Konstancja Koloru i Adaptacja Chromatniczna

Problem, z którym musi się zmierzyć oko

Światło docierające do Twojego oka z powierzchni jest wynikiem dwóch niezależnych czynników: własnego spektrum odbiciwa powierzchni oraz spektrum oświetlającego ją światła. Biały materiał odbija w przybliżeniu wszystkie długości fal równomiernie, ale rzeczywiste światło odbijane od niego pod wpływem ciepłego, żarowego oświetlenia jest znacznie przesunięte w stronę pomarańczowego, a pod wpływem niebieskiego oświetlenia – w stronę niebieskiego. Twój system wizyjny, mając do dyspozycji jedynie mieszaninę, musi w jakiś sposób odzyskać właściwość powierzchni (w przybliżeniu białą) i odrzucić wpływ oświetlenia – prawdziwie problem niedoparty, ponieważ istnieje nieskończenie wiele kombinacji powierzchni i światła, które mogłyby zasadniczo generować identyczny sygnał retinalny.”]}**

Von Kriesowa adaptacja chromatyczna

Klasyczny model, zaproponowany przez Johanna von Kriesa około 1902 roku i nadal stanowiący podstawę w nauce o kolorach, to proste niezależne przeskalowanie trzech kanałów odpowiedzi na światło zogniskowane (cone channels): L_dostosowane = L_zogniskowane / L_oszacowany_światło M_dostosowane = M_zogniskowane / M_oszacowany_światło S_dostosowane = S_zogniskowane / S_oszacowany_światło L, M, S = pierwotne odpowiedzi na światło zogniskowane z trzech typów koników *_oszacowany_światło* = odpowiedź każdego typu konika na oszacowaną źródło światła (zazwyczaj przybliżona przez najjaśniejszy lub najczęstszy kolor w scenie) Podziel każdą odpowiedź konika przez jego własną odpowiedź na źródło światła, a powierzchnia odbijająca światło równomiernie – obiekt szary lub biały – wygląda neutralnie pod prawie każdym oświetlaczem, ponieważ jej proporcje koników były, z założenia, dominowane przez spektrum oświetlacza, a to spektrum zostało po prostu podzielone. Ten pojedynczy mechanizm wyjaśnia większość codziennej adaptacji chromatycznej, w tym dlaczego biały arkusz papieru nadal wyglądałby mniej więcej tak samo, gdy przeniesiesz go z dnia na noc do pomieszczenia oświetlonego ciepłym żarówką.

L_adapted = L_cone / L_illuminant_estimate
M_adapted = M_cone / M_illuminant_estimate
S_adapted = S_cone / S_illuminant_estimate

L, M, S = the three cone types' raw responses to a point in the scene
*_illuminant_estimate = each cone type's response to the estimated
                         light source (often approximated by the
                         brightest or most common color in the scene)

demo na żywo · powiązana symulacja● LIVE

Retineks: porównywanie powierzchni, nie mierzenie światła

Adaptacja Von Kriesa zakłada jeden jednolity oświetlacz na całym obszarze widzenia, co często nie jest prawdą – pomyśl o pokoju oświetlonym częściowo przez okno i częściowo przez lampę. Teoria Edwin Landa i Johna McCann'a (retina + cortex) proponuje z kolei, że system wizyjny oblicza kolor powierzchni na podstawie stosunków przestrzennych: porównywanie odpowiedzi koników w danym punkcie ze swoimi sąsiadami na całej scenie, zamiast porównywać go z jednym globalnym oświetlaczem. Ponieważ zmiana lokalnego oświetlenia wpływa podobnie na sąsiednie punkty, a zmiana odbiciowości powierzchni powoduje ostry krawędź lokalną, porównania stosunków na krawędziach odzyskuje informacje o odbiciu, które przetrwają nawet znaczne gradienty oświetlenia w pojedynczej scenie – co stanowi realną zaletę w porównaniu z założeniem jednego oświetlacza Von Kriesa, kosztem bardziej wymagającego obliczeniowo i rozległego przestrzennie procesu.

