배색 항상성

Color constancy
색상 항상성: 열기구의 색은 태양과 그늘에서 같은 색으로 인식된다.
토지 효과의 예. 색 항상성은 위의 이미지를 빨강, 초록, 파랑 색조로 보이게 하며, 특히 빨강과 흰색의 빛과 어두운 색조로만 구성되어 있음에도 불구하고 어두운 방에서 유일한 광원이라면 더욱 그러하다.(가장 두드러진 효과를 위해 전체 크기의 이미지를 보려면 클릭)
항상성은 정사각형 A가 정사각형 B보다 더 어둡게 보이게 하는데, 사실 둘 다 정확히 같은 회색 음영이다. Checker 그림자 착각을 참조하십시오.
이미지 분석을 위한 레티넥스 필터링을 통한 휘도 항상성 달성
이 두 장의 사진에서 왼쪽에서 두 번째 카드는 아래쪽보다 위쪽이 더 진한 분홍색으로 보인다. 사실 그것들은 같은 색이지만(RGB 값이 같기 때문에), 주변 사진의 색채 캐스팅에 의해 지각에 영향을 받는다.

색 항상성주관적인 항상성의 한 예로서 다양한 조명 조건에서 물체의 인식된 색상이 비교적 일정하게 유지되도록 하는 인간 색 인식 시스템의 특징이다. 예를 들어, 녹색 사과는 백색 햇빛이 비치는 한낮과 홍색 빛이 비치는 해 질 무렵에 우리에게 초록색으로 보인다. 이것은 우리가 사물을 식별하는데 도움을 준다.

컬러 비전

색시력은 우리가 객관적 색상을 인지하는 방법인데, 사람, 동물, 기계는 물체가 반사, 전달 또는 방출하는 빛의 다른 파장을 기반으로 물체를 구별할 수 있다. 인간에게 있어서 빛은 두 종류의 광수용체, 원추와 막대들을 사용하여 눈에 의해 감지되는데, 이것은 시각피질에 신호를 보내게 되고, 이는 결국 그러한 색들을 주관적인 지각으로 처리하게 된다. 색 항상성은 뇌가 익숙한 물체를 주어진 순간에 반사되는 빛의 양이나 파장과 상관없이 일관된 색으로 인식할 수 있게 하는 과정이다.[1][2]

물체조도

색 항상성의 현상은 조명의 근원을 직접 알 수 없을 때 발생한다.[3] 흐린 날과 달리 햇빛과 맑은 하늘이 있는 날들에 색의 항상성이 더 큰 영향을 미치는 것은 이런 이유 때문이다.[3] 태양이 보일 때도 색 항상성은 색 인식에 영향을 줄 수 있다. 이것은 가능한 모든 광원에 대한 무지 때문이다. 비록 물체가 눈에 여러 광원을 반사할 수 있지만, 색 항상성은 객관적인 정체성을 일정하게 유지하게 한다.[4]

D. H. 포스터(2011)는 "자연 환경에서는 장면의 특정 지점의 조도가 보통 입사각의 범위에 걸쳐 분산된 직간접[빛]의 복잡한 혼합물이라는 점에서 소스 자체가 잘 정의되지 않을 수 있으며, 이 모든 것은 국부적 폐색 및 상호반영에 의해 변경될 수 있다"고 기술하고 있다.나와 포지션."[3] 자연환경에서 가능한 광도의 넓은 스펙트럼과 인간의 눈이 색을 인식하는 제한된 능력은 색 항상성이 일상적 지각에서 기능적 역할을 한다는 것을 의미한다. 색 항상성은 인간이 일관적이거나 진실된 방식으로 세상과[5] 상호작용할 수 있도록 하며, 하루 중 한 사람이 더 효과적으로 판단을 내릴 수 있도록 한다.[4][6]

