Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Постоянство цвета: цвета воздушного шара считаются одинаковыми на солнце и в тени.
Пример эффекта Ленда. Постоянство цвета делает изображение выше красным, зеленым и синим, особенно если оно является единственным источником света в темной комнате, даже если оно состоит только из светлых и темных оттенков красного и белого. (Щелкните, чтобы просмотреть полноразмерное изображение, чтобы добиться наиболее выраженного эффекта.)
Постоянство заставляет квадрат A казаться темнее, чем квадрат B, хотя на самом деле они оба имеют одинаковый оттенок серого. Смотрите Иллюзию тени Checker .
Обеспечение постоянства яркости с помощью фильтрации Retinex для анализа изображений
На этих двух картинках вторая карта слева кажется более сильным оттенком розового на верхнем, чем на нижнем. На самом деле они одного цвета (поскольку они имеют одинаковые значения RGB), но на восприятие влияет цветовой оттенок окружающей фотографии.

Постоянство цвета является примером субъективного постоянства и особенностью системы восприятия цвета человека , которая гарантирует, что воспринимаемый цвет объектов остается относительно постоянным при различных условиях освещения. Например, зеленое яблоко кажется нам зеленым в полдень, когда основное освещение - белый солнечный свет, а также на закате, когда основное освещение - красное. Это помогает нам идентифицировать объекты.

Цветовое зрение [ править ]

Основная статья: Цветовое зрение

Цветовое зрение - это то, как мы воспринимаем объективный цвет, при котором люди, животные и машины могут различать объекты на основе различных длин волн света, отраженного, передаваемого или испускаемого объектом. У людей свет обнаруживается глазом с помощью двух типов фоторецепторов, колбочек и стержней , которые посылают сигналы в зрительную кору , которая, в свою очередь, обрабатывает эти цвета в субъективное восприятие. Постоянство цвета - это процесс, который позволяет мозгу распознавать знакомый объект как однородный цвет независимо от количества или длины волны света, отражающегося от него в данный момент. [1] [2]

Освещенность объекта [ править ]

Явление постоянства цвета возникает, когда источник освещения напрямую не известен. [3] Именно по этой причине постоянство цвета имеет большее влияние в дни с солнцем и ясным небом, чем в пасмурные дни. [3] Даже когда солнце видно, постоянство цвета может повлиять на восприятие цвета. Это связано с незнанием всех возможных источников освещения. Хотя объект может отражать в глаз несколько источников света, постоянство цвета приводит к тому, что объективная идентичность остается постоянной. [4]

Д.Х. Фостер (2011) утверждает, что «в естественной среде сам источник не может быть четко определен, поскольку освещение в определенной точке сцены обычно представляет собой сложную смесь прямого и непрямого [света], распределенного по диапазону падающих лучей. углы, в свою очередь, измененные локальным окклюзией и взаимным отражением, все из которых могут меняться со временем и положением ". [3] Широкий спектр возможных освещений в естественной среде и ограниченная способность человеческого глаза воспринимать цвет означает, что постоянство цвета играет функциональную роль в повседневном восприятии. Постоянство цвета позволяет людям взаимодействовать с миром последовательным или достоверным образом [5] и позволяет более эффективно судить о времени суток. [4] [6]

Физиологическая основа [ править ]

Считается, что физиологическая основа постоянства цвета включает специализированные нейроны в первичной зрительной коре, которые вычисляют локальные соотношения активности колбочек, что является тем же самым расчетом, который алгоритм Лэнда использует для достижения постоянства цвета. Эти специализированные клетки называются клетками двойного оппонента, потому что они вычисляют как цветовое, так и пространственное противостояние. Клетки с двойным оппонентом были впервые описаны Найджелом Доу в сетчатке золотой рыбки . [7] [8] Существовали серьезные споры о существовании этих клеток в зрительной системе приматов; их существование было в конечном итоге доказано с использованием рецептивного поля обратной корреляцииотображение и специальные стимулы, которые выборочно активируют отдельные классы колбочек за раз, так называемые стимулы, изолирующие колбочек. [9] [10]

