Αντίληψη ουδέτερων χρωμάτων Φυσικά χαρακτηριστικά Θεωρητικά προβλήματα Σταθερότητα Πλάνες Θεωρίες Η θεωρία του Helmholtz Η θεωρία του Hering Η θεωρία του Gilchrist

Φυσικά χαρακτηριστικά Ως ουδέτερα χρώματα ορίζουμε το λευκό, το μαύρο και τις αποχρώσεις του γκρι. Οι επιφάνειες που έχουν ουδέτερο χρώμα αντανακλούν ΟΛΑ τα μήκη κύματος φωτός. Δεν έχουν δηλαδή επιλεκτική ανακλαστικότητα. Η φωτεινότητα κάποιας ουδέτερης επιφάνειας (luminance) καθορίζεται από δύο φυσικές παραμέτρους: Ένταση του φωτισμού (illumination) Ανακλαστικότητα της επιφάνειας (reflectance)

Φωτεινότητα Η φωτεινότητα είναι η «ποσότητα» φωτός που αντανακλά μία επιφάνεια. Η φωτεινότητα είναι σημαντική για το οπτικό σύστημα, διότι αποτελεί το οπτικό ερέθισμα πάνω στο οποίο βασίζεται η αντίληψη των ουδέτερων χρωμάτων, είναι δηλαδή το «εσωτερικό ερέθισμα». Το αντιληπτικό αντίστοιχο της φωτεινότητας ονομάζεται «λαμπρότητα» (brightness). Η φωτεινότητα δεν είναι σταθερή για κάθε επιφάνεια και καθορίζεται από το φωτισμό και την ανακλαστικότητα Φωτεινότητα (Lum) = φωτισμός (I) x ανακλαστικότητα (r)

Ο φωτισμός αφορά την «ποσότητα» του φωτός που φτάνει σε μία επιφάνεια. Φωτισμός Ο φωτισμός αφορά την «ποσότητα» του φωτός που φτάνει σε μία επιφάνεια. Η ένταση του φωτισμού εξαρτάται από την παρουσία φωτεινών πηγών ενέργειας στο περιβάλλον και μετριέται σε «κεριά ανά τετραγωνικό μέτρο» (cd/m2). Το αντιληπτικό αντίστοιχο του φωτισμού ονομάζεται «αντιλαμβανόμενος φωτισμός» (perceived illumination).

Ανακλαστικότητα Ανακλαστικότητα είναι το ποσοστό του φωτός που «αποδεσμεύει» (αντανακλά) μία επιφάνεια. Μία επιφάνεια που έχει ανακλαστικότητα 90%, θα αποδεσμεύσει 90 μονάδες φωτός για κάθε 100 που δέχεται, ενώ μία άλλη με ανακλαστικότητα 3% θα αποδεσμεύσει μόλις 3 μονάδες φωτός για κάθε 100 που δέχεται. Η ανακλαστικότητα είναι σταθερό χαρακτηριστικό της επιφάνειας, και δεν επηρεάζεται από εξωτερικές παραμέτρους, αποτελεί δηλαδή το «εξωτερικό ερέθισμα». Το αντιληπτικό αντίστοιχο της ανακλαστικότητας είναι το χρώμα που αντιλαμβανόμαστε να έχει η επιφάνεια (lightness). Οι λευκές επιφάνειες έχουν ανακλαστικότητα 90%, ενώ οι μαύρες 3%.

Ανακλαστικότητα Από τις 5 μονάδες φωτός που φθάνουν στην επιφάνεια, ανακλώνται 3 μονάδες φωτός στο μάτι μας. Η συγκεκριμένη επιφάνεια λοιπόν έχει ανακλαστικότητα 3/5 ή 60%.

Θεωρητικά προβλήματα Η αντίληψη του χρώματος μιας ουδέτερης επιφάνειας πρέπει να αντιστοιχεί στο εξωτερικό ερέθισμα, δηλαδή την ανακλαστικότητα της επιφάνειας. Ωστόσο το μοναδικό δεδομένο που έχει το αντιληπτικό σύστημα στη διάθεσή του είναι η φωτεινότητα, δηλαδή το εσωτερικό ερέθισμα. Όπως είδαμε όμως η φωτεινότητα είναι συνάρτηση της ανακλαστικότητας και του φωτισμού. Επιπλέον οι ουδέτερες επιφάνειες αντανακλούν όλο το φάσμα του φωτός. Συνεπώς δεν μπορεί να υπάρχουν ποιοτικές διαφορές στον εσωτερικό ερεθισμό (όπως συμβαίνει στα υπόλοιπα χρώματα).

