Constancia de color

Color constancia: Los colores de un globo de aire caliente son reconocidos como los mismos en el sol y la sombra

Ejemplo del efecto Tierra. La constancia de color hace que la imagen anterior parezca tener tonalidades rojas, verdes y azules, especialmente si es la única fuente de luz en una habitación oscura, a pesar de que está compuesta de solo colores claros y oscuros de color rojo y blanco. (Haga clic para ver la imagen de tamaño completo para el efecto más pronunciado.)

Constancy hace cuadrado Aparecen más oscuros que el cuadrado B, cuando de hecho ambos son exactamente el mismo tono de gris. Ver la ilusión de sombra de Checker.

Conseguir la constancia de luminancia mediante el filtrado retinex para el análisis de imagen

En estas dos fotos, la segunda carta de la izquierda parece ser una sombra más fuerte de rosa en la superior que en la inferior. De hecho son del mismo color (ya que tienen los mismos valores RGB), pero la percepción se ve afectada por el color de la foto circundante.

La constancia del color es un ejemplo de constancia subjetiva y una característica del sistema humano de percepción del color que garantiza que el color percibido de los objetos permanezca relativamente constante en condiciones de iluminación variables. Una manzana verde, por ejemplo, nos parece verde al mediodía, cuando la iluminación principal es la luz del sol blanca, y también al atardecer, cuando la iluminación principal es roja. Esto nos ayuda a identificar objetos.

Historia

Ibn al-Haytham dio una explicación temprana de la constancia del color al observar que la luz reflejada por un objeto es modificada por el color del objeto. Explicó que la calidad de la luz y el color del objeto se mezclan, y el sistema visual separa la luz y el color. Él escribe:

De nuevo la luz no viaja del objeto de color al ojo no acompañado por el color, ni la forma del color pasa del objeto de color al ojo no acompañado por la luz. Ni la forma de la luz ni la del color existente en el objeto de color pueden pasar excepto como se mezclan juntos y el último centinela sólo puede los perciben como mezclados. Sin embargo, el sensible percibe que el objeto visible es luminoso y que la luz vista en el objeto es diferente al color y que son dos propiedades.

Monge (1789), Young (1807), von Helmholtz (1867), Hering (1920) y von Kries (1902, 1905), así como los investigadores posteriores Helson y Jeffers (1940), Judd (1940), y Land y McCann (1971), han realizado importantes contribuciones a la investigación de la constancia del color. La idea de que la aparición de la constancia del color fue consecuencia de una inferencia inconsciente (Judd, 1940; von Helmholtz, 1867) y la idea de que fue el resultado de una adaptación sensorial (Helson, 1943; Hering, 1920) coexistieron durante una parte significativa de esta vez. Para aclarar la naturaleza de los observadores' juicios de constancia de color, Arend y Reeves (1986) realizaron los primeros experimentos conductuales sistemáticos. Posteriormente, aparecieron nuevos modelos de constancia de color, información fisiológica sobre mecanismos corticales y mediciones colorimétricas fotográficas de escenas naturales.

Visión del color

La visión del color es cómo percibimos el color objetivo, que las personas, los animales y las máquinas pueden distinguir objetos en función de las diferentes longitudes de onda de la luz reflejada, transmitida o emitida por el objeto. En los humanos, el ojo detecta la luz utilizando dos tipos de fotorreceptores, conos y bastones, que envían señales a la corteza visual, que a su vez procesa esos colores en una percepción subjetiva. La constancia del color es un proceso que permite que el cerebro reconozca un objeto familiar como un color constante, independientemente de la cantidad o longitudes de onda de la luz que se refleje en un momento dado.

Iluminancia del objeto

El fenómeno de la constancia del color ocurre cuando la fuente de iluminación no se conoce directamente. Es por ello que la constancia del color tiene mayor efecto en los días con sol y cielo despejado que en los días nublados. Incluso cuando el sol es visible, la constancia del color puede afectar la percepción del color. Esto se debe a la ignorancia de todas las posibles fuentes de iluminación. Aunque un objeto puede reflejar múltiples fuentes de luz en el ojo, la constancia del color hace que las identidades objetivas permanezcan constantes.

D. H. Foster (2011) afirma: "en el entorno natural, la fuente en sí misma puede no estar bien definida en el sentido de que la iluminación en un punto particular de una escena suele ser una mezcla compleja de [luz] directa e indirecta distribuida sobre un rango de ángulos incidentes, a su vez modificados por la oclusión local y la reflexión mutua, todos los cuales pueden variar con el tiempo y la posición." El amplio espectro de posibles iluminancias en el entorno natural y la capacidad limitada del ojo humano para percibir el color significa que la constancia del color juega un papel funcional en la percepción diaria. La constancia del color permite que los humanos interactúen con el mundo de una manera consistente o verídica y permite que uno emita juicios sobre la hora del día de manera más efectiva.

Base fisiológica

Se cree que la base fisiológica de la constancia del color involucra neuronas especializadas en la corteza visual primaria que calculan las proporciones locales de la actividad de los conos, que es el mismo cálculo que utiliza el algoritmo retinex de Land para lograr la constancia del color. Estas celdas especializadas se denominan celdas de doble oponente porque calculan tanto la oposición de color como la oposición espacial. Las células de doble oponente fueron descritas por primera vez por Nigel Daw en la retina del pez dorado. Hubo un debate considerable sobre la existencia de estas células en el sistema visual de los primates; finalmente, se demostró su existencia mediante el mapeo de campo receptivo de correlación inversa y estímulos especiales que activan selectivamente clases de cono único a la vez, lo que se conoce como 'aislamiento de cono'. estímulos La evidencia de imágenes del cerebro humano sugiere fuertemente que un locus cortical crítico para generar constancia de color se encuentra en el área cortical V4, daño en el que conduce al síndrome de acromatopsia cerebral.

