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constancia del color

Constancia de color: Los colores de un globo aerostático se reconocen como iguales al sol y a la sombra.
Ejemplo del efecto Tierra. La constancia del color hace que la imagen de arriba parezca tener tonos rojos, verdes y azules, especialmente si es la única fuente de luz en una habitación oscura, aunque esté compuesta únicamente de tonos claros y oscuros de rojo y blanco. (Haga clic para ver la imagen en 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. Ver Ilusión de sombra de Checker .
Lograr la constancia de la luminancia mediante el filtrado retinex para el análisis de imágenes
En estas dos imágenes, la segunda tarjeta de la izquierda parece tener un tono rosa más fuerte en la superior que en la inferior. De hecho, son del mismo color (ya que tienen los mismos valores RGB), 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 permanezca relativamente constante en condiciones de iluminación variables. Una manzana verde, por ejemplo, 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 ve modificada por el color del objeto. Explicó que la calidad de la luz y el color del objeto se mezclan, y el sistema visual separa la luz y el color. El escribe:

Tampoco la luz pasa del objeto coloreado al ojo sin la compañía del color, ni la forma del color pasa del objeto coloreado al ojo sin la compañía de la luz. Ni la forma de la luz ni la del color existente en el objeto coloreado pueden pasar excepto como mezcladas, y el último sintiente sólo puede percibirlas como mezcladas. Sin embargo, el sintiente percibe que el objeto visible es luminoso y que la luz vista en el objeto es distinta del color y que éstas 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 una adaptación sensorial (Helson, 1943; Hering, 1920) coexistieron durante una parte significativa del siglo XIX. esta vez. 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 conductuales sistemáticos. Posteriormente, aparecieron nuevos modelos de constancia del color, información fisiológica sobre los mecanismos corticales y mediciones colorimétricas fotográficas de escenas naturales. [2]

La visión del color

La visión del color es la forma en que percibimos el color objetivo, mediante el cual las personas, los animales y las máquinas son capaces de distinguir objetos en función de las diferentes longitudes de onda de luz reflejadas, transmitidas o emitidas 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 esos colores 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 longitud 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 ocurre cuando no se conoce directamente la fuente de iluminación. [5] Es por esta razón que la constancia del color tiene un mayor efecto 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 la percepción del color. Esto se debe al desconocimiento 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 misma 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 un rango de luces incidentes". ángulos, a su vez modificados por oclusión local y 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 significan que la constancia del color desempeña un papel funcional en la percepción diaria. La constancia del color permite a los humanos interactuar con el mundo de una manera consistente o verídica [7] y permite emitir juicios de manera más efectiva sobre la hora del día. [6] [8]

Base fisiológica

Se cree que la base fisiológica de la constancia del color involucra neuronas especializadas en la corteza visual primaria que calculan las 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 de doble oponente porque calculan tanto la oponencia de color como la oponencia espacial. Nigel Daw describió por primera vez las células de doble oponente 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 mediante mapeo de campos receptivos de correlación inversa y estímulos especiales que activan selectivamente clases de conos individuales a la vez, los llamados estímulos de "aislamiento de conos". [11] [12] La evidencia de imágenes del cerebro humano sugiere fuertemente que un locus cortical crítico para generar constancia del color se encuentra en el área cortical V4, [13] daño en el que conduce al síndrome de acromatopsia cerebral .

La constancia del color sólo funciona si la iluminación incidente contiene un rango de longitudes de onda. Los diferentes conos 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 iluminadora. Luego, esta iluminación se descuenta [14] para obtener el "color verdadero" o reflectancia del objeto : las longitudes de onda de la luz que refleja el objeto. Esta reflectancia determina en gran medida el color percibido.

Mecanismo neuronal

Hay dos mecanismos posibles para la constancia del color. El primer mecanismo es la inferencia inconsciente. [15] La segunda visión 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 áreas corticales relacionadas con la visión. [18] [19] [20] Este fenómeno probablemente se atribuye 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. Las investigaciones en monos sugieren que los cambios en la sensibilidad cromática se correlacionan con la actividad de las neuronas geniculadas laterales parvocelulares . [22] [23] La constancia del color puede atribuirse a cambios localizados en células individuales de la retina o 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] Las investigaciones sugieren 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 forma dicóptica , una serie de colores y un color vacío, como el gris, y se les dice que se centren en un color específico de la matriz, el color vacío aparece diferente que cuando se percibe con unos binoculares. moda. [26] Esto significa que los juicios de color, en lo que se refieren a comparaciones espaciales, deben completarse en o antes de las neuronas monoculares V1 . [26] [27] [28] Si las comparaciones espaciales ocurren más adelante 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 forma binocular.

Teoría del retinex

El "efecto tierra" es la capacidad de ver imágenes a todo color (si están apagadas) simplemente mirando una foto con longitudes de onda rojas y grises. El efecto fue descubierto por Edwin H. Land , que intentaba reconstruir los primeros experimentos de James Clerk Maxwell en imágenes a todo color. Land se dio cuenta de que, incluso cuando no había longitudes de onda verdes o azules presentes en una imagen, el sistema visual aún las percibiría como verdes o azules al descontar la iluminación roja. Land describió este efecto en un artículo de 1959 en Scientific American . [29] En 1977, Land escribió otro artículo de Scientific American que formulaba su "teoría retinex" para explicar el efecto Land. La palabra "retinex" es una mezcla de " retina " y " corteza ", lo que sugiere que tanto el ojo como el cerebro participan en el procesamiento. Land, con John McCann, también desarrolló un programa informático diseñado para imitar los procesos retinex que tienen lugar en la fisiología humana. [30]

El efecto se puede demostrar experimentalmente de la siguiente manera. Se muestra a una persona una exhibición llamada "Mondrian" (en honor a Piet Mondrian , cuyas pinturas son similares) que consta de numerosos parches 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 un área particular en la pantalla aparezca blanca. Luego, el experimentador mide las intensidades de la luz roja, verde y azul reflejada por esta mancha de apariencia blanca. Luego, el experimentador le pide a la persona que identifique el color de una mancha vecina, que, por ejemplo, parece verde. Luego, el experimentador ajusta las luces para que las intensidades de la luz roja, azul y verde reflejadas en el parche verde sean las mismas que se midieron originalmente en el parche blanco. La persona muestra constancia de color en el sentido de que la mancha verde sigue pareciendo verde, la mancha blanca sigue pareciendo blanca y todas las manchas restantes siguen teniendo sus colores originales.

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 de retinex. [31] [32] [33] [34] 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 máximo de rojo r max de todos los píxeles, así como el valor máximo de verde g max y el valor máximo de azul 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 , bmáx ) . Para cada píxel con valores ( r , g , b ), su reflectancia se estima como ( r / r max , g / g max , b / b max ). El algoritmo retinex original propuesto por Land y McCann utiliza una versión localizada de este principio. [35] [36]

Aunque los modelos retinex todavía se utilizan ampliamente en visión por computadora, se ha demostrado que la percepción humana real del color es más compleja. [37]

Ver también

Referencias

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Retinax

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

enlaces externos

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