생리적 근거

색 항상성의 생리학적 기초는 원뿔 활성의 국소 비율을 계산하는 1차 시각 피질에 전문화된 뉴런을 포함한다고 생각되는데, 이는 랜드의 레티넥스 알고리즘이 색 항상성을 달성하기 위해 사용하는 계산과 같은 계산이다. 이러한 특화된 세포들은 색의 오폐함과 공간적인 오폐성을 모두 계산하기 때문에 이중 오피니언 세포라고 불린다. 이중 반대 세포는 금붕어 망막에서 나이젤 도에 의해 처음 설명되었다.[7][8] 영장류 시각계에는 이러한 세포의 존재에 대해 상당한 논쟁이 있었다; 이들의 존재는 결국 한 번에 하나의 원뿔 계급을 선택적으로 활성화시키는 역상관 수용적 필드 맵핑과 특수 자극, 이른바 "단절" 자극을 사용하여 증명되었다.[9][10] 인간의 뇌 영상화 증거는 색 항상성을 생성하기 위한 중요한 피질 장소가 피질 영역 V4에 위치해 있으며,[11] 이로 인해 뇌 무색소증후군으로 이어지는 손상이 발생한다는 것을 강력히 시사한다.

색상 항상성은 입사 조명에 파장 범위가 포함된 경우에만 작동한다. 의 서로 다른 원뿔 세포는 장면의 모든 물체가 반사하는 빛의 파장 범위가 다르지만 중복된다. 이 정보로부터 시각 시스템은 조명의 대략적인 구성을 결정하려고 시도한다. 그런 다음 물체의 "진정한 색" 또는 반사율: 물체가 반사하는 빛의 파장을 얻기 위해 이 조명[12] 할인한다. 이 반사율은 크게 인식된 색상을 결정한다.

신경 메커니즘

색 항상성을 위한 두 가지 가능한 메커니즘이 있다. 첫 번째 메커니즘은 무의식적인 추론이다.[13] 두 번째 견해는 감각적 적응에 의해 야기되는 이 현상을 수용한다.[14][15] 연구에 따르면 색 항상성은 시력과 관련된 피질 영역뿐만 아니라 망막 세포의 변화와 관련이 있다고 한다.[16][17][18] 이러한 현상은 시각 시스템의 다양한 수준의 변화에 기인할 가능성이 가장 높다.[3]

원뿔 적응

망막 내의 전문 세포인 콘은 지역 환경 내의 빛 수준에 비례하여 조절될 것이다.[18] 이것은 개별 뉴런의 수준에서 발생한다.[19] 그러나 이 적응은 불완전하다.[3] 색채 적응은 또한 뇌 내의 과정에 의해 조절된다. 원숭이에 대한 연구는 색감 민감도의 변화가 파보셀라 측위 유전체 뉴런의 활동과 상관관계가 있다는 것을 시사한다.[20][21] 색 항상성은 개별 망막 세포의 국부적 변화 또는 뇌 내의 더 높은 수준의 신경 작용에 기인할 수 있다.[19]

변태주의

두 장면에서 색을 인식하는 변광성은 색의 항상성에 관한 연구에 도움을 줄 수 있다.[22][23] 연구는 경쟁적인 색채 자극이 제시될 때 시각적 시스템에서 공간 비교를 조기에 완료해야 한다고 제안한다. 예를 들어 대상자가 회색과 같이 색의 배열과 보이드 색상의 이분법적 방식으로 자극을 제시하고 배열의 특정 색상에 초점을 맞추라고 하면 보이드 색상은 쌍안경으로 지각할 때와 다르게 나타난다.[24] 즉, 색판정은 공간 비교와 관련되므로 V1 단안 뉴런 또는 그 이전에 완료되어야 한다.[24][25][26] 만약 공간 비교가 나중에 피질 영역 V4와 같은 시각 시스템에서 일어난다면, 뇌는 색과 보이드 색상을 쌍안경으로 본 것처럼 모두 지각할 수 있을 것이다.

