색 불변성

색 불변성은 피사체의 지각 된 색이 변화하는 조명 조건 하에서 비교적 일정하게 유지되는 것을 보장하는 인간 색채 인식 시스템의 주관적 불변성 및 특징의 예이다. 예를 들어 초록색 사과는 정오가 주간 조명이 하얀 햇빛 일 때 태양과 주 조명이 일몰 일 때 우리에게 녹색으로 보입니다. 이는 우리가 객체를 식별하는 데 도움이됩니다.

컬러 비전
색각은 유기체와 기계가 물체에 의해 반사, 투과 또는 방출되는 서로 다른 파장의 빛을 기반으로 물체를 구별 할 수있는 과정입니다. 인간의 경우 빛은 두 종류의 광 수용체 인 원뿔과 막대를 사용하여 눈으로 감지됩니다. 원뿔과 막대는 신호를 시각 피질로 보내고, 시각 피질은 감각을 색의 주관적 인식으로 처리합니다. 색 불변성은 주어진 순간에 반사되는 빛의 양이나 파장에 관계없이 익숙한 개체를 일관된 색으로 인식하도록하는 과정입니다.

객체 조도
색 불변 현상은 조명 소스가 직접 알려지지 않은 경우에 발생합니다. 이러한 이유 때문에 흐린 날과는 대조적으로 태양과 맑은 하늘이있는 날에는 색의 일정성이 더 큰 효과를 나타냅니다. 태양이 보일 때조차도 색상의 불변성은 색상 인식에 영향을 줄 수 있습니다. 이것은 가능한 모든 조명 소스를 모르고 있기 때문입니다. 물체가 여러 개의 광원을 눈에 반사시킬 수는 있지만 색 상수는 객관적인 정체성을 일정하게 유지합니다.

DH Foster (2011) 박사는 다음과 같이 말합니다. “자연 환경에서 광원 자체는 장면의 특정 지점에서의 조명이 일반적으로 범위에 걸쳐 분포 된 직접 및 간접적 인 [빛]의 복잡한 혼합물이라는 점에서 잘 정의되지 않을 수 있습니다 입사각은 차례로 국소 폐색과 상호 반사에 의해 수정되며, 모두 시간과 위치에 따라 달라질 수 있습니다. “자연 환경에서 가능한 조도의 넓은 스펙트럼과 인간의 눈이 색을인지 할 수있는 제한된 기능은 색의 불변성 일일 지각에서 기능적 역할을한다. 색의 일관성은 인간이 일관성 있고 진실 된 방식으로 세계와 상호 작용할 수있게하며, 시간에 대한 판단을 효과적으로 내릴 수있게합니다.

생리적 기초
색 불변성의 생리학 적 기초는 원추 시각 효과의 국소 비율을 계산하는 1 차 시각 피질의 특수 뉴런을 포함하는 것으로 생각되며, 이는 토지의 retinex 알고리즘이 색 불변성을 달성하는 데 사용하는 것과 동일한 계산입니다. 이러한 전문화 된 셀은 색상 상대성과 공간적 상대성을 계산하기 때문에 이중 상대 셀이라고합니다. 이중 상대 세포는 금붕어 망막에서 나이젤 도우 (Nigel Daw)에 의해 처음으로 기술되었다. 영장류 시각 시스템에서 이러한 세포의 존재에 관한 상당한 논쟁이있었습니다. 그들의 존재는 역 상관 수용 필드 매핑과 한 번에 하나의 원뿔 분류를 선택적으로 활성화하는 특수 자극, 소위 “원추 분리”자극을 사용하여 결국 입증되었습니다.

색 불변은 입사 조명에 파장 범위가있는 경우에만 작동합니다. 눈의 다른 원뿔 세포는 장면의 모든 물체가 반사하는 빛의 파장 범위가 다르지만 중첩되는 범위를 등록합니다. 이 정보를 통해 시각 시스템은 조명등의 대략적인 구성을 결정하려고 시도합니다. 이 조명은 물체의 “트루 컬러 (true color)”또는 반사율 (물체가 반사하는 빛의 파장)을 얻기 위해 할인됩니다. 이 반사율은인지 된 색을 결정합니다.

신경 메커니즘
색상 불변성에는 두 가지 메커니즘이 있습니다. 첫 번째 메커니즘은 의식이없는 추론입니다. 두 번째 견해는이 현상을 감각 적응에 기인한다고 주장한다. 연구에 따르면 망막 세포의 변화뿐만 아니라 시력과 관련된 피질 영역의 색 불변성이 제시됩니다. 이 현상은 시각 시스템의 다양한 수준의 변화에 ​​기인 한 것 같습니다.

