Quantifizierung der vom Gehirn vorgenommenen chromatischen Anpassungen

Sie haben in Ihrer Eingangsfrage speziell nach den " Anpassungen des Gehirns " gefragt und interessieren sich für " Was wurde getan, um die Formel zu finden, und durch was wurde sie vorerst ersetzt? " Mit Formel nehme ich das an Sie meinten einen Wahrnehmungsalgorithmus, der beim maschinellen Lernen und dem Versuch, menschliche Wahrnehmungssysteme zurückzuentwickeln, nützlich sein kann.

Ja, es wurde ausführlich daran gearbeitet. Ich kann Ihnen auf dieser Plattform keine umfassende Antwort geben, aber ich hoffe, Sie in die richtige Richtung zu weisen. Ich habe zwei Artikel und ihre Abstracts erwähnt, ersterer ist zugänglicher und letzterer für den Fall, dass Sie einen Einblick in die mathematischen Methoden erhalten möchten, die bei der Erstellung eines Computermodells für Farbkonstanz und chromatische Anpassungen erforderlich sind.

Auf der anderen Seite, wenn Sie neu in diesem Bereich sind oder einfach nur Ihr Gedächtnis auffrischen möchten - ich habe die Notizen meines ehemaligen Professors aus einem Wahrnehmungskurs beigefügt, den ich vor ein paar Jahren besucht habe, um eine klarere Vorstellung zu geben. Es ist vielleicht am besten, diese zuerst durchzulesen, in diesem Fall sollten Sie die ersten beiden Artikel, die ich erwähnt habe, überspringen.

Sensorische, rechnerische und kognitive Komponenten der menschlichen Farbkonstanz.
Smithson H.
Philosophische Transaktionen der Royal Society, Biowissenschaften. 2005; 360(1458): 1329-1346.

Zusammenfassung

Wenn sich die Beleuchtung einer Szene ändert, ändern sich auch die visuellen Signale, die diese Szene auslöst. Trotz dieser Änderungen neigen die Objekte innerhalb einer Szene dazu, in ihrer scheinbaren Farbe konstant zu bleiben. Wir beginnen diese Übersicht mit der Erörterung der psychophysikalischen Verfahren, die zur Quantifizierung der Farbkonstanz verwendet wurden. Die Transformation, die den visuellen Signalen durch eine Änderung der Beleuchtung auferlegt wird, diktiert, was das visuelle System „rückgängig machen“ muss, um Konstanz zu erreichen. Das Problem ist mathematisch unterbestimmt und kann nur gelöst werden, indem Gesetzmäßigkeiten der visuellen Welt ausgenutzt werden. Im letzten Jahrzehnt hat unser Wissen über solche Regelmäßigkeiten erheblich zugenommen, da technische Fortschritte es möglich gemacht haben, empirische Messungen einer großen Anzahl von Umgebungsszenen und Leuchtmitteln durchzuführen.Diese Übersicht liefert eine Taxonomie von Modellen der menschlichen Farbkonstanz basierend erstens auf den Annahmen, die sie darüber treffen, wie die inverse Transformation vereinfacht werden könnte, und zweitens darauf, wie die Parameter der inversen Transformation durch Elemente einer komplexen Szene eingestellt werden könnten. Kandidatenalgorithmen für die menschliche Farbkonstanz werden grafisch und bildlich dargestellt, und die Verfügbarkeit und Nützlichkeit einer genauen Schätzung des Leuchtmittels wird diskutiert. In dieser Übersicht betrachten wir sowohl die im Prinzip verfügbaren Informationen als auch empirische Einschätzungen darüber, welche Informationen das visuelle System tatsächlich verwendet. Im letzten Abschnitt diskutieren wir, wo in unseren visuellen Systemen diese Berechnungen implementiert werden könnten.

Farbkonstanz durch natürliche Bildstatistik und Szenensemantik.
A. Gijsenij und T. Gevers.
IEEE PAMI , 33(4):687–698, 2011.

Abstrakt

Um eine Auswahl und Kombination von Farbkonstanzalgorithmen zu erreichen, werden in diesem Artikel natürliche Bildstatistiken verwendet, um die wichtigsten Eigenschaften von Farbbildern zu identifizieren. Dann wird basierend auf diesen Bildeigenschaften der richtige Farbkonstanzalgorithmus (oder die beste Kombination von Algorithmen) für ein bestimmtes Bild ausgewählt. Zur Erfassung der Bildeigenschaften wird die Weibull-Parametrisierung (z. B. Korngröße und Kontrast) verwendet. Es wird gezeigt, dass die Weibull-Parametrisierung mit den Bildattributen zusammenhängt, auf die die verwendeten Farbkonstanzverfahren empfindlich reagieren. Ein MoG-Klassifikator wird verwendet, um die Korrelation und Gewichtung zwischen den Weibull-Parametern und den Bildattributen (Anzahl der Kanten, Menge an Textur und SNR) zu lernen. Die Ausgabe des Klassifikators ist die Auswahl des Farbkonstanzverfahrens mit der besten Leistung für ein bestimmtes Bild. Experimentelle Ergebnisse zeigen eine große Verbesserung gegenüber Einzelalgorithmen nach dem Stand der Technik. Bei einem Datensatz mit mehr als 11.000 Bildern kann eine Steigerung der Farbkonstanz um bis zu 20 Prozent (mittlerer Winkelfehler) im Vergleich zum leistungsstärksten Einzelalgorithmus erzielt werden. Weiterhin wird gezeigt, dass für bestimmte Szenenkategorien ein spezifischer Farbkonstanzalgorithmus verwendet werden kann, anstatt dass der Klassifikator mehrere Algorithmen berücksichtigt.