레티넥스 이론

"Land effect"는 빨간색과 회색 파장의 사진을 보는 것만으로 전체 컬러(음소거된 경우) 영상을 볼 수 있는 용량이다. 그 효과는 제임스 서점 맥스웰의 초기 실험을 풀 컬러의 영상으로 재구성하려던 에드윈 H. 랜드에 의해 발견되었다. 랜드는 이미지에 녹색 또는 파란색 파장이 없을 때에도 시각 시스템이 빨간색 조명을 할인하여 여전히 녹색 또는 파란색 파장으로 인식한다는 것을 깨달았다. 랜드는 1959년 사이언티픽 아메리칸지에 실린 기사에서 이 같은 효과를 설명했다.[27] 1977년에 랜드는 랜드 효과를 설명하기 위해 그의 "레티넥스 이론"을 공식화한 또 다른 사이언티픽 아메리칸 기사를 썼다. '레티넥스'라는 단어는 '레티나'와 '피질'의 합성어로 눈과 뇌가 모두 가공에 관여하고 있음을 암시한다. 랜드는 존 맥캔과 함께 인간의 생리학에서 일어나는 레티넥스 과정을 모방하기 위해 고안된 컴퓨터 프로그램도 개발했다.[28]

그 효과는 다음과 같이 실험적으로 증명할 수 있다. 수많은 컬러의 조각들로 구성된 '몽드리안'(그림들이 비슷한 피에트 몬드리안 이후)이라는 전시가 사람에게 보여진다. 디스플레이는 세 개의 백색 조명으로 조명되며, 하나는 빨간색 필터를 통해 투사되고, 하나는 녹색 필터를 통해 투사되며, 하나는 파란색 필터를 통해 투사된다. 표시장치의 특정 패치가 흰색으로 나타나도록 조명의 강도를 조정하라는 요청을 받는다. 그런 다음 실험자는 이 백색 띠에서 반사된 적색, 녹색, 청색 빛의 강도를 측정한다. 그리고 나서 실험자는 그 사람에게 예를 들어 초록색으로 보이는 이웃의 패치의 색을 확인하라고 요구한다. 그런 다음 실험자는 녹색 패치에서 반사된 적색, 청색, 녹색 빛의 강도가 원래 흰색 패치에서 측정된 것과 같도록 조명을 조정한다. 녹색 패치가 계속 녹색으로 나타나고, 흰색 패치가 계속 흰색으로 표시되며, 나머지 패치가 모두 원래 색을 유지한다는 점에서 그 사람은 항상 색상을 나타낸다.

색 항상성은 컴퓨터 비전의 바람직한 특징이며, 이러한 목적을 위해 많은 알고리즘이 개발되었다. 여기에는 몇 가지 레티넥스 알고리즘이 포함된다.[29][30][31][32] 이러한 알고리즘은 영상의 각 픽셀의 적색/녹색/청색 값을 입력으로 수신하고 각 점의 반사율을 추정하려고 시도한다. 그러한 알고리즘 중 하나는 다음과 같이 동작한다: 모든 픽셀의 최대 적색 값 rmax 결정하고, 또한 최대 녹색 max g와 최대 청색 값 bmax 결정한다. 장면에 모든 붉은 빛을 반사하는 물체 및 (기타) 모든 녹색 빛을 반사하는 물체 및 모든 푸른 빛을 반사하는 다른 물체가 포함된다고 가정하면, 조명 광원이 (rmax, gmax, bmax)에 의해 설명된다고 추론할 수 있다. 값이 있는 픽셀(r, g, b)에 대해 반사율은 (r/rmax, g/gmax, b/bmax)로 추정한다. Land와 McCann이 제안한 원래의 레티넥스 알고리즘은 이 원리의 지역화된 버전을 사용한다.[33][34]

레티넥스 모델은 여전히 컴퓨터 시야에서 널리 사용되고 있지만, 실제 인간의 색 인식은 더 복잡한 것으로 나타났다.[35]