La constancia de color solo funciona si la iluminación incidente contiene un rango de longitudes de onda. Los diferentes conos del ojo registran rangos de longitudes de onda diferentes pero superpuestos de la luz reflejada por cada objeto en la escena. A partir de esta información, el sistema visual intenta determinar la composición aproximada de la luz que ilumina. Esta iluminación se descuenta para obtener el "color verdadero&#34 del objeto. o reflectancia: las longitudes de onda de la luz que refleja el objeto. Esta reflectancia determina en gran medida el color percibido.

Mecanismo neural

Hay dos mecanismos posibles para la constancia del color. El primer mecanismo es la inferencia inconsciente. El segundo punto de vista sostiene que este fenómeno es causado por la adaptación sensorial. La investigación sugiere que la constancia del color está relacionada con los cambios en las células de la retina, así como con las áreas corticales relacionadas con la visión. Lo más probable es que este fenómeno se atribuya a cambios en varios niveles del sistema visual.

Adaptación de cono

Los conos, células especializadas dentro de la retina, se ajustarán en relación con los niveles de luz dentro del entorno local. Esto ocurre a nivel de las neuronas individuales. Sin embargo, esta adaptación es incompleta. La adaptación cromática también está regulada por procesos dentro del cerebro. La investigación en monos sugiere que los cambios en la sensibilidad cromática se correlacionan con la actividad en las neuronas geniculadas laterales parvocelulares. La constancia del color puede atribuirse tanto a cambios localizados en células individuales de la retina como a procesos neuronales de nivel superior dentro del cerebro.

Metamerismo

El metamerismo, la percepción de colores dentro de dos escenas separadas, puede ayudar a informar la investigación sobre la constancia del color. La investigación sugiere que cuando se presentan estímulos cromáticos competitivos, las comparaciones espaciales deben completarse temprano en el sistema visual. Por ejemplo, cuando a los sujetos se les presentan estímulos de forma dicóptica, una matriz de colores y un color vacío, como el gris, y se les dice que se concentren en un color específico de la matriz, el color vacío parece diferente que cuando se percibe en un binocular. moda. Esto significa que los juicios de color, en lo que respecta a las comparaciones espaciales, deben completarse en las neuronas monoculares V1 o antes. Si las comparaciones espaciales ocurren más tarde en el sistema visual, como en el área cortical V4, el cerebro podría percibir tanto el color como el color vacío como si se vieran de forma binocular.

Teoría de Retinex

El "efecto tierra" es la capacidad de ver imágenes a todo color (si están apagadas) únicamente mirando una foto con longitudes de onda rojas y grises. El efecto fue descubierto por Edwin H. Land, quien intentaba reconstruir los primeros experimentos de James Clerk Maxwell en imágenes a todo color. Land se dio cuenta de que, incluso cuando no había longitudes de onda verdes o azules presentes en una imagen, el sistema visual aún las percibiría como verdes o azules descontando la iluminación roja. Land describió este efecto en un artículo de 1959 en Scientific American. En 1977, Land escribió otro artículo de Scientific American que formulaba su "teoría del retinex" para explicar el efecto Land. La palabra "retinex" es una mezcla de "retina" y "corteza", lo que sugiere que tanto el ojo como el cerebro están involucrados en el procesamiento. Land, con John McCann, también desarrolló un programa de computadora diseñado para imitar los procesos de retinex que tienen lugar en la fisiología humana.

El efecto se puede demostrar experimentalmente de la siguiente manera. Una pantalla llamada "Mondrian" (después de Piet Mondrian cuyas pinturas son similares) que consta de numerosos parches de colores se muestra a una persona. La pantalla está iluminada por tres luces blancas, una proyectada a través de un filtro rojo, otra proyectada a través de un filtro verde y otra proyectada a través de un filtro azul. Se le pide a la persona que ajuste la intensidad de las luces para que un parche particular en la pantalla aparezca blanco. Luego, el experimentador mide las intensidades de la luz roja, verde y azul reflejada en este parche de apariencia blanca. Luego, el experimentador le pide a la persona que identifique el color de un parche vecino, que, por ejemplo, parece verde. Luego, el experimentador ajusta las luces para que las intensidades de la luz roja, azul y verde reflejada desde el parche verde sean las mismas que se midieron originalmente desde el parche blanco. La persona muestra constancia de color en el sentido de que la mancha verde sigue apareciendo verde, la mancha blanca sigue apareciendo blanca y todas las manchas restantes siguen teniendo sus colores originales.

La constancia del color es una característica deseable de la visión por computadora y se han desarrollado muchos algoritmos para este propósito. Estos incluyen varios algoritmos retinex. Estos algoritmos reciben como entrada los valores rojo/verde/azul de cada píxel de la imagen e intentan estimar las reflectancias de cada punto. Uno de estos algoritmos funciona de la siguiente manera: se determina el valor rojo máximo r_max de todos los píxeles, y también el valor verde máximo g _max y el valor azul máximo b_max. Suponiendo que la escena contiene objetos que reflejan toda la luz roja y (otros) objetos que reflejan toda la luz verde y otros que reflejan toda la luz azul, se puede deducir que la fuente de luz que ilumina está descrita por (r_máx, g_máx, b_máx). Para cada píxel con valores (r, g, b) su reflectancia se estima como (r/r_máx, g/g_máx, b/ b_máx). El algoritmo retinex original propuesto por Land y McCann utiliza una versión localizada de este principio.

Aunque los modelos retinex todavía se usan ampliamente en la visión por computadora, se ha demostrado que la percepción real del color por parte del ser humano es más compleja.