Farvebestandighed - Color constancy
Farvebestandighed er et eksempel på subjektiv konstans og et træk ved det menneskelige farveopfattelsessystem , der sikrer, at objekternes opfattede farve forbliver relativt konstant under varierende belysningsforhold. Et grønt æble ser f.eks. Grønt ud ved middagstid, når hovedbelysningen er hvidt sollys, og også ved solnedgang, når hovedbelysningen er rød. Dette hjælper os med at identificere objekter.
Farvesyn
Farvesyn er, hvordan vi opfatter den objektive farve, som mennesker, dyr og maskiner er i stand til at skelne mellem objekter baseret på de forskellige bølgelængder af lys, der reflekteres, transmitteres eller udsendes af objektet. Hos mennesker registreres lys af øjet ved hjælp af to typer fotoreceptorer, kegler og stænger , som sender signaler til den visuelle cortex , som igen behandler disse farver til en subjektiv opfattelse. Farvebestandighed er en proces, der gør det muligt for hjernen at genkende et velkendt objekt som en konsistent farve uanset mængden eller bølgelængderne af lys, der reflekteres fra det på et givet tidspunkt.
Objektbelysning
Fænomenet farvebestandighed opstår, når belysningskilden ikke er direkte kendt. Det er af denne grund, at farvebestandighed får større effekt på dage med sol og klar himmel i modsætning til dage, der er overskyet. Selv når solen er synlig, kan farvebestandighed påvirke farveopfattelsen. Dette skyldes en uvidenhed om alle mulige belysningskilder. Selvom et objekt kan reflektere flere lyskilder ind i øjet, får farvekonstans objektive identiteter til at forblive konstante.
DH Foster (2011) udtaler, "i det naturlige miljø er kilden i sig selv muligvis ikke veldefineret ved, at belysningen på et bestemt punkt i en scene normalt er en kompleks blanding af direkte og indirekte [lys] fordelt over en række hændelser vinkler, igen ændret ved lokal okklusion og gensidig refleksion, som alle kan variere med tid og position. " Det brede spektrum af mulige belysningsstyrker i det naturlige miljø og det menneskelige øjes begrænsede evne til at opfatte farve betyder, at farvebestandighed spiller en funktionel rolle i daglig opfattelse. Farvebestandighed gør det muligt for mennesker at interagere med verden på en konsekvent eller veridisk måde, og det gør det muligt for en mere effektivt at foretage vurderinger på tidspunktet på dagen.
Fysiologisk grundlag
Det fysiologiske grundlag for farvekonstans menes at involvere specialiserede neuroner i den primære visuelle cortex, der beregner lokale forhold for kegleaktivitet, hvilket er den samme beregning, som Lands retinex -algoritme bruger til at opnå farvekonstant. Disse specialiserede celler kaldes dobbeltmodstandsceller, fordi de beregner både farve-modstand og rumlig modstand. Dobbeltmodstandsceller blev først beskrevet af Nigel Daw i guldfiskens nethinde. Der var betydelig debat om eksistensen af disse celler i det primatiske visuelle system; deres eksistens blev til sidst bevist ved hjælp af reverse-correlation receptive field mapping og særlige stimuli, der selektivt aktiverer enkeltkegleklasser ad gangen, såkaldte "kegleisolerende" stimuli. Menneskelig hjerne billeddannelse tyder kraftigt på, at et kritisk kortikal locus til generering af farvekonstans er placeret i kortikale område V4, skade, der fører til syndromet ved cerebral achromatopsi .
Farvebestandighed virker kun, hvis hændelsesbelysningen indeholder en række bølgelængder. De forskellige kegleceller i øjet registrerer forskellige, men overlappende områder af bølgelængder af lyset, der reflekteres af hvert objekt i scenen. Ud fra disse oplysninger forsøger det visuelle system at bestemme den omtrentlige sammensætning af det lysende lys. Denne belysning diskonteres derefter for at opnå objektets "sande farve" eller reflektans : bølgelængderne af lys, objektet reflekterer. Denne reflektans bestemmer derefter i høj grad den opfattede farve.
