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Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10077/4564

Title: Lightness effects observed in Delboeuf-like displays
Authors: Daneyko, Olga
Supervisor/Tutor: Agostini, Tiziano
Stucchi, Natale
Issue Date: 29-Apr-2011
Publisher: Università degli studi di Trieste
Abstract: La presente tesi di dottorato studia un effetto di bianchezza (colore acromatico di superficie) osservato nell’illusione di grandezza di Delboeuf. Nella sua forma classica l’illusione di Delboeuf (1865) è costituita da due dischi interni fisicamente uguali (target) circondati ciascuno da un cerchio concentrico (induttori) che differiscano tra loro in diametro. L’illusione di grandezza consiste nella differenza fenomenica di grandezza tra i due target uguali: il target circondotto dall’induttore piccolo appare più grande del target fisicamente identico ma circondato dall’induttore grande. Brigner (Brigner, W., L., 1980. Effect of perceived size upon perceived brightness. Perceptual and Motor Skills, 51,1331-1334.) fu il primo ad osservare un effetto di bianchezza nell’illusione di Delboeuf. In particolare, egli ha trovato che, a parità dalla direzione del rapporto di contrasto tra il target e lo sfondo, il target che appare più grande appare anche più scuro del target che appare più piccolo. Tuttavia, i risultati riportati recentemente da Zanuttini & Daneyko (Zanuttini L. & Daneyko O., 2010. Illusory lightness in the Delboeuf figure. Perceptual and Motor Skills, 111, 799-804) sono in contraddizione con quelli riportati da Brigner. In particolare, è stato osservato che quando i due target chiari sono visti sullo sfondo scuro, il target che appare più grande appare anche più chiaro. Gli obiettivi del presente studio sono: 1) verificare l'esistenza e la direzione dell’effetto di bianchezza osservato nell'’illusione di Delboeuf (esp. 1, cap. 1), e 2) testare il ruolo dei possibili variabili da cui il fenomeno potrebbe dipendere. Per raggiungere il primo obiettivo, nell'esperimento 1 (cap. 1), ho usato due sfondi diversi, uno chiaro ed uno scuro, di modo che i target erano in un caso incrementi di luminanza rispetto allo sfondo, e nell’altro caso decrementi. Ho trovato che i risultati per target incrementali sono coerenti con quelli ottenuti nello studio precedente condotto da Zanuttini & Daneyko (2010): quando i due target sono uguali in luminanza, il target che appare più grande appare anche più chiaro. I target decrementali, invece, mostrano risultati opposti: quando i due target sono uguali in luminanza, il target che appare più grande appare più scuro, come riportato da Brigner per target decrementali. Per raggiungere il secondo obiettivo, ho considerato tre fattori: 1) Il ruolo della luminanza degli induttori (i cerchi concentrici nell’illusione di Delboeuf; esp. 2, cap. 2; esp. 7, cap. 5); 2) Il ruolo della profondità percepita (alcuni studiosi ritengono che l’illusione di Delboeuf dipenda da indici impliciti di profondità; esperimenti 3 e 4, cap. 3); 3) il ruolo della grandezza relativa dei target (esp. 5 e 6, cap. 4; esp. 7, cap. 5; esp. 8, cap. 6) In esperimento 2 ho testato l’effetto della luminanza degli induttori sulla differenza di bianchezza osservati in due dischi grigi posti come target nell’illusione di Delboeuf. Per fare previsioni sui risultati mi sono riferita a diversi gruppi di ipotesi, tra cui i modelli di integrazione dei margini per i colori acromatici (Rudd M. & Zemach I., 2004. Quantitative properties of achromatic color induction: An edge integration analysis. Vision Research, 44, 971-981), secondo cui ci dovrebbe essere un effetto maggiore di induzione nel gruppo induttore piccolo-target rispetto al gruppo induttore grande-target. Inoltre, la direzione degli effetti di induzione dovrebbero essere diversi se la luminanza dell’induttore è un incremento oppure un decremento rispetto alla luminanza del target. Dai risultati è emerso invece che la luminanza degli induttori non è una variabile che induce effetti significativi sulla bianchezza dei due target. Questo esito è stato confermato anche dai dati raccolti nell’esp. 7. L’ipotesi sul possibile ruolo della profondità percepita sugli effetti di bianchezza osservati è ispirata dall’ipotesi che le illusioni di contrasto di dimensione sono determinate da fattori diversi, tra cui indici impliciti di profondità (Coren S. & Girgus J.S., 1975. A size illusion based upon a minimal interposition cue. Perception, 4, 251-254). In esp. 3 ho chiesto agli osservatori semplicemente di indicare quale target apparisse più vicino in configurazioni alla Delboeuf simili a quelli utilizzati nell’esp. 2. I risultati non hanno indicato alcuna differenza statisticamente significativa tra la scelta di quale target apparisse più vicino. Ho quindi proceduto con un secondo esperimento (esp. 4) usando configurazioni geometricamente più semplici: due target di uguale dimensione e di forma quadrata posti sopra uno sfondo chiaro oppure scuro. Ho