참고 항목

참조

  1. ^ Krantz, John (2009). Experiencing Sensation and Perception (PDF). Pearson Education, Limited. pp. 9.9–9.10. ISBN 978-0-13-097793-9. Archived from the original (PDF) on November 17, 2017. Retrieved January 23, 2012.
  2. ^ http://www.wendycarlos.com/colorvis/color.html
  3. ^ Jump up to: a b c d e Foster, David H. (2011). "Color Constancy". Vision Research. 51 (7): 674–700. doi:10.1016/j.visres.2010.09.006. PMID 20849875. S2CID 1399339.
  4. ^ Jump up to: a b Jameson, D.; Hurvich, L. M. (1989). "Essay concerning color constancy". Annual Review of Psychology. 40: 1–22. doi:10.1146/annurev.psych.40.1.1. PMID 2648972.
  5. ^ 제키, S. (1993) 뇌에 대한 시각. 옥스퍼드: 블랙웰 사이언스 주식회사.
  6. ^ Reeves, A (1992). "Areas of ignorance and confusion in color science". Behavioral and Brain Sciences. 15: 49–50. doi:10.1017/s0140525x00067510.
  7. ^ Daw, Nigel W. (November 17, 1967). "Goldfish Retina: Organization for Simultaneous Colour Contrast". Science. 158 (3803): 942–4. Bibcode:1967Sci...158..942D. doi:10.1126/science.158.3803.942. PMID 6054169. S2CID 1108881.
  8. ^ Bevil R. Conway (2002). Neural Mechanisms of Color Vision: Double-Opponent Cells in the Visual Cortex. Springer. ISBN 978-1-4020-7092-1.
  9. ^ Conway, BR; Livingstone, MS (2006). "Spatial and Temporal Properties of Cone Signals in Alert Macaque Primary Visual Cortex (V1)". Journal of Neuroscience. 26 (42): 10826–46. doi:10.1523/jneurosci.2091-06.2006. PMC 2963176. PMID 17050721. [커버 일러스트]
  10. ^ Conway, BR (2001). "Spatial structure of cone inputs to color cells in alert macaque primary visual cortex (V-1)". Journal of Neuroscience. 21 (8): 2768–2783. doi:10.1523/JNEUROSCI.21-08-02768.2001. PMC 6762533. PMID 11306629. [커버 일러스트]
  11. ^ Bartels, A.; Zeki, S. (2000). "The architecture of the colour centre in the human visual brain: new results and a review *". European Journal of Neuroscience. 12 (1): 172–193. doi:10.1046/j.1460-9568.2000.00905.x. ISSN 1460-9568. PMID 10651872. S2CID 6787155.
  12. ^ "조명제 할인"은 헬름홀츠가 도입한 용어다.
  13. ^ Judd, D. B. (1940). "Hue saturation and lightness of surface colors with chromatic illumination". Journal of the Optical Society of America. 30: 2–32. doi:10.1364/JOSA.30.000002.
  14. ^ Helson, H (1943). "Some factors and implications of color constancy". Journal of the Optical Society of America. 33 (10): 555–567. Bibcode:1943JOSA...33..555H. doi:10.1364/josa.33.000555.
  15. ^ 헤링, E. (1920년) 그룬쯔위게 데 르레르는 리흐친을 토해낸다. 베를린: 스프링거(트랜스) Hurvich, L. M. & Jameson, D., 1964, Cambridge MA: Harvard University Press).
  16. ^ Zeki, S (1980). "The representation of colours in the cerebral cortex". Nature. 284 (5755): 412–418. Bibcode:1980Natur.284..412Z. doi:10.1038/284412a0. PMID 6767195. S2CID 4310049.
  17. ^ Zeki, S (1983). "Colour coding in the cerebral cortex: The reaction of cells in monkey visual cortex to wavelengths and colours". Neuroscience. 9 (4): 741–765. doi:10.1016/0306-4522(83)90265-8. PMID 6621877. S2CID 21352625.
  18. ^ Jump up to: a b Hood, D.C. (1998). "Lower-Level Visual Processing and Models of Light Adaptation". Annual Review of Psychology. 49: 503–535. doi:10.1146/annurev.psych.49.1.503. PMID 9496631. S2CID 12490019.
  19. ^ Jump up to: a b Lee, B. B.; Dacey, D. M.; Smith, V. C.; Pokorny, J. (1999). "Horizontal cells reveal cone type-specific adaptation in primate retina". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96 (25): 14611–14616. Bibcode:1999PNAS...9614611L. doi:10.1073/pnas.96.25.14611. PMC 24484. PMID 10588753.
  20. ^ Creutzfeldt, O. D.; Crook, J. M.; Kastner, S.; Li, C.-Y.; Pei, X. (1991). "The neurophysiological correlates of colour and brightness contrast in lateral geniculate neurons: 1. Population analysis". Experimental Brain Research. 87 (1): 3–21. doi:10.1007/bf00228503. PMID 1756832. S2CID 1363735.