Постоянство цвета работает только в том случае, если падающее освещение содержит диапазон длин волн. Различные колбочки этого глаза зарегистрировать различные , но перекрывающиеся диапазоны длин волн света , отраженного от каждого объекта на сцене. По этой информации зрительная система пытается определить приблизительный состав освещающего света. Это освещение затем не учитывается [11] , чтобы получить «истинный цвет» объекта или коэффициент отражения : длины волн света, которые отражает объект. Эта отражательная способность в значительной степени определяет воспринимаемый цвет.

Нейронный механизм [ править ]

Есть два возможных механизма постоянства цвета. Первый механизм - бессознательный вывод. [12] Согласно второй точке зрения, это явление вызвано сенсорной адаптацией. [13] [14] Исследования показывают, что постоянство цвета связано с изменениями в клетках сетчатки, а также в областях коры головного мозга, связанных со зрением. [15] [16] [17] Это явление, скорее всего, связано с изменениями на разных уровнях зрительной системы. [3]

Адаптация конуса [ править ]

Колбочки, специализированные клетки сетчатки, приспосабливаются к уровням света в локальной среде. [17] Это происходит на уровне отдельных нейронов. [18] Однако эта адаптация не завершена. [3] Хроматическая адаптация также регулируется процессами в головном мозге. Исследования на обезьянах показывают, что изменения хроматической чувствительности коррелируют с активностью парвоцеллюлярных латеральных коленчатых нейронов. [19] [20] Постоянство цвета может быть связано как с локализованными изменениями в отдельных клетках сетчатки, так и с нервными процессами более высокого уровня в головном мозге. [18]

Метамерия [ править ]

Метамерия, восприятие цветов в двух отдельных сценах, может помочь исследовать постоянство цвета. [21] [22] Исследования показывают, что при предъявлении конкурирующих хроматических стимулов пространственные сравнения должны быть выполнены на ранней стадии в зрительной системе. Например, когда испытуемым предъявляются стимулы дихоптическим способом, набором цветов и пустым цветом, таким как серый, и им говорят сосредоточиться на определенном цвете массива, цвет пустоты выглядит иначе, чем при восприятии в бинокль. мода. [23] Это означает, что суждения о цвете, поскольку они относятся к пространственным сравнениям, должны быть выполнены в монокулярных нейронах V1 или до них . [23] [24] [25] Если пространственные сравнения происходят позже в зрительной системе, например, в области коры V4, мозг сможет воспринимать и цвет, и цвет пустоты, как если бы они были видны в бинокль.

Теория ретинекса [ править ]

«Эффект земли» - это способность видеть полноцветные (если они приглушены) изображения, просто глядя на фотографию с красной и серой длинами волн. Эффект был обнаружен Эдвином Х. Лэндом , который пытался реконструировать ранние эксперименты Джеймса Клерка Максвелла на полноцветных изображениях. Лэнд понял, что даже когда на изображении не присутствуют зеленые или синие длины волн, зрительная система все равно будет воспринимать их как зеленые или синие, не принимая во внимание красное освещение. Лэнд описал этот эффект в статье в журнале Scientific American за 1959 год . [26] В 1977 году Лэнд написал еще одну статью в Scientific American, в которой сформулировал свою «теорию ретинекса» для объяснения эффекта Лэнда. Слово «ретинекс» - это сумочка.формируется из « сетчатки » и « коры головного мозга », что позволяет предположить, что и глаз, и мозг участвуют в обработке. Лэнд вместе с Джоном Макканном также разработали компьютерную программу, предназначенную для имитации процессов ретинекса, происходящих в физиологии человека. [27]