creato la profondità percepita mediante presentazione stereoscopica. È risultato che il target che appare più distante appare anche più contrastato e più grande. Per verificare se la profondità percepita era la variabile che causava l’effetto di contrasto osservato in esp. 4, oppure se tale effetto era dovuto alla grandezza apparente del target (per la legge di Emmert, a parità di grandezza retinica, il target più distante appare anche più grande), ho condotto altri due esperimenti, la 5 e la 6, da cui sono emersi che i fattori in gioco non sono la profondità percepita, bensì sono in primo luogo il grado di appartenenza allo sfondo (esp. 5) e in secondo luogo la grandezza del target (esp. 6). I risultati sull’appartenenza percettiva sono in accordo con quelli riportati da Wolff (Wolff W., 1933. Concerning the contrast-causing effect of transformed colors. Psychologische Forschung, 18, 90–97) e da Kardos (Kardos L., 1934. Ding und Schatten [Object and shadow]. Zeitschrift für Psychologie, Erg. Bd, 23). Quelli riferenti alla grandezza sono invece una novità nel panorama degli studi sulla bianchezza delle superfici. L’esperimento 7 è stato condotto per verificare se vi fosse una correlazione tra la modulazione dell’effetto di grandezza nell’illusione di Delboeuf e l’effetto di bianchezza ritrovata in quel tipo di display. La correlazione statistica non è emersa, e l’ipotesi è che l’effetto di incremento di contrasto rispetto allo sfondo per il target che appare più grande sia del tipo ‘o tutto o niente’: quando le condizioni sono presenti (stesso grado di appartenenza allo sfondo per i due target; diversa grandezza fenomenica), allora si verifica l’effetto e non è graduato dalla differenza apparente di grandezza dei target. L’esperimento 8, infine, è stato condotto per verificare se il fenomeno esiste anche nell’illusione di Ebbinghaus, un’altra illusione ottico-geometrico di grandezza. Avendo ritrovato l’effetto di differenza di contrasto rispetto allo sfondo anche lì, e sebbene siano ancora necessari esperimenti parametrici per verificare l’estensione dell’illusione, penso di poter concludere dicendo che l’effetto di differenza di bianchezza tra target aventi la stessa luminanza, visti simultaneamente sopra uno sfondo chiaro oppure scuro, dipende dalla diversa grandezza relativa dei target, ma non dall’entità di tale differenza: il target più grande (fisicamente o solo fenomenicamente) apparirà più chiaro se i target sono un incremento di luminanza rispetto allo sfondo, e più scuro se sono un decremento.
The present study is dedicated to a lightness effect (achromatic surface colour) observed in size-contrast displays. In one of its classic forms, the Delboeuf illusion (1865) consists of two inner disks (targets) equal in diameter, surrounded each by a concentric circle (inducers) that differ in diameter. The size-contrast illusion consists in the phenomenal size difference between the two targets: the target surrounded by the small inducer appears somewhat bigger than the identical target surrounded by the big inducer. Brigner (Brigner, W., L., 1980. Effect of perceived size upon perceived brightness. Perceptual and Motor Skills, 51, 1331-1334.) was the first to observe a lightness effect in Delboeuf’s size-contrast displays. In particular, he found that the target that appears bigger appears also darker than the target that appears smaller, independently from the contrast polarity between targets and background. However results reported recently by Zanuttini & Daneyko (Zanuttini L. & Daneyko O., 2010. Illusory lightness in the Delboeuf figure. Perceptual and Motor Skills, 111, 799-804) are in contradiction with those reported by Brigner. In particular, they showed that when two targets are luminance increments to the background, the target that appears bigger appears also lighter than the target that appears smaller. The goal of the present study was: 1) to verify the existence and the direction of the lightness effects observed within Delboeuf size-contrast displays, and 2) to explore and test the possible factors underlying the aforementioned lightness effects. To achieve the first goal, in experiment 1 (Ch. 1) I have employed two backgrounds, one dark and one bright, so that targets were either luminance increments or decrements to the background. I found for increment targets results that are consistent with those obtained in the previous study by Zanuttini and Daneyko (2010): when a pair of targets in a stimulus have the same luminance, the target that appears bigger appears also lighter. Decrement targets show instead opposite results: when targets are equal in luminance, the target that appears bigger appears instead darker, and they are consistent with those reported by Brigner for decrement targets. To achieve the second goal, I considered three factors: 1) The role played by the luminance of the inducers (outer concentric circles; exp. 2, Ch. 2; exp. 7, Ch. 5); 2) The role of perceived depth (some