Σταθερότητα (constancy) Ο φωτισμός έχει άμεση επίδραση στη φωτεινότητα μιας επιφάνειας. Ωστόσο, αλλαγές στο φωτισμό δεν συνοδεύονται από αντίστοιχες αλλαγές στο χρώμα της επιφάνειας. Μία λευκή επιφάνεια θα εξακολουθήσει να φαίνεται σχετικά λευκή αν χαμηλώσουμε το φως, ενώ μία μαύρη επιφάνεια θα εξακολουθήσει να φαίνεται σχετικά μαύρη εάν αυξήσουμε το φωτισμό.

Σταθερότητα (constancy) Τα λευκά πιόνια έχουν μικρότερη φωτεινότητα από τα μαύρα, ωστόσο φαίνονται πιο ανοιχτόχρωμα.

Γιατί το αντιληπτικό μας σύστημα κάνει αυτά τα λάθη; Πλάνες (illusions) Σε πολλές περιπτώσεις, δύο επιφάνειες ίδιας ανακλαστικότητας μπορεί να φαίνονται ότι έχουν διαφορετικό χρώμα, παρότι έχουν κοινό φωτισμό (και συνεπώς) ίσες φωτεινότητες. Σε γενικές γραμμές οι πλάνες αυτές είναι συστηματικές και φαίνεται να μην επηρεάζονται από ανώτερους γνωστικούς παράγοντες (όπως μάθηση π.χ.). Γιατί το αντιληπτικό μας σύστημα κάνει αυτά τα λάθη;

Simultaneous Lightness Contrast Πλάνες (illusions) Simultaneous Lightness Contrast

Θεωρίες Οι παραδοσιακές θεωρίες στο χώρο της αντίληψης ουδέτερων χρωμάτων δίνουν έμφαση: είτε στην επεξεργασία του εσωτερικού ερεθίσματος από το ανώτερο γνωστικό σύστημα (Helmholtz, intrinsic image theories) είτε στις μετατροπές του εσωτερικού ερεθίσματος από περιφερικούς μηχανισμούς (Hering, contrast theories, multiscale filtering models) Λόγω της διαφορετικής φαινομενολογικής τους προσέγγισης, οι δύο αυτές θεωρίες ασχολήθηκαν περισσότερο είτε με φαινόμενα σταθερότητας, είτε με φαινόμενα πλανών.

Helmholtz Το κύριο πρόβλημα που απασχόλησε τον Helmholtz ήταν η ερμηνεία της σταθερότητας. Η προσέγγισή του είναι παρόμοια με εκείνη που ακολούθησε στην αντίληψη μεγέθους. Ξεκινάμε από την φόρμουλα της οπτικής: Ανακλαστικότητα (r) = φωτεινότητα (l)/φωτισμός (I) Υποθέτοντας ότι η φωτεινότητα είναι γνωστή, το σύστημα για να «λύσει» την εξίσωση θα πρέπει να γνωρίζει την ένταση του φωτισμού. Ο Helmholtz υποστήριξε ότι το σύστημα κάνει έναν «ασυνείδητο» υπολογισμό της έντασης του φωτισμού. Σε αντιληπτικούς όρους η εξίσωση είναι: χρώμα = αντιλ.φωτεινότητα/αντιλ.φωτισμός

Εφαρμογή στη σταθερότητα Η θεωρία του Helmholtz εξηγεί την αντιληπτική σταθερότητα. Εφόσον το αντιληπτικό σύστημα γνωρίζει το επίπεδο του φωτισμού, τότε οι αλλαγές στην έντασή του δεν επηρεάζουν την αντίληψη του χρώματος. Παράδειγμα Έχουμε δύο λευκές επιφάνειες (ανακλαστικότητα 90%). Η μία δέχεται 100 μονάδες φωτισμού και η άλλη 1000 μονάδες φωτισμού. Η πρώτη επιφάνεια θα έχει φωτεινότητα 90 και η δεύτερη 900. Ωστόσο και οι δύο επιφάνειες θα υπολογιστούν από το σύστημα ότι έχουν το ίδιο χρώμα (90/100, 900/1000).

Εφαρμογή στις πλάνες Η θεωρία υποστηρίζει ότι οι πλάνες οφείλονται σε λανθασμένο υπολογισμό του φωτισμού. Για παράδειγμα, στην πλάνη της ταυτόχρονης αντίθεσης, το σύστημα υπολογίζει υψηλότερο φωτισμό στην περιοχή του λευκού φόντου, από ότι στην περιοχή του μαύρου φόντου. Αν δύο επιφάνειες λοιπόν έχουν ίδια φωτεινότητα, αλλά διαφορετικό φωτισμό, εκείνη με τον υψηλότερο φωτισμό θα φανεί πιο σκουρόχρωμη.

Εφαρμογή στις πλάνες p.I=100 Lum=5 Lum=5 p.I=50 L= p.lum/p.I L= 5/100 Βλέπουμε λοιπόν ότι η αριστερή επιφάνεια υπολογίζεται πιο σκουρόχρωμη σε σχέση με τη δεξιά επιφάνεια.