Neural mekanisme
Der er to mulige mekanismer til farvekonstant. Den første mekanisme er ubevidst slutning. Den anden opfattelse mener, at dette fænomen skyldes sensorisk tilpasning. Forskning tyder på, at farvebestandighed er relaterede ændringer i nethindeceller samt kortikale områder relateret til syn. Dette fænomen skyldes sandsynligvis ændringer i forskellige niveauer i det visuelle system.
Tilpasning af kegle
Kegler, specialiserede celler i nethinden, vil tilpasse sig i forhold til lysniveauet i det lokale miljø. Dette sker på niveau med individuelle neuroner. Denne tilpasning er imidlertid ufuldstændig. Kromatisk tilpasning reguleres også af processer i hjernen. Forskning i aber tyder på, at ændringer i kromatisk følsomhed er korreleret med aktivitet i parvocellulære laterale geniculære neuroner. Farvebestandighed kan både tilskrives lokale ændringer i individuelle nethindeceller eller neurale processer på et højere niveau i hjernen.
Metamerisme
Metamerisme, opfattelsen af farver inden for to separate scener, kan hjælpe med at informere forskning om farvekonstans. Forskning tyder på, at når konkurrerende kromatiske stimuli præsenteres, skal rumlige sammenligninger afsluttes tidligt i det visuelle system. For eksempel, når emner præsenteres stimuli på en dikoptisk måde, en række farver og en tomrumsfarve, f.eks. Grå, og får besked på at fokusere på en bestemt farve i arrayet, ser tomrumsfarven anderledes ud, end når den opfattes i en kikkert mode. Det betyder, at farvebedømmelser, som de vedrører rumlige sammenligninger, skal fuldføres ved eller før V1 -monokulære neuroner. Hvis rumlige sammenligninger forekommer senere i det visuelle system, f.eks. I cortical område V4, ville hjernen være i stand til at opfatte både farven og den ugyldige farve, som om de blev set i en kikkert.
Retinex teori
"Land -effekten" er evnen til at se billeder i fuld farve (hvis dempet) udelukkende ved at se på et foto med røde og grå bølgelængder. Effekten blev opdaget af Edwin H. Land , der forsøgte at rekonstruere James Clerk Maxwells tidlige eksperimenter i fuldfarvede billeder. Land indså, at selv når der ikke var grønne eller blå bølgelængder til stede i et billede, ville det visuelle system stadig opfatte dem som grønne eller blå ved at reducere den røde belysning. Land beskrev denne effekt i en artikel fra Scientific American fra 1959 . I 1977 skrev Land en anden videnskabelig amerikansk artikel, der formulerede hans "retinex -teori" for at forklare Land -effekten. Ordet "retinex" er en blanding af " nethinde " og " cortex ", hvilket tyder på, at både øjet og hjernen er involveret i behandlingen. Land, sammen med John McCann, udviklede også et edb -program designet til at efterligne retinex -processerne, der finder sted i menneskelig fysiologi.
Effekten kan demonstreres eksperimentelt som følger. Et display kaldet en "Mondrian" (efter Piet Mondrian, hvis malerier ligner hinanden) bestående af talrige farvede lapper vises for en person. Displayet er oplyst af tre hvide lys, et projiceret gennem et rødt filter, et projiceret gennem et grønt filter og et projiceret gennem et blåt filter. Personen bliver bedt om at justere intensiteten af lysene, så et bestemt plaster i displayet fremstår hvidt. Eksperimenteren måler derefter intensiteten af rødt, grønt og blåt lys, der reflekteres fra dette hvidt plaster. Derefter beder forsøgslederen personen om at identificere farven på en nabopatch, som f.eks. Fremstår som grøn. Derefter justerer eksperimentatoren lysene, så intensiteten af rødt, blåt og grønt lys, der reflekteres fra det grønne plaster, er det samme som oprindeligt blev målt fra det hvide plaster. Personen viser farvekonstant ved at den grønne patch fortsat fremstår grøn, den hvide patch fortsætter med at fremstå hvid, og alle de resterende patches fortsat har deres originale farver.