Экспериментально эффект можно продемонстрировать следующим образом. Выставка под названием «Мондриан» (в честь Пита Мондрианачьи картины похожи), состоящий из множества цветных пятен, показан человеку. Дисплей освещен тремя белыми лампами, один из которых проецируется через красный фильтр, один - через зеленый фильтр, а третий - через синий фильтр. Человека просят отрегулировать интенсивность света так, чтобы конкретное пятно на дисплее выглядело белым. Затем экспериментатор измеряет интенсивность красного, зеленого и синего света, отраженного от этого белого пятна. Затем экспериментатор просит человека определить цвет соседнего участка, который, например, выглядит зеленым. Затем экспериментатор регулирует освещение так, чтобы интенсивности красного, синего и зеленого света, отраженного от зеленого пятна, были такими же, как были первоначально измерены от белого пятна.Человек демонстрирует постоянство цвета, так как зеленое пятно продолжает казаться зеленым, белое пятно остается белым, а все оставшиеся пятна продолжают иметь свой исходный цвет.

Постоянство цвета - желательная характеристика компьютерного зрения , и для этой цели было разработано множество алгоритмов. К ним относятся несколько алгоритмов ретинекса. [28] [29] [30] [31] Эти алгоритмы получают в качестве входных данных значения красного / зеленого / синего каждого пикселя изображения и пытаются оценить коэффициенты отражения каждой точки. Один из таких алгоритмов работает следующим образом: определяется максимальное значение красного r max всех пикселей, а также максимальное значение зеленого g max и максимальное значение синего b max.. Предполагая , что сцена содержит объекты , которые отражают весь красный свет, и (другие) объекты , которые отражают весь зеленый свет , а третьи , которые отражают весь синий свет, можно затем сделать вывод , что освещающий источник света описывается ( г макс , г макс , b макс ). Для каждого пикселя со значениями ( r , g , b ) его коэффициент отражения оценивается как ( r / r max , g / g max , b / b max ). Оригинальный алгоритм ретинекса, предложенный Лендом и Макканном, использует локализованную версию этого принципа.[32] [33]

Хотя модели ретинекса по-прежнему широко используются в компьютерном зрении, фактическое восприятие цвета человеком оказалось более сложным. [34]

См. Также [ править ]

