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Constancia del color

Constancia del color: Los colores de un globo aerostático se reconocen como los mismos tanto a la luz del sol como a la sombra.
Ejemplo del efecto Tierra. La constancia del color hace que la imagen anterior parezca tener tonos rojos, verdes y azules, especialmente si es la única fuente de luz en una habitación oscura, aunque esté compuesta únicamente por tonos claros y oscuros de rojo y blanco. (Haga clic para ver la imagen a tamaño completo para ver el efecto más pronunciado).
La constancia hace que el cuadrado A parezca más oscuro que el cuadrado B, cuando en realidad ambos tienen exactamente el mismo tono de gris. Véase Ilusión de sombra de damas .
Conseguir la constancia de luminancia mediante el filtrado retinex para el análisis de imágenes
En estas dos imágenes, la segunda tarjeta desde la izquierda parece tener un tono de rosa más intenso en la parte superior que en la inferior. De hecho, son del mismo color (ya que tienen los mismos valores RGB bajo luz blanca), pero la percepción se ve afectada por el tono de color de la foto circundante.

La constancia del color es un ejemplo de constancia subjetiva y una característica del sistema de percepción del color humano que garantiza que el color percibido de los objetos se mantenga relativamente constante en condiciones de iluminación variables. Por ejemplo, una manzana verde nos parece verde al mediodía, cuando la iluminación principal es la luz blanca del sol, y también al atardecer, cuando la iluminación principal es roja. Esto nos ayuda a identificar objetos.

Historia

Ibn al-Haytham dio una explicación temprana de la constancia del color al observar que la luz reflejada por un objeto se modifica según el color del objeto. Explicó que la calidad de la luz y el color del objeto están mezclados, y el sistema visual separa la luz del color. Escribe:

Además, la luz no pasa del objeto coloreado al ojo sin el color, ni la forma del color pasa del objeto coloreado al ojo sin la luz. Ni la forma de la luz ni la del color existentes en el objeto coloreado pueden pasar sino como mezcladas, y el último ser sintiente sólo puede percibirlas como mezcladas. Sin embargo, el ser sintiente percibe que el objeto visible es luminoso y que la luz que se ve en el objeto es distinta del color, y que estas son dos propiedades. [1]

Monge (1789), Young (1807), von Helmholtz (1867), Hering (1920) y von Kries (1902, 1905), así como los investigadores posteriores Helson y Jeffers (1940), Judd (1940) y Land y McCann (1971), han hecho contribuciones significativas a la investigación de la constancia del color. La idea de que la constancia del color era consecuencia de una inferencia inconsciente (Judd, 1940; von Helmholtz, 1867) y la idea de que era el resultado de la adaptación sensorial (Helson, 1943; Hering, 1920) coexistieron durante una parte significativa de este tiempo. Para aclarar la naturaleza de los juicios de los observadores sobre la constancia del color, Arend y Reeves (1986) llevaron a cabo los primeros experimentos sistemáticos de comportamiento. Posteriormente aparecieron nuevos modelos de constancia del color, información fisiológica sobre los mecanismos corticales y mediciones colorimétricas fotográficas de escenas naturales. [2]

Visión del color

La visión del color es la forma en que percibimos el color objetivo, que las personas, los animales y las máquinas son capaces de distinguir en función de las diferentes longitudes de onda de la luz reflejada, transmitida o emitida por el objeto. En los seres humanos, la luz es detectada por el ojo mediante dos tipos de fotorreceptores, conos y bastones , que envían señales a la corteza visual , que a su vez procesa esas señales en una percepción subjetiva. La constancia del color es un proceso que permite al cerebro reconocer un objeto familiar como de un color constante independientemente de la cantidad o las longitudes de onda de la luz que se refleja en él en un momento dado. [3] [4]

Iluminancia del objeto

El fenómeno de la constancia del color se produce cuando no se conoce directamente la fuente de iluminación. [5] Es por ello que la constancia del color tiene un efecto mayor en los días con sol y cielo despejado que en los días nublados. [5] Incluso cuando el sol es visible, la constancia del color puede afectar a la percepción del color. Esto se debe a la ignorancia de todas las posibles fuentes de iluminación. Aunque un objeto puede reflejar múltiples fuentes de luz en el ojo, la constancia del color hace que las identidades objetivas permanezcan constantes. [6]