Farvebestandighed er et ønskeligt træk ved computersyn , og mange algoritmer er blevet udviklet til dette formål. Disse inkluderer flere retinex -algoritmer. Disse algoritmer modtager som input de røde/grønne/blå værdier for hver pixel i billedet og forsøger at estimere refleksionerne for hvert punkt. En sådan algoritme fungerer som følger: den maksimale røde værdi r max af alle pixels bestemmes, og også den maksimale grønne værdi g max og den maksimale blå værdi b max . Forudsat at scenen indeholder objekter, der reflekterer alt rødt lys, og (andre) objekter, der reflekterer alt grønt lys og endnu andre, der reflekterer alt blåt lys, kan man derefter udlede, at den belysende lyskilde er beskrevet af ( r max , g max , b max ). For hver pixel med værdier ( r , g , b ) estimeres dens reflektans som ( r / r max , g / g max , b / b max ). Den originale retinex -algoritme foreslået af Land og McCann bruger en lokaliseret version af dette princip.
Selvom retinex -modeller stadig er meget udbredt i computersyn, har den faktiske menneskelige farveopfattelse vist sig at være mere kompleks.
Se også
- Kromatisk tilpasning
- Hukommelsesfarveeffekt
- Skygge og fremhæv forbedring
- Trikromasi
- Tetrachromacy
- Teori om farver
Referencer
Retinex
Her refererer "Genoptrykt i McCann" til McCann, M., red. 1993. Edwin H. Land 's Essays. Springfield, Va .: Society for Imaging Science and Technology.
- (1964) "The retinex" Am. Sci. 52 (2): 247–64. Genoptrykt i McCann, bind. III, s. 53–60. Baseret på acceptadresse til William Procter Prize for Scientific Achievement , Cleveland, Ohio, 30. december 1963.
- med LC Farney og MM Morse. (1971) "Solubilisering ved begyndende udvikling" Photogr. Sci. Eng. 15 (1): 4–20. Genoptrykt i McCann, bind. I, s. 157–73. Baseret på foredrag i Boston, 13. juni 1968.
- med JJ McCann. (1971) "Lightness and retinex theory" J. Opt. Soc. Er. 61 (1): 1–11. Genoptrykt i McCann, bind. III, s. 73–84. Baseret på Ives Medalas foredrag, 13. oktober 1967.
- (1974) "Retinex -teorien om farvesyn" Proc. R. Inst. Gt. Brit. 47: 23–58. Genoptrykt i McCann, bind. III, s. 95–112. Baseret på diskurs fredag aften, 2. november 1973.
- (1977) "Retinex -teorien om farvesyn" Sci. Er. 237: 108-28. Genoptrykt i McCann, bind. III, s. 125–42.
- med HG Rogers og VK Walworth. (1977) "One-step photography" I Neblette's Handbook of Photography and Reprography, Materials, Processes and Systems, 7. udgave, JM Sturge, red., S. 259–330. New York: Reinhold. Genoptrykt i McCann, bind. I, s. 205–63.
- (1978) "Vores 'polære partnerskab' med verden omkring os: Opdagelser om vores opfattelsesmekanismer opløser den forestillede skille mellem sind og stof" Harv. Mag. 80: 23–25. Genoptrykt i McCann, bind. III, s. 151–54.
- med DH Hubel, MS Livingstone, SH Perry og MM Burns. (1983) "Farvegenererende interaktioner på tværs af corpus callosum" Nature 303 (5918): 616-18. Genoptrykt i McCann, bind. III, s. 155–58.
- (1983) "Nylige fremskridt inden for retinexteori og nogle implikationer for kortikale beregninger: Farvesyn og de naturlige billeder" Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80: 5136–69. Genoptrykt i McCann, bind. III, s. 159–66.
- (1986) "En alternativ teknik til beregning af designatoren i retinex -teorien om farvesyn" Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83: 3078–80.