  • Хроматическая адаптация
  • Цветовой эффект памяти
  • Улучшение теней и светов
  • Трихроматия
  • Тетрахроматия
  • Теория цвета [35]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Кранц, Джон (2009). Испытывая ощущение и восприятие (PDF) . Pearson Education, Limited. С. 9.9–9.10. ISBN 978-0-13-097793-9. Архивировано из оригинала (PDF) от 17 ноября 2017 года . Проверено 23 января 2012 года .
  2. ^ http://www.wendycarlos.com/colorvis/color.html
  3. ^ a b c d e Фостер, Дэвид Х. (2011). «Постоянство цвета». Исследование зрения . 51 (7): 674–700. DOI : 10.1016 / j.visres.2010.09.006 . PMID 20849875 . S2CID 1399339 .  
  4. ^ a b Джеймсон, Д .; Гурвич, LM (1989). «Эссе о постоянстве цвета». Ежегодный обзор психологии . 40 : 1–22. DOI : 10.1146 / annurev.psych.40.1.1 . PMID 2648972 . 
  5. ^ Зеки, S. (1993). Видение мозга . Оксфорд: Blackwell Science Ltd.
  6. Перейти ↑ Reeves, A (1992). «Области невежества и заблуждения в науке о цвете». Поведенческие науки и науки о мозге . 15 : 49–50. DOI : 10.1017 / s0140525x00067510 .
  7. ↑ Доу, Найджел В. (17 ноября 1967 г.). «Сетчатка золотой рыбки: организация одновременного цветового контраста». Наука . 158 (3803): 942–4. Bibcode : 1967Sci ... 158..942D . DOI : 10.1126 / science.158.3803.942 . PMID 6054169 . S2CID 1108881 .  
  8. ^ Бевил Р. Конвей (2002). Нейронные механизмы цветового зрения: двойные оппонентные клетки в зрительной коре . Springer. ISBN 978-1-4020-7092-1.
  9. ^ Конвей, BR; Ливингстон, MS (2006). «Пространственные и временные свойства сигналов конуса в первичной зрительной коре макака с тревогой (V1)» . Журнал неврологии . 26 (42): 10826–46. DOI : 10.1523 / jneurosci.2091-06.2006 . PMC 2963176 . PMID 17050721 .   [обложка].
  10. Перейти ↑ Conway, BR (2001). «Пространственная структура входов колбочек в цветные клетки в первичной зрительной коре макака (V-1)» . Журнал неврологии . 21 (8): 2768–2783. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.21-08-02768.2001 . PMC 6762533 . PMID 11306629 .   [обложка].
  11. ^ "Дисконтирование источника света" - это термин, введенный Гельмгольцем : Макканн, Джон Дж. (Март 2005 г.). «Люди сбрасывают со счетов источник света?». В Бернис Э. Роговиц; Трасивулос Н. Паппас; Скотт Дж. Дэйли (ред.). Труды SPIE . Человеческое зрение и электронное изображение X. 5666 . С. 9–16. DOI : 10.1117 / 12.594383 .
  12. ^ Джадд, DB (1940). «Насыщенность оттенков и легкость красок поверхности при хроматической подсветке». Журнал Оптического общества Америки . 30 : 2–32. DOI : 10.1364 / JOSA.30.000002 .
  13. ^ Хельсона, Н (1943). «Некоторые факторы и последствия постоянства цвета». Журнал Оптического общества Америки . 33 (10): 555–567. Bibcode : 1943JOSA ... 33..555H . DOI : 10,1364 / josa.33.000555 .
  14. ^ Геринг, Э. (1920). Grundzüge der Lehre vom Lichtsinn. Берлин: Springer (пер. Гурвич, Л. М. и Джеймсон, Д., 1964, Очерки теории светочувствительности, Кембридж, Массачусетс: издательство Гарвардского университета).
  15. ^ Зеки, S (1980). «Представление цветов в коре головного мозга». Природа . 284 (5755): 412–418. Bibcode : 1980Natur.284..412Z . DOI : 10.1038 / 284412a0 . PMID 6767195 . S2CID 4310049 .  
  16. ^ Зеки, S (1983). «Цветовое кодирование в коре головного мозга: реакция клеток зрительной коры головного мозга обезьяны на длины волн и цвета». Неврология . 9 (4): 741–765. DOI : 10.1016 / 0306-4522 (83) 90265-8 . PMID 6621877 . S2CID 21352625 .  
  17. ^ а б Худ, округ Колумбия (1998). «Обработка зрительных образов нижнего уровня и модели световой адаптации». Ежегодный обзор психологии . 49 : 503–535. DOI : 10.1146 / annurev.psych.49.1.503 . PMID 9496631 . S2CID 12490019 .  
  18. ^ а б Ли, BB; Dacey, DM; Смит, ВК; Покорный, Дж. (1999). «Горизонтальные клетки выявляют специфическую адаптацию колбочек в сетчатке приматов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (25): 14611–14616. Bibcode : 1999PNAS ... 9614611L . DOI : 10.1073 / pnas.96.25.14611 . PMC 24484 . PMID 10588753 .  
  19. ^ Creutzfeldt, OD; Crook, JM; Кастнер, С .; Li, C.-Y .; Пей, X. (1991). «Нейрофизиологические корреляты цветового и яркостного контраста в латеральных коленчатых нейронах: 1. Популяционный анализ». Экспериментальное исследование мозга . 87 (1): 3–21. DOI : 10.1007 / bf00228503 . PMID 1756832 . S2CID 1363735 .  
