Farbkonstanz ist ein Beispiel für subjektive Konstanz und ein Merkmal des menschlichen Farbwahrnehmungssystems, das sicherstellt, dass die wahrgenommene Farbe von Objekten unter variierenden Beleuchtungsbedingungen relativ konstant bleibt. Ein grüner Apfel zum Beispiel sieht uns mittags grün, wenn die Hauptbeleuchtung weißes Sonnenlicht ist, und auch bei Sonnenuntergang, wenn die Hauptbeleuchtung rot ist. Dies hilft uns, Objekte zu identifizieren.

Farbsehen
Farbsehen ist ein Vorgang, bei dem Organismen und Maschinen Objekte anhand der unterschiedlichen Wellenlängen des vom Objekt reflektierten, transmittierten oder emittierten Lichts unterscheiden können. Beim Menschen wird das Licht vom Auge durch zwei Arten von Photorezeptoren, Kegel und Stäbchen, detektiert, die Signale an den visuellen Kortex senden, der diese Empfindungen wiederum in eine subjektive Farbwahrnehmung verarbeitet. Farbkonstanz ist ein Prozess, der es dem Gehirn ermöglicht, ein vertrautes Objekt als konsistente Farbe zu erkennen, unabhängig von der Menge oder den Wellenlängen des Lichts, das zu einem bestimmten Zeitpunkt von ihm reflektiert wird.

Objektbeleuchtungsstärke
Das Phänomen der Farbkonstanz tritt auf, wenn die Beleuchtungsquelle nicht direkt bekannt ist. Aus diesem Grund wirkt sich die Farbkonstanz bei Tagen mit Sonne und klarem Himmel stärker aus als bei bedecktem Himmel. Selbst wenn die Sonne sichtbar ist, kann die Farbkonstanz die Farbwahrnehmung beeinflussen. Dies ist auf eine Unkenntnis aller möglichen Quellen der Beleuchtung zurückzuführen. Obwohl ein Objekt mehrere Lichtquellen in das Auge reflektieren kann, verursacht die Farbkonstanz objektive Identitäten, die konstant bleiben.

Dr. DH Foster (2011) stellt fest: „In der natürlichen Umgebung ist die Quelle selbst möglicherweise nicht gut definiert, da die Beleuchtung an einem bestimmten Punkt in einer Szene normalerweise eine komplexe Mischung aus direktem und indirektem [Licht] ist, das über eine Reihe verteilt ist Einfallswinkel, die wiederum durch lokale Okklusion und gegenseitige Reflexion verändert werden, die alle mit der Zeit und der Position variieren können. „Das breite Spektrum möglicher Beleuchtungsstärken in der natürlichen Umgebung und die begrenzte Fähigkeit des menschlichen Auges, Farbe wahrzunehmen, bedeutet diese Farbkonstanz spielt eine funktionelle Rolle in der täglichen Wahrnehmung. Die Farbkonstanz ermöglicht es Menschen, in konsistenter oder veridischer Weise mit der Welt zu interagieren, und ermöglicht es dem Benutzer, effektiver über die Tageszeit zu urteilen.

Physiologische Grundlage
Es wird angenommen, dass die physiologische Basis für die Farbkonstanz spezialisierte Neuronen im primären visuellen Kortex umfasst, die lokale Verhältnisse der Kegelaktivität berechnen, wobei es sich um die gleiche Berechnung handelt, die Lands Retinex-Algorithmus verwendet, um Farbkonstanz zu erreichen. Diese spezialisierten Zellen werden Doppel-Gegenzellen genannt, weil sie sowohl Farbempfindlichkeit als auch räumliche Opponenz berechnen. Doppelgegnerzellen wurden erstmals von Nigel Daw in der Goldfischretina beschrieben. Es gab eine beträchtliche Debatte über die Existenz dieser Zellen im visuellen System des Primaten; ihre Existenz wurde schließlich durch reverse-Korrelation rezeptive Feld-Mapping und spezielle Reize, die selektiv aktiviert einzelne Kegel-Klassen auf einmal, so genannte „Kegel-isolierende“ Reize nachgewiesen.

Farbkonstanz funktioniert nur, wenn die einfallende Beleuchtung eine Reihe von Wellenlängen enthält. Die verschiedenen Kegelzellen des Auges registrieren unterschiedliche, aber überlappende Wellenlängenbereiche des von jedem Objekt in der Szene reflektierten Lichts. Aus diesen Informationen versucht das visuelle System, die ungefähre Zusammensetzung des Beleuchtungslichts zu bestimmen. Diese Beleuchtung wird dann vernachlässigt, um die „wahre Farbe“ oder das Reflexionsvermögen des Objekts zu erhalten: die Wellenlängen des Lichts, die das Objekt reflektiert. Diese Reflexion bestimmt dann weitgehend die wahrgenommene Farbe.

Neuraler Mechanismus
Es gibt zwei mögliche Mechanismen für die Farbkonstanz. Der erste Mechanismus ist die unbewusste Schlussfolgerung. Die zweite Sichtweise besagt, dass dieses Phänomen durch sensorische Anpassung verursacht wird. Die Forschung legt nahe, dass die Farbkonstanz mit Veränderungen der retinalen Zellen und kortikalen Bereichen in Zusammenhang mit der Sehkraft in Zusammenhang steht. Dieses Phänomen wird höchstwahrscheinlich Veränderungen in verschiedenen Ebenen des visuellen Systems zugeschrieben.