Im Folgenden finden Sie Beispiele für einige Experimente, die hinter Ihrem Computerbildschirm durchgeführt werden können:

Aus Jonathon Winawers Notizen zur Wahrnehmung:

Farbkonstanz und chromatische Anpassung

Nehmen Sie ein Foto unter fluoreszierendem Licht auf und vergleichen Sie es mit dem gleichen Bild bei Tageslicht. Die Farben kommen völlig anders heraus - grünlich unter Neonlicht und rötlich unter Tageslicht - es sei denn, Sie nehmen während der Entwicklung des Films eine "Farbkorrektur" vor.

Aber Sie würden es nicht so sehen, wenn Sie im Raum wären. Für Sie würden die Farben unter beiden Leuchtmitteln ziemlich gleich aussehen. Dieses Phänomen wird als Farbkonstanz bezeichnet, analog zur Helligkeitskonstanz, die wir zuvor besprochen haben. Das Auge verhält sich nicht wie eine Kamera, sondern nimmt einfach das Bild auf. Vielmehr passt sich das Auge an, um die Farbe (SPD) der Lichtquelle zu kompensieren.

Oben ist ein weiteres Beispiel für ein Fotopaar, das unter verschiedenen Lichtbedingungen ohne Farbkorrektur aufgenommen wurde. Die physikalischen Eigenschaften des auf die Kamera treffenden Lichts sind je nach Farbe des Leuchtmittels sehr unterschiedlich. Dies führt zu dramatisch unterschiedlichen Fotografien. Aber wenn Sie beim Fotografieren dabei gewesen wären, würde dieses Objekt für Sie unter beiden Leuchtmitteln ziemlich gleich aussehen.

Werfen Sie einen Blick auf die Pinguin- und Drachenbilder oben, indem Sie auf den Punkt zwischen ihnen fixiert sind. Das Pinguinbild sieht sehr bläulich aus und der Drache sieht sehr gelblich aus. Als nächstes halten Sie Ihren Blick auf den Punkt zwischen den blauen und gelben Feldern. Starren Sie etwa 30 Sekunden lang auf diesen Punkt. Schauen Sie dann zurück auf den Pinguin und den Drachen, indem Sie den Punkt zwischen ihnen fixieren. Was siehst du? Warum? Die Wahrnehmungsänderung nach der Anpassung ist auf die chromatische Anpassung zurückzuführen. Die chromatische Anpassung ist wie die Hell-Dunkel-Anpassung, aber anstatt sich nur an Hell und Dunkel anzupassen, passt sie sich an die Farbe der Umgebungsbeleuchtung an.

Jeder Kegeltyp passt sich unabhängig an. Beispielsweise passt sich ein gegebener L-Kegel gemäß einer lokalen durchschnittlichen L-Kegel-Erregung an. Ebenso für die M-Kegel. Somit passt sich das Netzhautbild an, um nicht nur die Gesamtintensität der Lichtquelle zu kompensieren, sondern auch um die Farbe der Lichtquelle zu kompensieren.

Die chromatische Anpassung kann ebenso wie die Lichtanpassung zu dramatischen Nachwirkungen führen. Passen Sie sich zum Beispiel 60 Sekunden lang an diese grüne, schwarze und gelbe Flagge an, schauen Sie dann auf ein weißes Feld und Sie werden ein Nachbild einer roten, weißen und blauen Flagge sehen. Rot/Grün, Blau/Gelb, Schwarz/Weiß sind Komplementärfarben. Wenn Sie auf ein weißes Feld schauen, geben die L- und M-Zapfen normalerweise ungefähr die gleiche Reaktion, sodass der Rot/Grün-Gegenfarbmechanismus überhaupt nicht reagiert. Wenn Sie sich an Grün anpassen, wird die Empfindlichkeit des M-Zapfens reduziert. Wenn Sie dann auf ein weißes Feld schauen, sind die L:M-Kegel aus dem Gleichgewicht geraten; Die L-Zapfen sind jetzt empfindlicher als die M-Zapfen, sodass der Rot/Grün-Mechanismus eine positive Antwort gibt und Sie Rot statt Weiß sehen. Dies dauert nur ein paar Sekunden, da sich die Empfindlichkeit des M-Konus sofort neu einstellt. Das visuelle System ist darauf ausgelegt, eine Wahrnehmungskonstanz zu erreichen. Aber wie bei den verschiedenen Helligkeitsillusionen, die ich zuvor gezeigt habe, führt die Farbanpassung auch zu einigen Fehlwahrnehmungen. Das farbige Nachbild ist eine unerwünschte Folge der chromatischen Adaption gekoppelt mit Farbopponenz. Normalerweise macht die chromatische Anpassung das Richtige, sie kompensiert die Farbe des Leuchtmittels.