researchers hypothesized that Delboeuf’s size illusion depends on the presence of implicit depth indexes; experiments 3 e 4, Ch. 3); 3) The role of perceived size differences between targets. (exps. 5 e 6, Ch. 4; exp. 7, Ch. 5; exp. 8, Ch. 6). In experiment 2 I tested the effect of inducer luminance on the lightness difference between the targets in Delboeuf-like displays. For the predictions on possible results I referred to several group of hypothesis, among which those derivable from edge intergation models for achromatic colour (Rudd M. & Zemach I., 2004. Quantitative properties of Achromatic color induction: An edge integration analysis. Vision Research, 44, 971-981), according to which a greater induction effect should be expected with small inducer+target than with big inducer+target. In addition, the direction of the induction effects should be different depending on whether the luminance of the inducers is an increment or a decrement with respect to the luminance of the target. Results showed instead that the luminance of the inducers is an ineffective variable for the lightness illusion observed within Delboeuf-like displays. The hypothesis about the role of perceived depth on the observed lightness effects was inspired by those studies that suggested that size-contrast illusions are triggered by different mechanisms, including implicit depth clues (Coren S. & Girgus J. S., 1975. A size illusion based upon a minimal interposition cue. Perception, 4, 251-254). In exp. 3 I asked observers to choose which of two targets appeared closer in configurations similar to those employed in exp. 2. No significant result was found. Therefore I proceeded designing a new experiment with configurations geometrically simpler: two square targets of equal size seen against a dark or a bright background. I created an illusory depth differences between the two targets by employing stereograms viewed through a mirror stereoscope. Results were that the target that appeared more in depth appeared also more contrasted and bigger than the other target. In order to verify whether depth perception was causing the enhanced contrast effect with the background, or if the effects were due actually to a perceived size difference induced by stereopsis (according to Emmert’s law, with targets of equal angular size, the target that appears further away appears also bigger), I conducted experiments 5 and 6, from which it appears that the factors in play are not perceived depth, but first of all the degree of belongingness of a target to its background (exp. 5), and secondly the size difference between targets (exp. 6). The results regarding belongingness are in agreement with those reported by Wolff (Wolff W., 1933. Concerning the contrast-causing effect of Transformed colors. Psychologische Forschung, 18, 90-97) and Kardos (Kardos L., 1934. Ding und Schatten [ Object and shadow]. Zeitschrift für Psychologie, Erg. Bd, 23). Those which refer instead to size are new in the literature. Experiment 7 was conducted to verify whether there is a correlation between how the size-contrast effect in Delboeuf-like displays is modulated by the size of the inducers, and the lightness effects observed in those displays. No correlation was found, so now my working hypothesis is that the effect of lightness differences observed in those displays is of the type all or none: when the conditions are favourable (same degree of belongingness to the background for the two targets; difference in apparent size), the target seen as bigger will also appear more contrasted to the background, but the enhanced contrast is not modulated by the magnitude of the size difference itself. Finally, exp. 8 was conducted to verify whether the lightness effect exists also in Ebbinghaus’ illusion, another size geometric-optical illusion. Having found the effect also in the Ebbinghaus size-contrast illusion, and even though more parametric research is required to understand the extension of the illusion and its eventual modulations, I feel I can conclude that the effect of lightness difference between two targets of equal luminance presented simultaneously on a dark or bright background depends on the size difference between the two targets, but it is not modulated by the magnitude of such difference: the target that appears bigger (because it is somewhat bigger physically or only phenomenally) will appear lighter if the targets are luminance increments to the background, and darker if they are luminance decrements.
PhD cycle: XXIII Ciclo
PhD programme: SCUOLA DI DOTTORATO DI RICERCA IN NEUROSCIENZE E SCIENZE COGNITIVE
Description: 2009/2010
Keywords: Illusioni di grandezza
Size illusions
Lightness
Main language of document: en
Type: Tesi di dottorato
Doctoral Thesis
Scientific-educational field: M-PSI/01 PSICOLOGIA GENERALE
NBN: urn:nbn:it:units-9070
Appears in Collections:Scienze storiche, filosofiche, pedagogiche e psicologiche

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