weitere Beispiele

Barber-Pole-Illusion

Ein Ames-Raum, benannt nach Adelbert Ames, Jr. (1880–1955), ist ein Raum mit einer speziellen Geometrie, in dem sich eine Reihe von optischen Täuschungen realisieren lassen.

Eine Reihe weitere optischer Täuschungen sind teils seit der Antike bekannt, teils erst im 19. Jahrhundert und in jüngster Vergangenheit beschrieben. Dazu gehören:

Optische Täuschungen im Alltag

Dass optische Täuschungen auch im Alltag auftreten können, zeigen diese Beispiele:

  • Beim Film erzeugt das schnelle Hintereinander von statischen Einzelbildern die Illusion einer Bewegung. Es sieht oft so aus, als würden die Räder des Autos sich rückwärts bewegen, obwohl es nicht so ist. Siehe stroboskopischer Effekt.
  • Unter bestimmten landschaftlichen Gegebenheiten scheinen Straßen, die in Wirklichkeit bergabwärts verlaufen, bergaufwärts zu führen und umgekehrt (beispielsweise der Electric Brae in Schottland).
  • In der illusionistischen Malerei werden mittels Trompe-l’œil-Technik Räume optisch vergrößert.
  • Auch die Op-Art setzt optische Täuschungen gezielt als Stilmittel ein.

Mögliche Erklärung für optische Täuschungen

Ein möglicher Lösungsansatz für „optische Täuschungen“ ist die Theorie des Amerikaners Mark Changizi. Dieser spricht von einem „Blick in die Zukunft“, die unser Gehirn jede Sekunde vornimmt. Die visuellen Informationen der Außenwelt gelangen über die Netzhaut und die Sehnervenkreuzung ins Gehirn. Jedoch ist nur in einem kleinen Teil der Netzhaut scharfes Sehen möglich. Beim Betrachten einer visuellen Szene führt das Auge gezielte Bewegungen aus (Willkürsakkaden). Die unscharfen Bilder während der Augenbewegung werden vom Gehirn unbewusst ausgeblendet. Aus den verschiedenen Seheindrücken gelangen die Impulse über einen Teil des Thalamus (Corpus Geniculatum Laterale) und danach in das primäre Sehzentrum am Hinterhauptspol, dem primären Sehzentrum. Es gibt jedoch bereits auf dieser Ebene Rückkopplungschleifen, so dass bereits im Sehzentrum nur noch ca. 10 % der Nervenfasern vom Auge kommen. Bereits auf dieser Ebene findet eine essentielle Vorverarbeitung der Signale aufgrund biologischer Parameter und Vorerfahrungen statt. Im Wesentlichen erschafft das Gehirn also die visuelle Repräsentation des Gesehenen aus relativ schwachen Signalen selbst.[12] Dieser Mechanismus ist störanfällig, was die optischen Täuschungen verdeutlichen. Das Hirn wertet die Informationen dann weiter aus und errechnet die erwartete Veränderung für die Zukunft, dies ist evolutionär gesehen wichtig. Beispielsweise suggerieren Fluchtpunkte eine Bewegung, das Gehirn berechnet die Umgebung daraus neu. Da sich die reale Position jedoch nicht verändert, entsteht die optische Täuschung, dass Linien verbogen werden. Laut Changizi lassen sich so bis zu 50 Täuschungen erklären.[13]

Literatur

  • Ernst Mach: Über die Wirkung der räumlichen Verteilung des Lichtreizes auf die Netzhaut. In: Sitzungsberichte der mathematisch-naturwissenschaftlichen Classe der kaiserlichen Akademie der Wissenschaften Nr. 52, 1865, S. 303–322.
  • Ludimar Hermann: Eine Erscheinung simultanen Contrastes. In: Pflügers Archiv für die gesamte Physiologie Nr. 3, 1870, S. 13–15.
  • William H. Ittelson: The Ames Demonstrations in Perception. Princeton University Press, Princeton 1952.
  • Franz C. Müller-Lyer: Optische Urtheilstäuschungen. In: Archiv für Physiologie Supplement-Band. 1889, S. 263–270.
  • Hugo Münsterberg: Die verschobene Schachbrettfigur. In: Zeitschrift für Psychologie Nr. 15, 1897, S. 184–188.
  • Jürg Nänni: Visuelle Wahrnehmung / Visual Perception. Niggli Verlag, Sulgen/Zürich 2008, ISBN 978-3-7212-0618-0.
  • Uwe Stoklossa: Blicktricks. Anleitung zur Visuellen Verführung. Hermann Schmidt, Mainz 2005, ISBN 978-3-87439-681-3.

Weblinks

 Commons: Optische Täuschung – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Sammlungen mit Hintergrundinformationen
Arbeiten über einzelne Phänomene

Einzelnachweise

  1. M. E. McCourt: Brightness induction and the Café Wall illusion. „Perception“ Nr. 12, 1983. S. 131–142.
  2. A. Kitaoka, B. Pinna, G. Breistaff: Contrast polarities determine the direction of Café Wall tilts. „Perception“ Nr. 33, 2004. S. 11–20.
  3. a b Subjective contours triggered by border lines below the resolution limit. bei uni-ulm.de
  4. R. L. Gregory: Vision with isoluminant color contrast: 1. A projection technique and observations. Perception Nr. 6, 1977. S. 113–119.
  5. S. Watanabe, N. Nakamura, K. Fujita (2011). Pigeons perceive a reversed Zöllner illusion. „Cognition“ Nr. 119 (1). S. 137–141.
  6. János Geier: Stopping the Hermann grid illusion by sine distortion. 2008. Abgerufen am 25. Februar 2011.
  7. Darstellung als optische Täuschung: Über gerade und gekrümmte Linien am Himmel… sternwarte-recklinghausen.de
  8. Darstellung der „falschen“ Mondneigung mit Skizzen und geometrischen Berechnungen bei jimdo.com
  9. Astronomisch-psychologische Erklärung zur „falschen“ Mondneigung (PDF; 1,1 MB) bei psy-mayer.de
  10. Bernhard Schölkopf: The moon tilt illusion. Zeitschrift Perception Nr. 27 (10), S. 1229–1232
  11. Georg Glaeser, Karlheinz Schott: Geometric Considerations About Seemingly Wrong Tilt of Crescent Moon. „KoG“ Nr. 13, S. 19–26
  12. Chris Frith: Wie das Gehirn die Welt erschafft. Spektrum Wissenschaftlicher Verlag, Sachbuch 2010
  13. Heike Le Ker: Optische Täuschungen: Blick in die Zukunft trickst das Auge aus. Spiegel Online, 2008 (abgerufen am 11. Juni 2008)