Visual illusions : perception of luminance, color, and motion in humans

Abstract

Over the past centuries studies on visual illusions have provided us with a better understanding of the human visual system. The aim of this thesis is to contribute to this research field by utilizing visual illusions as research tools. In several psychophysical experiments and qualitative approaches I try to realize this aim. Since the human visual system is complex and processing mechanisms are highly interactive in networks, I will not focus on a single field but rather investigate a whole series of visual illusions. The thesis is divided into three major threads: 1. phenomena of fading and filling-in; 2. geometric-optical illusions, luminance illusions, and color illusions at conditions of luminance contrast and isoluminance with chromatic contrast; 3. apparent motion illusions. These studies expand our knowledge on various processing mechanisms from low-level (retina) to higher-levels of the visual cortex (V5/MT, MST). The results of the studies are interpreted and discussed within the context of current research work in the field of Vision Sciences. Furthermore, I present some new visual (illusory) phenomena, which could serve as valuable tools for future research in psychophysical, physiological, or brain imaging studies. In den vergangenen Jahrhunderten haben Studien mit und über visuelle Illusionen zu einem besseren Verständnis des menschlichen visuellen Systems beigetragen. Ziel dieser Dissertation ist es nun, einen Beitrag zu diesem Forschungsgebiet mittels visueller Illusionen als Untersuchungsgegenstand zu leisten. In mehreren psychophysischen Experimenten und qualitativen Herangehensweisen habe ich versucht, dieses Ziel zu erreichen. Da es sich bei dem menschlichen visuellen System um ein überaus komplexes System handelt, dessen Verarbeitungsmechanismen sehr stark vernetzt und interaktiv sind, konzentriere ich mich in meiner Arbeit nicht ausschließlich auf ein einzelnes Forschungsgebiet bei visuellen Illusionen, sondern untersuche eine ganze Serie von Täuschungsphänomenen. Die vorliegende Dissertation ist in drei Hauptteile untergliedert: 1. Assimilationsphänomene und Filling-in (perzeptuelle Einfüllung); 2. geometrisch-optische Illusionen, Helligkeitsillusionen und Farbtäuschungen (diese werden unter Bedingungen mit Helligkeitskontrast und Isoluminanz Helligkeitsgleichheit mit chromatischem Kontrast untersucht); 3. Scheinbewegung in statischen Mustern. Diese Untersuchungen erweitern unser Wissen über verschiedenste Verarbeitungsmechanismen, beginnend bei den niedrigen Verarbeitungsstufen (Retina) bis hin zu den höheren Arealen im visuellen Kortex (V5/MT, MST). Die Untersuchungsergebnisse werden im Kontext aktueller Forschungsarbeiten im Bereich der Sehforschung interpretiert und diskutiert. Darüber hinaus präsentiere ich neuartige visuelle Phänomene (Illusionen), welche einen wertvollen Beitrag für zukünftige Forschung in den Bereichen Psychophysik, Physiologie und bildgebenden Verfahren zur Erforschung des Gehirns leisten können.