  21. ^ Creutzfeldt, O. D.; Kastner, S.; Pei, X.; Valberg, A. (1991). "The neurophysiological correlates of colour and brightness contrast in lateral geniculate neurons: II. Adaptation and surround effects". Experimental Brain Research. 87 (1): 22–45. doi:10.1007/bf00228504. PMID 1756829. S2CID 75794.
  22. ^ Kalderon, Mark Eli (2008). "Metamerism, Constancy, and Knowing Which" (PDF). Mind. 117 (468): 935–971. doi:10.1093/mind/fzn043. JSTOR 20532701.
  23. ^ Gupte, Vilas (December 1, 2009). "Color Constancy, by Marc Ebner (Wiley; 2007) pp 394 ISBN 978-0-470-05829-9 (HB)". Coloration Technology. 125 (6): 366–367. doi:10.1111/j.1478-4408.2009.00219.x. ISSN 1478-4408.
  24. ^ Jump up to: a b Moutoussis, K.; Zeki, S. (2000). "A psychophysical dissection of the brain sites involved in color-generating comparisons". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 97 (14): 8069–8074. Bibcode:2000PNAS...97.8069M. doi:10.1073/pnas.110570897. PMC 16671. PMID 10859348.
  25. ^ Hurlbert, A. C.; Bramwell, D. I.; Heywood, C.; Cowey, A. (1998). "Discrimination of cone contrast changes as evidence for colour constancy in cerebral achromatopsia". Experimental Brain Research. 123 (1–2): 136–144. doi:10.1007/s002210050554. PMID 9835402. S2CID 1645601.
  26. ^ Kentridge, R. W.; Heywood, C. A.; Cowey, A. (2004). "Chromatic edges, surfaces and constancies in cerebral achromatopsia". Neuropsychologia. 42 (6): 821–830. doi:10.1016/j.neuropsychologia.2003.11.002. PMID 15037060. S2CID 16183218.
  27. ^ Land, Edwin (May 1959). "Experiments in Color Vision" (PDF). Scientific American. 200 (5): 84-94 passim. Bibcode:1959SciAm.200e..84L. doi:10.1038/scientificamerican0559-84. PMID 13646648.
  28. ^ Land, Edwin (December 1977). "The Retinex Theory of Color Vision" (PDF). Scientific American. 237 (6): 108–28. Bibcode:1977SciAm.237f.108L. doi:10.1038/scientificamerican1277-108. PMID 929159.
  29. ^ Morel, Jean-Michel; Petro, Ana B.; Sbert, Catalina (2009). Eschbach, Reiner; Marcu, Gabriel G; Tominaga, Shoji; Rizzi, Alessandro (eds.). "Fast implementation of color constancy algorithms". Color Imaging XIV: Displaying, Processing, Hardcopy, and Applications. 7241: 724106. Bibcode:2009SPIE.7241E..06M. CiteSeerX 10.1.1.550.4746. doi:10.1117/12.805474. S2CID 19950750.
  30. ^ Kimmel, R.; Elad, M.; Shaked, D.; Keshet, R.; Sobel, I. (2003). "A Variational Framework for Retinex" (PDF). International Journal of Computer Vision. 52 (1): 7–23. doi:10.1023/A:1022314423998. S2CID 14479403.
  31. ^ 바그아웃, 로렌, 그리고 로렌스 리. 지각 정보 처리 시스템. 미국 특허신청서 10/195,543. http://www.google.com/patents/US20040059754
  32. ^ 바그아웃, 로렌. "Fuzzy-Spatial Taxon Cut을 이용한 영상분할에 대한 시각적 택사계 접근법"은 문맥상 관련 영역을 산출한다. 지식 기반 시스템의 불확실성 정보 처리 및 관리. 2014년 스프링거 인터내셔널 출판사
  33. ^ Provenzi, Edoardo; De Carli, Luca; Rizzi, Alessandro; Marini, Daniele (2005). "Mathematical definition and analysis of the Retinex algorithm". JOSA A. 22 (12): 2613–2621. Bibcode:2005JOSAA..22.2613P. doi:10.1364/josaa.22.002613. PMID 16396021.
  34. ^ Bertalmío, Marcelo; Caselles, Vicent; Provenzi, Edoardo (2009). "Issues About Retinex Theory and Contrast Enhancement". International Journal of Computer Vision. 83: 101–119. doi:10.1007/s11263-009-0221-5. S2CID 4613179.
  35. ^ A.C. 헐버트; 울프, K. 색상 외관에 대한 국소 및 글로벌 콘 대비의 기여: 레티넥스 유사 모델. In: 캘리포니아 산호세, San Jose, SPIE 2002
  36. ^ Ribe, N.; Steinle, F. (2002). "Exploratory Experimentation: Goethe, Land, and Color Theory". Physics Today. 55 (7): 43. Bibcode:2002PhT....55g..43R. doi:10.1063/1.1506750.

