Ілюзії контрасту кольорів: чому однакові сірі виглядають по-різному

Три ілюзії, одна причина

Жодного вашого сприйняття кольорів не існує абсолютно. Кожен об’єкт, який ви спостерігаєте, оцінюється відносно того, що його оточує, оскільки сітківка ока не повідомляє про яскравість – вона повідомляє про контрастність. На цій сторінці демонструються три класичні ілюстрації цього факту: одночасний контраст світла, смуги Маха та ілюзія з перевіреного візерунка Едварда Адлесона 1995 року, всі вони пояснюються однією й тією ж ділянкою нервової системи сітківки.

Центро-окружне чутливе поле

Ретикулярні клітини сітківки, нейрони, які передають вихід ока по оптичному нерві, мають центро-окружні чутливі поля: світло в невеликій центральній зоні стимулює клітину, а світло в концентричному кільці навколо неї пригнічує ту ж клітину (або навпаки – для оф-центрових клітин). Постійне сіре поле, що падає рівномірно на обидва зони, виробляє майже безперебійну реакцію — клітина повідомляє про зміну, а не про рівень. Це саме тому квадрат середнього відтінку сірого здається темнішим на білому фоні та світлішим на чорному: внесок пригнічення або дизінхібіція округи зсуває повідомлений рівень яскравості, хоча кількість фотонів, що досягає вашого ока від самого квадрата, не змінюється.

response ≈ k · (L_centre − w · L_surround)

L_centre    luminance falling on the receptive field centre
L_surround  luminance falling on the surrounding ring
w           surround weight, roughly 0.6–1.0
k           a sensitivity gain

Махові смуги: контраст на ухилі, а не просто ступінь

Ернст Мах помітив у 1865 році, що гладка рамка змін яскравості, без будь-якого фактичного ступеня, здається, має тонку світлу смугу там, де рамка зустрічається з плоскою ділянкою освітлення, та тонку темну смугу там, де вона зустрічається з плоскою темною ділянкою. Фільтрація центру-оточення також пояснює це явище: у точці, де нахил градієнту різко змінюється (рамка зустрічається з плоским плато), пригнічення оточення тимчасово перебільшує, створюючи підозрілий край, який не має фізичного відповідника в реальному розподілі світла. Махові смуги, по суті, є виявленням країв із видимим побічним ефектом.

Ілюзія перевіреного тіні: контекст важливіший за локальну яскравість

Адлесон’івський перехрестя розширює цей принцип, додаючи повне інтерпретування сцени поверх локального контрасту. Квадрат A розташований на світлому плиті під прямим сонячним промінням; квадрат B розташований на темній плитці всередині тіні. Виміряно за допомогою ліхтаря, A та B відбивають однакову кількість світла. Однак візуальна система не повідомляє безпосередню яскравість — вона оцінює відбиття, фізичну властивість, яка залишається постійною незалежно від освітлення, і для цього вона відкидає тінь за допомогою сигналів контексту (м’який край тіні, циліндр, який її створює, регулярність візерунка перехрестя). Це відкидання підвищує видиму світлість B до рівня її справжнього відбиття, і два квадрати виглядають очевидно різними, незважаючи на те, що жоден окремий рецептивний полю не може пояснити повний ефект — це потребує групування на середньому рівні та узагальнення тіней, які додаються до кодування контрасту.

Чому мозок робить це взагалі

Звіт про контраст замість абсолютної яскравості не є помилкою дизайну; це те, що дозволяє зоровій системі працювати за дуже різних умов освітлення. Абсолютні рівні світла можуть коливатися на багато порядків величини від похмурої кімнати до прямого сонця, але відношення світла, відбитого білим об'єктом до сусіднього сірого, залишається приблизно незмінним незалежно від того, наскільки яскраве освітлення.

Закодувавши відносні різниці, зорова система досягає приблизної константності світловості – об'єкти продовжують виглядати приблизно однаково за різних умов освітлення, хоча це й призводить до ілюзій, про які йдеться тут, де два ізольовані ділянки з однаковою яскравістю розміщені в оточенні, яке зорова система ніколи не бачила в поодинці.

Frequently asked questions

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Colour Contrast Illusions і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.