  20. ^ Creutzfeldt, OD; Кастнер, С .; Пей, X .; Вальберг, А. (1991). «Нейрофизиологические корреляты цветового и яркостного контраста в латеральных коленчатых нейронах: II. Адаптация и эффекты окружения». Экспериментальное исследование мозга . 87 (1): 22–45. DOI : 10.1007 / bf00228504 . PMID 1756829 . S2CID 75794 .  
  21. ^ Кальдерон, Марк Эли (2008). «Метамерия, постоянство и знание того, что» (PDF) . Разум . 117 (468): 935–971. DOI : 10,1093 / ум / fzn043 . JSTOR 20532701 .  
  22. ^ Gupte, Vilas (1 декабря 2009). «Постоянство цвета, Марк Эбнер (Wiley; 2007), стр. 394 ISBN 978-0-470-05829-9 (HB)». Технология окраски . 125 (6): 366–367. DOI : 10.1111 / j.1478-4408.2009.00219.x . ISSN 1478-4408 . 
  23. ^ a b Moutoussis, K .; Зеки, С. (2000). «Психофизическое вскрытие участков мозга, участвующих в сопоставлении цветов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (14): 8069–8074. Bibcode : 2000PNAS ... 97.8069M . DOI : 10.1073 / pnas.110570897 . PMC 16671 . PMID 10859348 .  
  24. ^ Hurlbert, AC; Bramwell, DI; Heywood, C .; Коуи, А. (1998). «Дискриминация изменений контраста колбочек как доказательство постоянства цвета при церебральной ахроматопсии». Экспериментальное исследование мозга . 123 (1–2): 136–144. DOI : 10.1007 / s002210050554 . PMID 9835402 . S2CID 1645601 .  
  25. ^ Кентридж, RW; Хейвуд, Калифорния; Коуи, А. (2004). «Хроматические края, поверхности и постоянства в церебральной ахроматопсии». Нейропсихология . 42 (6): 821–830. DOI : 10.1016 / j.neuropsychologia.2003.11.002 . PMID 15037060 . S2CID 16183218 .  
  26. ^ Земля, Эдвин (май 1959). «Эксперименты в области цветового зрения» (PDF) . Scientific American . 200 (5): 84-94 passim. Bibcode : 1959SciAm.200e..84L . DOI : 10.1038 / Scientificamerican0559-84 . PMID 13646648 .  
  27. ^ Земля, Эдвин (декабрь 1977 г.). «Теория цветного зрения Retinex» (PDF) . Scientific American . 237 (6): 108–28. Bibcode : 1977SciAm.237f.108L . DOI : 10.1038 / Scientificamerican1277-108 . PMID 929159 .  
  28. ^ Морель, Жан-Мишель; Петро, ​​Ана Б .; Сберт, Каталина (2009). Эшбах, Райнер; Марку, Габриэль Дж. Томинага, Сёдзи; Рицци, Алессандро (ред.). «Быстрая реализация алгоритмов постоянства цвета». Цветное изображение XIV: отображение, обработка, печатная копия и приложения . 7241 : 724106. Bibcode : 2009SPIE.7241E..06M . CiteSeerX 10.1.1.550.4746 . DOI : 10.1117 / 12.805474 . S2CID 19950750 .  
  29. ^ Kimmel, R .; Elad, M .; Shaked, D .; Кешет, Р .; Собель, И. (2003). «Вариационная структура для Retinex» (PDF) . Международный журнал компьютерного зрения . 52 (1): 7–23. DOI : 10,1023 / A: 1022314423998 . S2CID 14479403 .  
  30. ↑ Бархут, Лорен и Лоуренс Ли. Система обработки перцептивной информации. Заявка на патент США 10/618 543. http://www.google.com/patents/US20040059754
  31. ↑ Barghout, Лорен. «Визуальный таксометрический подход к сегментации изображений с использованием нечетко-пространственного сокращения таксонов дает контекстуально релевантные области». Обработка информации и управление неопределенностью в системах, основанных на знаниях. Издательство Springer International, 2014.
  32. ^ Провенци, Эдоардо; Де Карли, Лука; Рицци, Алессандро; Марини, Даниэле (2005). «Математическое определение и анализ алгоритма Retinex». JOSA . 22 (12): 2613–2621. Bibcode : 2005JOSAA..22.2613P . DOI : 10,1364 / josaa.22.002613 . PMID 16396021 . 
  33. ^ Бертальмио, Марсело; Caselles, Висент; Провенци, Эдоардо (2009). «Вопросы теории Retinex и повышения контрастности». Международный журнал компьютерного зрения . 83 : 101–119. DOI : 10.1007 / s11263-009-0221-5 . S2CID 4613179 . 
  34. ^ Hurlbert, AC; Вольф, К. Вклад локальных и глобальных контрастов конуса в внешний вид цвета: модель, подобная Retinex. В: Proceedings of the SPIE 2002, Сан-Хосе, Калифорния.
  35. ^ Ribe, N .; Стейнле, Ф. (2002). «Исследовательские эксперименты: Гете, Земля и теория цвета». Физика сегодня . 55 (7): 43. Bibcode : 2002PhT .... 55g..43R . DOI : 10.1063 / 1.1506750 .