레티넥스

여기서 "Reprinted in McCann"은 McCann, M, Ed. 1993을 가리킨다. 에드윈 H. 랜드의 에세이 스프링필드, 버지니아 주: 이미지 과학 기술 협회.

  • (1964) "레티넥스" 암. 과학 52(2): 247–64. 맥캔에서 다시 인쇄됨, vol. III, 페이지 53-60. 1963년 12월 30일 오하이오 주 클리블랜드에서 열린 윌리엄 프록터 과학 공로상 수상 소감에 기초한다.
  • L.C.와 함께 파니와 M.M.모스(1971) "초기발전에 의한 솔루빌라이제이션" 포토그르. Sci. Eng. 15:1:4–20. McCann, vol. 나, 157-73쪽. 1968년 6월 13일 보스턴에서의 강연에 근거한다.
  • J.J. McCann. (1971) "빛과 망막 이론" J. Opt. Am. 61(1:1–11). McCann에서 재인쇄됨, vol. III, 페이지 73-84. 1967년 10월 13일 Ives 메달 강의를 바탕으로 한다.
  • (1974) "색채 비전의 레티넥스 이론" Proc. R. 인스트 GT. Brit. 47:23–58. 맥캔에서 다시 인쇄됨, vol. III, 페이지 95–112. 1973년 11월 2일 금요일 저녁 담화를 바탕으로 한다.
  • (1977년) "색채 비전의 레티넥스 이론" Sci. 오전 237:108-28 맥캔에서 다시 인쇄됨, vol. III, 페이지 125-42.
  • H.G. 로저스, V.K.와 함께. Walworth. (1977) "원스텝 사진" 네블렛트의 사진재프로그래피, 재료, 프로세스시스템 핸드북, 제7편, J. M. 스터지, 에드, 페이지 259–330. 뉴욕: 라인홀드. 맥캔에서 다시 인쇄됨, vol. 나, 205-63쪽.
  • (1978) "우리 주변의 세계와의 '극적 동반자 관계': 우리의 인식 메커니즘에 대한 발견은 마음과 물질 사이의 상상의 분열을 녹이고 있다." Harv. Mag. 80:23–25. 맥캔에서 다시 인쇄됨, vol. III, 페이지 151-54.
  • D.H. Hubel, M.S. Livingstone, S.H. Perry, M.M. Burns.(1983) "Colour generation interaction over the corporus callosum" Nature 303(5918):616-18). 맥캔에서 다시 인쇄됨, vol. III, 페이지 155-58.
  • (1983) "최근 레티넥스 이론의 진보와 피질 연산에 대한 일부 시사점: 컬러 비전과 자연 이미지" Proc. 나틀. 아카드. SCI. U.S. A. 80:5136–69. 맥캔에서 다시 인쇄됨, vol. III, 페이지 159-66.
  • (1986) "색채시력 레티넥스 이론에서 지정자의 계산을 위한 대체 기법" Proc. 나틀. 아카드. SCI. U.S. A. 83:3078–80

외부 링크