DH Foster (2011) afirma que "en el entorno natural, la fuente en sí puede no estar bien definida, ya que la iluminación en un punto particular de una escena suele ser una mezcla compleja de [luz] directa e indirecta distribuida en una variedad de ángulos de incidencia, modificados a su vez por la oclusión local y la reflexión mutua, todo lo cual puede variar con el tiempo y la posición". [5] El amplio espectro de iluminancias posibles en el entorno natural y la capacidad limitada del ojo humano para percibir el color significa que la constancia del color juega un papel funcional en la percepción diaria. La constancia del color permite que los humanos interactúen con el mundo de una manera consistente o verídica [7] y permite que uno haga juicios más efectivos sobre la hora del día. [6] [8]

Base fisiológica

Se cree que la base fisiológica de la constancia del color implica neuronas especializadas en la corteza visual primaria que calculan proporciones locales de la actividad de los conos, que es el mismo cálculo que utiliza el algoritmo retinex de Land para lograr la constancia del color. Estas células especializadas se denominan células doble oponente porque calculan tanto la oponencia del color como la oponencia espacial. Las células doble oponente fueron descritas por primera vez por Nigel Daw en la retina del pez dorado . [9] [10] Hubo un debate considerable sobre la existencia de estas células en el sistema visual de los primates; su existencia finalmente se demostró utilizando el mapeo del campo receptivo de correlación inversa y estímulos especiales que activan selectivamente clases de conos individuales a la vez, los llamados estímulos "aislantes de conos". [11] [12] La evidencia de imágenes del cerebro humano sugiere firmemente que un locus cortical crítico para generar constancia del color se encuentra en el área cortical V4, [13] cuyo daño conduce al síndrome de acromatopsia cerebral .

La constancia del color sólo funciona si la iluminación incidente contiene un rango de longitudes de onda. Las diferentes células cónicas del ojo registran rangos diferentes pero superpuestos de longitudes de onda de la luz reflejada por cada objeto en la escena. A partir de esta información, el sistema visual intenta determinar la composición aproximada de la luz que ilumina. Esta iluminación se descuenta entonces [14] para obtener el "color verdadero" del objeto o reflectancia : las longitudes de onda de la luz que el objeto refleja. Esta reflectancia determina en gran medida el color percibido.

Mecanismo neural

Existen dos mecanismos posibles para la constancia del color. El primer mecanismo es la inferencia inconsciente. [15] La segunda perspectiva sostiene que este fenómeno es causado por la adaptación sensorial. [16] [17] Las investigaciones sugieren que la constancia del color está relacionada con cambios en las células de la retina, así como en las áreas corticales relacionadas con la visión. [18] [19] [20] Este fenómeno probablemente se atribuya a cambios en varios niveles del sistema visual. [5]

Adaptación del cono

Los conos, células especializadas dentro de la retina, se ajustarán en relación con los niveles de luz dentro del entorno local. [20] Esto ocurre a nivel de neuronas individuales. [21] Sin embargo, esta adaptación es incompleta. [5] La adaptación cromática también está regulada por procesos dentro del cerebro. La investigación en monos sugiere que los cambios en la sensibilidad cromática se correlacionan con la actividad en las neuronas geniculadas laterales parvocelulares . [22] [23] La constancia del color puede atribuirse tanto a cambios localizados en células retinianas individuales como a procesos neuronales de nivel superior dentro del cerebro. [21]

Metamerismo

El metamerismo, la percepción de colores dentro de dos escenas separadas, puede ayudar a informar la investigación sobre la constancia del color. [24] [25] La investigación sugiere que cuando se presentan estímulos cromáticos competitivos, las comparaciones espaciales deben completarse temprano en el sistema visual. Por ejemplo, cuando a los sujetos se les presentan estímulos de manera dicóptica , una matriz de colores y un color vacío, como el gris, y se les dice que se concentren en un color específico de la matriz, el color vacío parece diferente a cuando se percibe de manera binocular. [26] Esto significa que los juicios de color, en relación con las comparaciones espaciales, deben completarse en las neuronas monoculares V1 o antes. [26] [27] [28] Si las comparaciones espaciales ocurren más tarde en el sistema visual, como en el área cortical V4, el cerebro podría percibir tanto el color como el color vacío como si se vieran de manera binocular.

