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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 Wahrnehmung auf unvollständiger Information beruht. Systematisch produziert und analysiert wurden optische Täuschungen zuerst in der Gestaltpsychologie.

Beispiele

Relativität von Linien

Die scheinbar wellenförmigen senkrechten und waagerechten Linien sind Geraden.

ie waagerechten Linien sind exakt parallel.

Die diagonalen Linien erscheinen in ihrem Verlauf zueinander geneigt, aber tatsächlich sind sie parallel.

Das Quadrat im Bild gnaz oben 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 in der Mitte 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 1894/1897 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 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. 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 (eine Bogenminute = 2,91×10⁻⁴ rad). Der Eindruck wellenförmig verlaufender Abgrenzungen kann auch entstehen, wenn Reihen mit ungleicher Periodenlänge kombiniert werden. Es gibt auch farbige Versionen.

Im dritten Beispiel unten entsteht der Eindruck, die diagonalen Linien verliefen in einem spitzen Winkel zueinander, tatsächlich jedoch sind sie exakt gerade und parallel. Diese Illusion heißt auch Zöllner-Täuschung. Tauben empfinden diese Illusion im Vergleich zum Menschen genau umgekehrt, sie unterschätzen die Winkel zwischen den Linien.

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 blickt, so erscheint darauf als Nachbild ein Quadrat in der Komplementärfarbe rot.

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, der in der Dämmerung als hell wahrgenommen wird, erscheint bei Sonnenlicht dunkel, und anders. Physikalisch ist diese Interpretation korrekt. Das Gehirn greift 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 – das Hermann-Gitter

Weiße und schwarze Punkte

Das Hermann-Gitter wurde 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, in den Schnittpunkten eines Liniengitters schattenartige Flecken zu sehen. Sie flackern und sind nur wahrzunehmen, solange man seinen Blick nicht darauf konzentriert. Der Effekt kann noch verstärkt werden, wenn die Linien grau sind und sich in ihren Schnittpunkten Punkte befinden, die die komplementäre Farbe zum Hintergrund haben. Im nebenstehenden Beispiel sind es graue Linien auf schwarzem Grund mit weißen Kreisen in den Schnittpunkten. Der Betrachter sieht die Schnittpunkte im Fokusbereich als weiß, außerhalb jedoch schwarz flackernd.

Bisher wurde angenommen, dass die Überbetonung der Kontraste auf lateraler Hemmung beruht, und in gängigen Lehrbüchern wird dies auch so dargestellt. Inzwischen gilt diese Theorie jedoch als widerlegt. Ändert man nämlich die Täuschung nur leicht ab, z. B. durch sinusförmige Balken, so verschwindet die Illusion. Dieser Effekt widerspricht der Theorie der lateralen Hemmung.

Relativität von Größe

Ebbinghaus-Illusion: Die blauen Kugeln haben die gleiche Größe.

Größe wird abhängig von der Umgebung bewertet. 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. Nachmessen beweist, dass alle drei Paare gleich groß sind. Das 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, wird ein Weg erkannt, der von vorn nach hinten verläuft und den Eindruck räumlicher Tiefe vermittelt. Daraus wird geschlossen, dass sich Gegenstände am unteren Rand in der Nähe befinden und Gegenstände in der Bildmitte weiter entfernt sind.

Die Bildverarbeitung im Gehirn geht davon aus, dass Gegenstände mit zunehmender Entfernung kleiner werden. So verwundert es nicht, dass die Frau hinten rechts im roten Mantel verglichen mit den Personen links im Bild extrem klein ist, obwohl sie nur weiter entfernt als die Personen im Vordergrund steht.

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 wird es in mehr als doppelter Größe gesehen. Der Bildverarbeitungsprozess erfasst diese beiden Personen im Hintergrund als 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. Sie 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.

Skulptur eines Penrose-Dreieckes, Gotschuchen/Kärnten/Österreich.

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

Eine andere Art der optischen Täuschung entsteht durch den Blickwinkel des Betrachters. Man kann zum Beispiel Objekte bauen, die nur aus einem ganz bestimmten Blickwinkel gesehen wie ein gewöhnlicher Gegenstand, etwa ein Stuhl oder ein Klavier, aussehen, obwohl sie in Wahrheit eine völlig andere, verzerrte, räumliche Form haben. Oder man kann Objekte bauen, die aus einem ganz bestimmten Blickwinkel gesehen räumliche Figuren simulieren, die in der Realität gar nicht möglich sind, etwa das nebenstehende 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.

Nicht vorhandene Objekte

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  Durchbrochene Linien der Ehrenstein-Täuschung

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  Flecke, Linien, Würfel?

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  Kanizsa-Dreieck

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.

Necker-Würfel

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:

• Anamorphose
• Barber-Pole-Illusion
• Delboeuf-Täuschung
• Fehlendes-Quadrat-Rätsel
• Fraser-Spirale
• Hollow-Face-Illusion
• Hybridbild
• Machsche Streifen (Ernst Mach, 1865)
• Mondtäuschung
• Mueller-Lyer-Illusion (Franz Müller-Lyer, 1889)
• Poggendorff-Täuschung (Johann Christian Poggendorff, 1860)
• Pulfrich-Effekt (Carl Pulfrich, 1922)
• Stürzende Linien und Sonnenstrahlen
• T-Figur-Illusion
• Unmögliche Figur
• Vexierbild
• Wasserfarbeneffekt (Baingio Pinna, John S. Werner und Lothar Spillmann, 2003)
• Siultankontrast

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.

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  Die rote Linie scheint gekrümmt, tatsächlich ist sie gerade.

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  Die Umrandung der Grafik ist ein Rechteck, scheint sich aber nach rechts zu verjüngen.

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  Das Bild des Hahnentrittmusters scheint nach rechts gekippt.

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  Bei dieser textilen Wandbekleidung scheinen die tatsächlich parallelen Linien sich zu verjüngen.

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  Der Text erscheint unscharf, tatsächlich sind aber nur zusätzliche parallele, scharfe Linien eingezeichnet.

Mögliche Erklärungen 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 das 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. 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.

Siehe auch

• Kategorie:Optische Täuschung - Artikel in der deutschen Wikipedia
• Optische Täuschung - Artikel in der deutschen Wikipedia

Literatur

• Brad Honeycutt: Optische Illusionen, ars edition, 2013, 160 S., ISBN 978-3-8458-0042-4
• 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.
• Nigel Rodgers: Unglaubliche optische Illusionen. Bechtermünz-Verlag, 1999, 228 Seiten, ISBN 978-3828923188.
• Romana Karla Schuler: Seeing Motion. A History of Visual Perception in Art and Science. De Gruyter, Berlin/Boston 2016, ISBN 978-3-11-042696-0
• Uwe Stoklossa: Blicktricks. Anleitung zur Visuellen Verführung. Hermann Schmidt, Mainz 2005, ISBN 978-3-87439-681-3.

Weblinks

Commons: Optische Täuschung - Weitere Bilder oder Audiodateien zum Thema

• Video der Hochschule Aalen

Sammlungen mit Hintergrundinformationen

• 48 optische Täuschungen zusammengestellt und kommentiert von Michael Bach
• Ausführlicher Fachartikel über Optische Täuschungen
• A. Strahl: Täuschung des Gesichtssinns. Vortrag (PDF-Datei, 2,1 MB) oder als Flash-Animation. strahl.info

Arbeiten über einzelne Phänomene

• Die Münsterberg-Täuschung
• Das Hermann-Gitter und die Folgen
• Prägnanztendenz
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