Κριτική Πώς γίνεται ο υπολογισμός του φωτισμού; Πρόβλεψη μεγαλύτερης σταθερότητας από αυτή που παρατηρείται. Πρόβλεψη μεγαλύτερων πλανών από αυτές που παρατηρούνται. Δυσκολία εφαρμογής σε πλάνες όπου ο υπολογισμός του φωτισμού δεν είναι τόσο προφανής.

Hering Η θεωρία του Hering, είναι μία από τις σημαντικότερες θεωρίες στο χώρο της χρωματικής αντίληψης. Οι αρχικές θεωρητικές υποθέσεις του αναπτύχθηκαν από πολλούς ερευνητές, και κατέχουν ακόμη και σήμερα σημαντικό μέρος στην έρευνα της χρωματικής αντίληψης (Cornsweet, Jameson, Hurvich, Grossberg, McCourt). Η έμφαση των θεωριών αυτών δίνεται σε περιφερικούς μηχανισμούς του οπτικού συστήματος, οι οποίοι μεταβάλλουν τον αρχικό εσωτερικό ερεθισμό. Ο σημαντικότερος από αυτούς τους μηχανισμούς είναι η πλάγια αναστολή (lateral inhibition).

Hering Ο μηχανισμός της πλάγιας αναστολής ανακαλύφθηκε το 1956 από τους νομπελίστες Hartline, Wagner & Ratliff. Χωρίς να μπούμε σε φυσιολογικές λεπτομέρειες, η πλάγια αναστολή αναφέρεται στην ικανότητα ενός έντονα ερεθισμένου νευρώνα, να αναστέλλει τη δραστηριότητα των γειτονικών του νευρώνων. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα, ένας νευρώνας που δέχεται πολύ φως, να αναστέλλει περισσότερο τη δραστηριότητα των γειτονικών του νευρώνων, από ότι ένας άλλος νευρώνας που δέχεται λιγότερο φως. Η καλύτερη εφαρμογή των θεωριών της αντίθεσης στην χρωματική αντίληψη, θεωρείται ότι είναι η ερμηνεία της πλάνης της ταυτόχρονης χρωματικής αντίθεσης.

Νευρωνική δραστηριότητα Εφαρμογή στις πλάνες φωτεινότητα Νευρωνική δραστηριότητα Η νευρωνική δραστηριότητα στην περιοχή του γκρι στόχου στα αριστερά είναι μεγαλύτερη από του γκρι στόχου στα δεξιά, λόγω της πλάγιας αναστολής.

Εφαρμογή στη σταθερότητα Οι θεωρίες της αντίθεσης ουσιαστικά προτάθηκαν σαν ερμηνείες των φαινομένων των πλανών στην χρωματική αντίληψη, και δεν ασχολήθηκαν ιδιαίτερα (ακόμη και στις μέρες μας) με το πρόβλημα της σταθερότητας. O Hering υποστήριζε ότι υπάρχουν κάποιοι μηχανισμοί που συμβάλλουν στη σταθερότητα: Προσαρμογή της κόρης, πλάγια αναστολή, και μνήμη χρώματος. Το άνοιγμα της κόρης μειώνεται με αύξηση του φωτός, η πλάγια αναστολή είναι εντονότερη σε εντονότερο φως, ενώ η μνήμη για χρώμα είναι ένας ανώτερος γνωστικός μηχανισμός που θα μπορούσε να «κρατάει» σταθερή την χρωματική αντίληψη μιας επιφάνειας.

Κριτική Σταθερότητα ακόμη και σε απουσία όλων των μηχανισμών του Hering. Αδυναμία ερμηνείας επιδράσεων βάθους στην χρωματική αντίληψη (demo Mach card). Πλάνες σε αντίθετη κατεύθυνση με αυτή που προβλέπει η θεωρία

Κριτική Benussi-Koffka ring White’s illusion Η κατεύθυνση των πλανών δε συμφωνεί με την πρόβλεψη των θεωριών της αντίθεσης.

Η θεωρία ονομάζεται «θεωρία του σταθερού σημείου» (anchoring theory). Gilchrist O Gilchrist και οι συνεργάτες του (1999) έχουν παρουσιάσει μία θεωρία αντίληψης ουδέτερων χρωμάτων, που βασίζεται πάνω σε οργανωτικές αρχές που εφαρμόζονται στην εσωτερική εικόνα. Η θεωρία ονομάζεται «θεωρία του σταθερού σημείου» (anchoring theory). Η βασική θέση της θεωρίας είναι ότι το αντιληπτικό σύστημα υπολογίζει το χρώμα κάθε επιφάνειας χρησιμοποιώντας τη φωτεινότητα της επιφάνειας αλλά και τις φωτεινότητες άλλων επιφανειών που «φαίνεται» να ανήκουν αντιληπτικά στην ίδια ομάδα (perceptual groups, frames of reference).