Teoría de Retinex

El "efecto Land" es la capacidad de ver imágenes a todo color con solo mirar imágenes superpuestas de transparencias en blanco y negro de la misma escena, una tomada a través de un filtro rojo y la otra tomada a través de un filtro verde, e iluminadas por luz roja y blanca, respectivamente (o incluso por dos longitudes de onda amarillas diferentes). El efecto fue descubierto por Edwin H. Land , quien estaba intentando reconstruir los primeros experimentos de James Clerk Maxwell en imágenes a todo color. Land vio que, incluso cuando solo la luz amarilla iluminaba las imágenes superpuestas, el sistema visual aún percibiría una gama completa (aunque apagada) de colores. Land describió este efecto en un artículo de 1959 en Scientific American . [29] , [4] En 1977, Land escribió otro artículo en Scientific American que describía un efecto Land generalizado, lo que llevó a la formulación de su "Teoría Retinex" para explicar lo que él creía que era la base principal de la visión humana del color. [30] La palabra "retinex" es una mezcla de " retina " y " corteza ", lo que sugiere que tanto el ojo como el cerebro están involucrados en el procesamiento.

El efecto Land generalizado se puede demostrar experimentalmente de la siguiente manera. Se muestra a una persona una pantalla llamada "Mondrian" (en honor a Piet Mondrian, cuyas pinturas son similares) que consta de numerosas manchas de colores. La pantalla está iluminada por tres luces blancas, una proyectada a través de un filtro rojo, otra proyectada a través de un filtro verde y otra proyectada a través de un filtro azul. Se le pide a la persona que ajuste la intensidad de las luces para que una determinada mancha de la pantalla aparezca blanca. A continuación, el experimentador mide las intensidades de la luz roja, verde y azul reflejada desde esta mancha de apariencia blanca. A continuación, el experimentador le pide a la persona que identifique el color de una mancha vecina que, por ejemplo, parece verde. A continuación, el experimentador ajusta las luces para que las intensidades de la luz roja, azul y verde reflejada desde la mancha verde sean las mismas que las medidas originalmente desde la mancha blanca. La persona muestra constancia del color en el sentido de que la mancha verde continúa apareciendo verde, la mancha blanca continúa apareciendo blanca y todas las manchas restantes continúan teniendo sus colores originales.

Land, junto con John McCann, también desarrolló un programa informático diseñado para imitar los procesos retinex que se cree que tienen lugar en la fisiología humana. [31] La constancia del color es una característica deseable de la visión por computadora , y se han desarrollado muchos algoritmos para este propósito. Estos incluyen varios algoritmos retinex. [32] [33] [34] [35] Estos algoritmos reciben como entrada los valores rojo/verde/azul de cada píxel de la imagen e intentan estimar las reflectancias de cada punto. Uno de estos algoritmos funciona de la siguiente manera: se determina el valor rojo máximo r max de todos los píxeles, y también el valor verde máximo g max y el valor azul máximo b max . Suponiendo que la escena contiene objetos que reflejan toda la luz roja, y (otros) objetos que reflejan toda la luz verde y otros que reflejan toda la luz azul, se puede deducir que la fuente de luz iluminadora se describe por ( r max , g max , b max ). Para cada píxel con valores ( r , g , b ), su reflectancia se estima como ( r / rmax , g / gmax , b / bmax ). El algoritmo retinex original propuesto por Land y McCann utiliza una versión localizada de este principio. [ 36 ] [ 37]

Aunque los modelos retinex todavía se utilizan ampliamente en la visión por computadora, se ha demostrado que la percepción real del color humano es más compleja. [38]

Véase también

Referencias

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Retinol

Aquí, "Reimpreso en McCann" se refiere a McCann, M., ed. 1993. Ensayos de Edwin H. Land . Springfield, Va.: Sociedad para la Ciencia y la Tecnología de la Imagen.

Enlaces externos

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