Kegel Anpassung
Zapfen, spezialisierte Zellen innerhalb der Netzhaut, werden sich relativ zu den Lichtpegeln in der lokalen Umgebung einstellen. Dies geschieht auf der Ebene einzelner Neuronen. Diese Anpassung ist jedoch unvollständig. Chromatische Anpassung wird auch durch Prozesse im Gehirn geregelt. Forschungen an Affen legen nahe, dass Veränderungen der chromatischen Empfindlichkeit mit der Aktivität in parvozellulären lateralen Geniculateuronen korrelieren. Die Farbkonstanz kann sowohl lokalen Veränderungen in einzelnen Netzhautzellen als auch neuronalen Prozessen höherer Ebene im Gehirn zugeschrieben werden.

Metamerie
Metamerie, das Wahrnehmen von Farben in zwei getrennten Szenen, kann dazu beitragen, die Forschung in Bezug auf Farbkonstanz zu informieren. Die Forschung legt nahe, dass, wenn konkurrierende chromatische Stimuli präsentiert werden, räumliche Vergleiche früh im visuellen System durchgeführt werden müssen. Wenn zum Beispiel Subjekten Stimuli in einer dichoptischen Art präsentiert werden, eine Anordnung von Farben und eine Leerfarbe, wie zum Beispiel Grau, und darauf, sich auf eine bestimmte Farbe des Arrays zu konzentrieren, erscheint die Leerraumfarbe anders als wenn sie in einem Fernglas wahrgenommen wird Mode. Dies bedeutet, dass Farbentscheidungen, wie sie sich auf räumliche Vergleiche beziehen, bei oder vor den monokularen Neuronen V1 abgeschlossen sein müssen. Wenn räumliche Vergleiche später im visuellen System auftreten, wie etwa im kortikalen Bereich V4, wäre das Gehirn in der Lage, sowohl die Farbe als auch die Hohlraumfarbe wahrzunehmen, als ob sie in binokularer Weise gesehen würden.

Retinex-Theorie
Der Effekt wurde 1971 von Edwin H. Land beschrieben, der die „Retinex-Theorie“ formulierte, um sie zu erklären. Das Wort „Retinex“ ist ein Portmanteau aus „Retina“ und „Cortex“, was darauf hindeutet, dass sowohl das Auge als auch das Gehirn an der Verarbeitung beteiligt sind.

Der Effekt kann experimentell wie folgt nachgewiesen werden. Eine Anzeige, die „Mondrian“ genannt wird (nach Piet Mondrian, deren Bilder ähnlich sind), die aus zahlreichen farbigen Flecken besteht, wird einer Person gezeigt. Die Anzeige wird von drei weißen Lichtern beleuchtet, von denen eines durch einen roten Filter projiziert wird, einer durch einen grünen Filter projiziert wird und einer durch einen blauen Filter projiziert wird. Die Person wird aufgefordert, die Intensität der Lichter so einzustellen, dass ein bestimmtes Patch im Display weiß erscheint. Der Experimentator misst dann die Intensität des roten, grünen und blauen Lichts, das von diesem weiß erscheinenden Patch reflektiert wird. Dann fordert der Experimentator die Person auf, die Farbe eines benachbarten Flecks zu identifizieren, der beispielsweise grün erscheint. Dann stellt der Experimentator die Lichter so ein, dass die Intensität des roten, blauen und grünen Lichts, die von dem grünen Fleck reflektiert werden, die gleichen sind, wie sie ursprünglich vom weißen Fleck gemessen wurden. Die Person zeigt eine Farbkonstanz, indem der grüne Patch weiterhin grün erscheint, der weiße Patch weiterhin weiß erscheint und alle verbleibenden Patches weiterhin ihre ursprünglichen Farben haben.

Die Farbkonstanz ist ein wünschenswertes Merkmal der Computervision und viele Algorithmen wurden für diesen Zweck entwickelt. Dazu gehören mehrere Retinex-Algorithmen. Diese Algorithmen erhalten als Eingabe die Rot / Grün / Blau-Werte jedes Bildpunktes des Bildes und versuchen, die Reflexionsgrade jedes Punktes zu schätzen. Ein solcher Algorithmus arbeitet wie folgt: Der maximale Rotwert rmax aller Pixel wird bestimmt, ebenso der maximale Grünwert gmax und der maximale Blauwert bmax. Unter der Annahme, dass die Szene Objekte enthält, die sämtliches rotes Licht reflektieren, und (andere) Objekte, die sämtliches grünes Licht reflektieren, und noch andere, die sämtliches blaues Licht reflektieren, kann man daraus schließen, dass die Beleuchtungslichtquelle beschrieben wird durch (rmax, gmax, bmax) . Für jedes Pixel mit Werten (r, g, b) wird sein Reflexionsvermögen als (r / rmax, g / gmax, b / bmax) geschätzt. Der ursprüngliche Retinex-Algorithmus von Land und McCann verwendet eine lokalisierte Version dieses Prinzips.

Obwohl Retinex-Modelle immer noch weitverbreitet in der Computervision verwendet werden, hat sich gezeigt, dass die tatsächliche menschliche Farbwahrnehmung komplexer ist.