Η θεωρία του σταθερού σημείου έχει κάποιες βασικές αρχές: Gilchrist Η θεωρία του σταθερού σημείου έχει κάποιες βασικές αρχές: Η εσωτερική εικόνα χωρίζεται σε αντιληπτικά ενιαίες ομάδες χρησιμοποιώντας γκεστάλτ αρχές οργάνωσης (εγγύτητα, ομοιότητα, καλή συνέχεια, επίπεδο βάθους, κλπ.). Οι υπολογισμοί του χρώματος για κάθε επιφάνεια γίνεται μέσα στην αντιληπτική του ομάδα. Ωστόσο και οι υπόλοιπες ομάδες ασκούν κάποια επίδραση (co-determination). Σε κάθε ομάδα η επιφάνεια με την υψηλότερη φωτεινότητα θα γίνει αντιληπτή ως ΛΕΥΚΗ. Το χρώμα των υπόλοιπων επιφανειών καθορίζεται από το λόγο της φωτεινότητάς τους προς την υψηλότερη φωτεινότητα.

Εφαρμογή στη σταθερότητα Ας θεωρήσουμε μία περίπτωση όπου μία ομοιόμορφη επιφάνεια, φωτίζεται από διαφορετικές εντάσεις φωτισμού. Εάν χρησιμοποιήσουμε τη φωτεινότητα της μιας για να υπολογίσουμε το χρώμα της άλλης, τότε θα κάνουμε ένα αντιληπτικό λάθος ίσο με το λόγο των δύο φωτεινοτήτων. Ωστόσο το σύστημα χωρίζοντας την εσωτερική εικόνα σε ενιαίες αντιληπτικές ομάδες, ουσιαστικά χρησιμοποιεί φωτεινότητες που προέρχονται από τον ίδιο φωτισμό. Η μικρή αποτυχία της σταθερότητας ερμηνεύεται από την αδύναμη (αλλά υπαρκτή) επίδραση που ασκούν οι «εξωτερικές» ομάδες στον υπολογισμό του χρώματος της επιφάνειας-στόχου.

Η ομαδοποίηση επιφανειών ερμηνεύει και τις χρωματικές πλάνες. Εφαρμογή στις πλάνες Η ομαδοποίηση επιφανειών ερμηνεύει και τις χρωματικές πλάνες. Στην πλάνη της αντίθεσης ο ένας γκρι στόχος ανήκει περισσότερο στο λευκό πλαίσιο, και ο άλλος στο μαύρο. Ο υπολογισμός του χρώματος μέσα σε αυτά τα «τοπικά» πλαίσια, δίνει σαν πιο σκούρο το γκρι που ανήκει στο λευκό πλαίσιο. Στην πλάνη του Benussi, ακολουθούμε την ίδια λογική. Όταν το «δαχτυλίδι» είναι ενιαίο, ανήκει εξίσου και στα δύο πλαίσια. Όταν όμως τοποθετούμε τη γραμμή, τα τμήματα του δαχτυλιδιού, ανήκουν περισσότερο στα τοπικά τους πλαίσια. Στην πλάνη του White επίσης η ομαδοποίηση των γκρι επιφανειών είναι σύμφωνη με την κατεύθυνση της πλάνης.

Το γκρι στα δεξιά, υπολογίζεται ως ΛΕΥΚΟ στο τοπικό του επίπεδο, διότι έχει την υψηλότερη φωτεινότητα. Άρα θα φαίνεται πιο ανοιχτόχρωμο από ότι είναι στην πραγματικότητα Προσθέτοντας τη μαύρη γραμμή, σχηματίζονται τοπικά επίπεδα ανάλογα με την προηγούμενη πλάνη. Χωρίς τη γραμμή, ο δίσκος ανήκει εξίσου στο μαύρο και στο λευκό πλαίσιο, για αυτό δεν παρατηρείται πλάνη. Οι γκρι μπάρες αριστερά συνορεύουν μεν περισσότερο με μαύρο, φαίνονται όμως να ανήκουν στο λευκό. Το αντίστροφο ισχύει για τις γκρι μπάρες στα δεξιά. Οι γκρι μπάρες στα δεξιά υπολογίζονται λοιπόν ως ΛΕΥΚΕΣ στο τοπικό τους πεδίο. Άρα θα φαίνονται πιο ανοιχτόχρωμες.

Παραμετροποίηση των αρχών ομαδοποίησης. Κριτική Παραμετροποίηση των αρχών ομαδοποίησης. Προβληματική ερμηνεία για πλάνες που σχετίζονται με «λαμπρότητα» επιφανειών (Herman’s grid).