Постійність кольору та хроматична адаптація

Задача, яку вирішує око

Світло, яке досягає вашого ока від поверхні, є результатом двох незалежних речей: власного спектру відбиття поверхні та спектру освітлення, що її падає. Біла сорочка відбиває приблизно всі довжини хвиль однаково, але фактичне світло, яке відбивається від неї під тепловим лампами освітленням, значно зміщене в бік оранжевого, а під блакитним затіненим освітленням – в бік синього. Ваша зорова система, маючи лише суміш, повинна якось відновити властивості поверхні (приблизно білого кольору) та відкинути внесок джерела світла – справді неоднозначна задача, оскільки нескінченну кількість комбінацій поверхні та світла теоретично могли б дати однакові подразнення сітківки.

Відображення кольору фон Крієса

Класична модель, запропонована Йоханесом фон Крієсом близько 1902 року і яка досі є базовою в галузі кольорознавства, полягає у простому незалежному перемасштабуванні трьох каналів сигналу від спіральних клітин:

L_адаптований = L_спіральні / L_освітлювача_оцінка M_адаптований = M_спіральні / M_освітлювача_оцінка S_адаптований = S_спіральні / S_освітлювача_оцінка

L, M, S = початкові відповіді трьох типів спіральних клітин на точку в сцені, *_освітлювача_оцінка* = відповідь кожного типу спіральних клітин до оціненого джерела світла (зазвичай приблизно визначеного найяскравішим або найбільш поширеним кольором у сцені)

Розділіть відповідь кожної спіральної клітини на її відповідь до самого джерела світла – об’єкта, що відбиває світло рівномірно – сірого або білого. В результаті, під практично будь-яким освітлювачем, його колірні співвідношення виглядають нейтральними, оскільки їхні співвідношення були, за конструкцією, доміновані спектром джерела світла, з якого лише цей спектр було поділено. Цей механізм пояснює більшість щоденного відображення кольору, включаючи те, чому білий аркуш паперу все ще виглядає приблизно білим, коли ви переносять його від денного світла до кімнати, освітленої теплою лампою.

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)

Ретинекс: порівняння поверхонь, а не вимірювання світла

Теорія адаптації фон Крієса припускає єдине рівномірне освітлення по всій сцені, що часто не відповідає дійсності – уявіть кімнату, освітлену як вікном, так і лампою. Теорія ретинекса (retina + cortex), запропонована Едвіном Лендом та Джоном Макканом, пропонує інший підхід: візуальна система обчислює колір поверхні на основі просторових співвідношень – порівнюючи відповідь колгокових рецепторів у точці з їх сусідами в сцені, а не відносячись до одного глобального оцінки освітлення. Оскільки зміна локального освітлення зазвичай впливає на сусідні точки подібно, тоді як зміна відбиття поверхні створює різкий локальний край, порівняння співвідношень на краях дозволяє відновити інформацію про відбиття, яка зберігається навіть при значних градієнтах освітлення в одній сцені – що є перевагою над одноосвітлювальним припущенням фон Крієса, хоча й потребує обчислювально більш складної та просторово розширеної процедури.

Одночасний контраст

Однакові механізми стабілізації кольору, які забезпечують узгодженість кольорів при зміні освітлення, також створюють добре відому ілюзію одночасної колірної контрастності: однакова сіра або кольорова ділянка виглядає по-різному в залежності від кольору поверхні, що її оточує, оскільки візуальна система повідомляє про відносне, контекстуальне значення замість абсолютного вимірювання. Це не помилка — це та сама стратегія порівняння на основі відношень, яка робить можливу узгодженість кольорів і першоджерело, просто тепер ця ілюзія стає очевидною завдяки дисплею, який навмисно відокремлює контекст однієї ділянки від її фізичного оточення.

Сукня

Фотографія "сукні", яка стала вірусною у 2015 році, стала вражаючою публічною демонстрацією цієї невизначеності: освітлення на фотографії справді було неоднозначним щодо того, чи було воно оповите блакитним світлом (у цьому випадку біло-зобраний костюм би видавав ті самі піксельні значення), чи теплим світлом (у цьому випадку синьо-чорний костюм би видав інші значення). Різні візуальні системи різних глядачів робили різні неявні припущення щодо джерела освітлення, і ці відмінності – а не відмінність у самих пікселях, які були однаковими для всіх – дійсно призвели до різних усвідомлених кольорових відчуттів, рідкісний випадок, коли механізми колірної стійкості стали видимі мільйонам людей одночасно.

Frequently asked questions

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Color Constancy & Chromatic Adaptation і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.