Цветопостоянство — пример субъективного постоянства (или постоянства восприятия) и особенность системы восприятия цвета у человека, при восприятии цвета объектов остается примерно одинаковым при различных условиях освещения. Например, зелёное яблоко, выглядит зелёным с точки зрения человека как в середине дня, когда основным является белый солнечный свет, так и на закате, когда основной свет имеет красный цвет. Это характеристика человеческого восприятия помогает определять объекты.

Физиологическое обоснование

Физиологической основой для цветопостоянства являются специализированные нейроны в первичной зрительной коре головного мозга, которые вычисляют локальный коэффициент активности колбочек сетчатки глаза. То же самое вычисляется в алгоритме ретинекс Ленда для достижения постоянства цвета. Эти специализированные клетки называют клетками двуантогонистами, потому что они вычисляют как противодействие цвета, так и пространственное противодействие. Клетки двуантогонисты были впервые найдены в сетчатке глаза золотой рыбки и описаны Найджелом Довом. Долгое время шли дебаты о существовании этих клеток в зрительной системе приматов, в конечном итоге их существование было доказано с помощью наблюдения взаимосвязи между рецептивным полем и специальными раздражителями, которыми выборочно активизировали колбочки только одного класса в один момент времени.^[1][2]

Цветопостоянство работает только тогда, когда свет содержит некоторый диапазон длин волн. Различные колбочки сетчатки глаза регистрируют различные диапазоны длин волн света, отраженного от каждого объекта в сцене. На основе этой информации зрительная система пытается определить приблизительный состав освещения. Это освещение в дальнейшем и вычитается^[3] , чтобы получить «истинный цвет объекта» или по другому отражение: длины волн света, которые объект отражает. Это отражение в значительной мере определяет то, каким человек воспринимает цвет.

Экспериментально эффект может быть показан следующим образом. Человеку показывается дисплей «Мондриан» (названный в честь Пита Мондриана, из-за похожести его картин на изображение дисплея), на котором отображаются многочисленные цветные пятна. На дисплей направлено три белых источника света, один проектируется через красный фильтр, другой проектируется через зелёный, а третий — через синий. Человеку предлагается отрегулировать интенсивность света так, чтобы одно из пятен на дисплее стало белым. После этого экспериментатор измеряет интенсивность красного, зелёного и синего света, отраженного от этого белого пятна. Затем экспериментатор просит человека определить цвет соседних пятен, например, зелёного. После чего экспериментатор регулирует источники света так, чтобы интенсивность красного, синего и зелёного света, отраженного от зелёного пятна стали такими же, какими были первоначально при измерении отражения от белых пятен. Цветопостоянство человека проявляется в том, что зелёное пятно продолжает появляться зелёным, белые пятна продолжают появляться белыми, и все остальные пятна по-прежнему имеют оригинальные цвета.

Теория ретинекса

В 1971 году Эдвин H. Ленд сформулировал теорию ретинекса, чтобы объяснить данный эффект. Слово «ретинекс» (retinex), склеено из слов «сетчатка глаза» (retina) и «кора» (cortex), подразумевая, что в процессе участвуют как глаза, так и мозг.

Способность к оценке и моделированию цветопостоянства необходимо для компьютерного зрения. Вследствие этой необходимости разрабатывает множество алгоритмов, в том числе некоторые алгоритмы ретинекс ^[4]. Эти алгоритмы получают в качестве входных данных красный / зелёный / синий значения каждого пикселя изображения и пытаются оценить отражение в каждой точке.

Один из таких алгоритмов работает следующим образом: вычисляется максимальные значения для всех пикселей красного r_max, зеленого g_max синего b_max цветов. Если предположить, что сцена содержит объекты, которые отражают весь красный свет, а также, возможно другие объекты, которые отражают весь зеленый свет, и те, которые отражают весь синий свет, можно сделать вывод, что источник света описывается формулой (r_max, g_max, b_max). Вследствие этого для каждого пикселя со значением (r, g, b), его отражение оценивается как (r/r_max, g/g_max, b/b_max).

Хотя модели ретинекс по-прежнему широко используются в компьютерном зрении, было показано, что они не точно моделируют человеческое восприятие цвета.^[5]

Алгоритм Retinex запатентован (патент принадлежит NASA), и доступен под маркой PhotoFlair в качестве самостоятельной программы и в виде фильтров для Adobe Photoshop и Adobe Premiere на сайте правообладателя, компании TruView.

Баланс белого цвета

В цифровых фотоаппаратах и графических редакторах существует функция коррекции баланса белого цвета, которая отчасти имитирует возможности субъективного восприятия, позволяя приблизить снятые в различных условиях освещения фотографии к виду, который получился бы при освещении нейтральном.

Примечания