Jednoczesny Kontrast i Adaptacja Chromatniczna

Ta sama mechanizacja porównawcza, która stabilizuje kolor w zmieniającym się świetle, również wytwarza dobrze znaną iluzję jednoczesnego kontrastu barw: identyczny odcień szarości lub kolorystycznie ten sam fragment wydaje się inny w zależności od koloru powierzchni otaczającej go, ponieważ system wizualny raportuje wartość względną i kontekstową zamiast pomiar wartości bezwzględnej. Nie jest to błąd – to ta sama strategia porównywania względnego, która na pierwszym miejscu umożliwia stałość barwy, tylko teraz staje się widoczna dzięki wyświetlaczowi, który celowo izoluje kontekst jednego fragmentu od jego otoczenia fizycznego.

Suknia

W 2015 roku zdjęcie wirujące, znane po prostu jako „suknia”, stało się sugestywnym przykładem tej niejednoznaczności: oświetlenie na zdjęciu było rzeczywiście niejednoznaczne co do tego, czy scena była oświetlona światłem niebieskim (wtedy biało-złota sukienka generowałaby te wartości pikseli) czy ciepłym światłem (wtedy niebiesko-czarna sukienka generowałaby te wartości pikseli). Różne założenia dotyczące systemu wizualnego różnych widzów prowadziły do różnych, implicitnych założeń - nie różnic w surowych pikselach, które były identyczne dla wszystkich - i to one powodowały naprawdę różne doświadczenia kolorystyczne, świadome, a to rzadki przypadek, kiedy mechanizm stałej koloru stał się widoczny dla milionów ludzi jednocześnie.

Często zadawane pytania

Czym reguluje prawo współczynnika von Kriesa?

Independently skaluje zysk każdego z trzech typów ciałek konnych (L, M, S) przez czynnik odwrotny do odpowiedzi danego typu na szacowany natężenie światła. W efekcie każdy kanał ciałka konnego jest dzielony przez jego własną odpowiedź na biały punkt pod aktualnym oświetleniem, co eliminuje dużą część zniekształceń kolorystycznych wprowadzanych przez natężenie światła.

Jak teoria Retineksowa różni się od adaptacji von Kriesa?

Adaptacja von Kriesa to pojedyncza, globalna korekta zysku dla każdego typu ciałka konnego, oparta na szacunku ogólnego natężenia światła. Teoria Retineksowa, opracowana przez Edwina Landa i Johna McCann'a, zamiast tego oblicza kolor powierzchni na podstawie porównań przestrzennych – stosunków odpowiedzi ciałek konnych w danym punkcie do ich sąsiadów w scenie – co pozwala radzić sobie z zmiennym oświetleniem w różnych częściach sceny, a nie zakłada pojedynczego, jednorodnego źródła światła, kosztem bycia bardziej lokalnie obliczaną i bardziej wymagającą obliczeniowo.

Dlaczego zdjęcie 'sukienki' podzieliło widzów na tych, którzy widzieli je jako niebiesko-czarną lub biało-złotą?

Niejednoznaczne oświetlenie na zdjęciu dało systemowi wizualnemu zbyt mało informacji, aby jednoznacznie określić, czy suknia była oświetlona światłem niebieskim (co sprawiło, że wydawała się niebiesko-czarna) czy ciepłym światłem (co sprawiło, że biało-złota wydawała się wyblakła), a różne systemy wizualne różnych widzów dokonywały różnych, implicitnych założeń dotyczących natężenia światła, co prowadziło do naprawdę odmiennych postrzeganych kolorów z identycznych wartości pikseli, zamiast jednej grupy po prostu 'myślącej źle'.

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Color Constancy & Chromatic Adaptation i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.

▶ Otwórz symulację Color Constancy & Chromatic Adaptation