콘 적응
콘, 망막 내의 전문화 된 세포는 지역 환경 내에서의 광 레벨에 상대적으로 조정됩니다. 이것은 개별 뉴런 수준에서 발생합니다. 그러나이 적응은 불완전합니다. 색채 적응은 또한 뇌 내의 과정에 의해 조절됩니다. 원숭이의 연구에 따르면 색 민감성의 변화는 parvocellular lateral geniculate neurons의 활동과 관련이있다. 색 불변성은 개별 망막 세포의 국부적 인 변화 또는 뇌 내의보다 높은 수준의 신경 과정에 원인이있을 수 있습니다.

조건 등색
메타 메타 리즘 (metamerism)은 두 개의 별개의 장면에서 색을인지하는 것이 색 불변성과 관련된 연구에 도움이 될 수 있습니다. 연구는 경쟁하는 색채 자극이 제시 될 때 시각적 시스템의 초기에 공간 비교가 완료되어야한다고 제안합니다. 예를 들어, 피사체가 이색 광학 방식으로 자극을 제공하고, 회색과 같은 보이드 컬러 및 보이드 컬러를 사용하고, 어레이의 특정 컬러에 집중하도록 말하면, 보이드 컬러는 쌍안으로 인식 될 때와 상이하게 나타난다 유행. 이것은 색상 비교가 공간 비교와 관련되어 있기 때문에 V1 단안 신경 세포에서 또는 그 이전에 완료되어야한다는 것을 의미합니다. 대뇌 피질 영역 V4와 같은 시각적 시스템에서 나중에 공간 비교가 발생하면 두뇌는 양안 방식으로 보인 것처럼 색과 빈 색을 인식 할 수 있습니다.

Retinex 이론
그 효과는 1971 년에 설명하기 위해 “retinex 이론”을 공식화 한 Edwin H. Land에 의해 기술되었다. “retinex”라는 단어는 “망막”과 “피질”로 형성된 포트 만토 (portmanteau)로, 눈과 뇌 모두 처리 과정에 관련되어 있음을 나타냅니다.

효과는 다음과 같이 실험적으로 증명 될 수 있습니다. 수많은 짝을 이루는 패치로 구성된 “몬드리안 (Mondrian)”이라고 불리는 전시 (피에트 몬드리안 (Piet Mondrian) 이후)가 사람에게 보여집니다. 디스플레이에는 3 개의 흰색 표시 등이 켜지 며, 하나는 빨간색 필터를 통해 투사되고, 다른 하나는 녹색 필터를 통해 투사되고, 다른 하나는 파란색 필터를 통해 투사됩니다. 디스플레이의 특정 패치가 하얗게 보이도록 조명의 밝기를 조정해야합니다. 실험자는이 흰색으로 나타나는 패치에서 반사되는 적색, 녹색 및 청색광의 강도를 측정합니다. 그런 다음 실험자는 사람에게 주변 패치의 색상을 식별하도록 요청합니다. 예를 들어, 녹색으로 표시됩니다. 그런 다음 실험자는 녹색 패치에서 반사 된 빨간색, 파란색 및 녹색 빛의 강도가 원래 흰색 패치에서 측정 된 것과 같도록 조명을 조정합니다. 사람은 녹색 패치가 계속 녹색으로 나타나고 흰색 패치가 계속 흰색으로 나타나고 나머지 모든 패치는 원래 색상을 계속 유지한다는 점에서 색이 일정하다는 것을 보여줍니다.

색 불변성은 컴퓨터 비전의 바람직한 특징이며 많은 알고리즘이 이러한 목적으로 개발되었습니다. 여기에는 몇 가지 retinex 알고리즘이 포함됩니다. 이 알고리즘은 이미지의 각 픽셀의 빨강 / 녹색 / 파랑 값을 입력으로 받아 각 점의 반사율을 계산합니다. 그러한 알고리즘 중 하나는 다음과 같이 동작한다 : 모든 픽셀의 최대 적색 값 rmax가 결정되고, 또한 최대 녹색 값 gmax 및 최대 청색 값 bmax가 결정된다. 장면이 모든 적색광을 반사하는 물체와 모든 녹색광을 반사하는 물체 및 모든 청색광을 반사하는 물체를 포함한다고 가정하면, 조명 광원은 (rmax, gmax, bmax)로 기술된다고 추론 할 수있다. . 값 (r, g, b)을 갖는 각 픽셀에 대해 그 반사율은 (r / rmax, g / gmax, b / bmax)로 추정됩니다. Land and McCann이 제안한 원래의 retinex 알고리즘은이 원칙의 현지화 된 버전을 사용합니다.

레티 넥스 모델은 여전히 ​​컴퓨터 비전에 광범위하게 사용되고 있지만 실제 인간의 색채 인식은 더욱 복잡해졌습니다.