Retinex [ править ]

Здесь «Перепечатано в McCann» относится к McCann, M., ed. 1993. Очерки Эдвина Х. Лэнда . Спрингфилд, Вирджиния: Общество науки и технологий в области обработки изображений.

  • (1964) «Ретинекс» Am. Sci. 52 (2): 247–64. Перепечатано в McCann, vol. III, стр. 53–60. Основано на адресе вручения Премии Уильяма Проктера за научные достижения , Кливленд, Огайо, 30 декабря 1963 г.
  • с Л. К. Фарни и М. М. Морсом. (1971) "Солюбилизация путем начального развития" Photogr. Sci. Англ. 15 (1): 4–20. Перепечатано в McCann, vol. I. С. 157–73. На основе лекции в Бостоне 13 июня 1968 г.
  • с Дж. Дж. Макканном. (1971) «Теория легкости и сетчатки глаза» J. Opt. Soc. Являюсь. 61 (1): 1–11. Перепечатано в McCann, vol. III, стр. 73–84. На основе лекции Айвса Медали от 13 октября 1967 г.
  • (1974) "Теория ретинекса цветового зрения" Proc. R. Inst. Gt. Брит. 47: 23–58. Перепечатано в McCann, vol. III, стр. 95–112. На основе выступления в пятницу вечером 2 ноября 1973 г.
  • (1977) "Теория цветного зрения сетчатки глаза" Sci. Являюсь. 237: 108-28. Перепечатано в McCann, vol. III, стр. 125–42.
  • с Х. Г. Роджерсом и В. К. Уолвортом. (1977) « Одношаговая фотография» в Справочнике Неблетта по фотографии и репрографии, материалам, процессам и системам, 7-е изд., Изд. Дж. М. Стердж, стр. 259–330. Нью-Йорк: Рейнхольд. Перепечатано в McCann, vol. I. С. 205–63.
  • (1978) «Наше« полярное партнерство »с окружающим миром: открытия о наших механизмах восприятия растворяют воображаемое разделение между разумом и материей» Харв. Mag. 80: 23–25. Перепечатано в McCann, vol. III, стр. 151–54.
  • с Д.Х. Хьюбелом, М.С. Ливингстоном, С.Х. Перри и М.М. Бернсом. (1983) « Цветообразующие взаимодействия через мозолистое тело» Nature 303 (5918): 616-18. Перепечатано в McCann, vol. III, стр. 155–58.
  • (1983) «Последние достижения в теории сетчатки глаза и некоторые последствия для корковых вычислений: цветное зрение и естественные изображения» Proc. Natl. Акад. Sci. США 80: 5136–69. Перепечатано в McCann, vol. III, стр. 159–66.
  • (1986) «Альтернативный метод вычисления целеуказателя в теории цветового зрения сетчатки глаза» Proc. Natl. Акад. Sci. США 83: 3078–80.

Внешние ссылки [ править ]

  • Постоянство цвета - McCann
  • Постоянство цвета - оценка освещенности
  • Обработка изображений Retinex
  • Retinex реализован с помощью уравнения в частных производных и преобразования Фурье, с кодом и онлайн-демонстрацией
  • BBC Horizon 21x08 Красочные понятия 1985