автореферат и диссертация по психологии 19.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Сферическая модель одновременного цветового контраста

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата психологических наук, Штиуи, Софьян, 2000 год

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

Теоретические основы исследования

Структура исследования

Задачи исследования б

Основные положения

Новизна исследования '

Глава 1. Одновременный цветовой контраст

Ахроматический контраст

Хроматический контраст

Психофизиологические механизмы цветового контраста

Теории цветового контраста

Векторная модель одновременного контраста

Сферическое цветовое пространства 15,

Глава 2. Построение субъективного пространства цветов, индуцированных в условиях одновременного контраста.

Методика

Результаты и анализ данных

Обсуждение результатов

Выводы

Глава 3. Психофизиологические измерения хроматических и ахроматических различий.

Методика

Результаты и обсуждение данных

Выводы

Глава 4. Геометрическая модель цветоразличения, основанная на зрительных вызванных потенциалах.

Методика

Результаты и анализ данных

Обсуждение результатов

Выводы

Глава 5. Психофизиологические измерения цветовой индукции

Методика \

Результаты и анализ данных

Общее обсуждение

Введение диссертации по психологии, на тему "Сферическая модель одновременного цветового контраста"

Актуальность проблемы.

Вопрос о психофизиологических механизмах цветового контраста в настоящее время активно обсуждается в научной литературе и в научных конференциях исследователей цветового зрения.

Цветовой контраст определяется как изменение цвета под влиянием окружающего фона (одновременный контраст) или предшествующего цветового стимула (последовательный зрительный контраст) (Katz, 1935). Последний - специфический случай цветовой адаптации. В теориях цветового зрения феномены контраста связывают как с периферическими взаимодействиями типа латерального или возвратного торможения, так и с центральными - как результат влияния механизмов константности.

С теоретической стороны важность исследования цветового контраста состоит в том, что это шаг к пониманию восприятия цветных паттернов, из которых наиболее простой - это конфигурация, состоящая из небольшого участка зрительного поля (тест) окруженного со всех сторон другим, значительно большим полем (фон). (Mausfeld, 1996; Evans, 1974; Jameson и Hurvich, 1972, Weert, 1991, D'Zmura, 1992).

Выявление механизмов цветового контраста позволит соотнести их с общими механизмами цветового зрения и ответить на вопрос - осуществляется ли индуцирующее влияние фона в самих механизмах цветового зрения, или цветовой контраст есть результат работы отдельного механизма, отличного от механизма цветоразличения.

С практической стороны - это отражает возросшее внимание прикладной цветовой науки к проблемам цветового контраста, что, в свою очередь, определяется возросшими требованиями к цветовому качеству и цветопередаче компьютерных мониторов. Необходимость воспроизведения цветового изображения на экране монитора максимально близко к реальности сразу же ставит проблему цветового контраста как одну из важнейших. (Устинов, 1984). Качество цветопередачи напрямую зависит от взаимодействия цветовых полей из которых состоит любое изображение, и новые исследования в данной области позволят решать практические задачи качественного воспроизведения цвета на экране монитора более успешно. Теоретические основы исследования.

Анализ данных цветоразличения нормального трихромата показывает возможность построения однородного цветового пространства, в котором Евклидовы расстояния между цветовыми точками строго соответствуют воспринимаемым цветовым различиям. Световые стимулы разного спектрального состава и яркости представляются как точки на поверхности гиперсферы в четырехмерном Евклидовом пространстве. Три сферические координаты цветной гиперсферы соответствуют субъективным атрибутам цветов: тону, насыщенности и яркости, в то время как четыре декартовы координаты представляют четыре нейрофизиологических канала зрительной системы ("красно-зеленый", "сине - желтый", "световой", и "темновой"), или другими словами, четыре компонента цветных векторов "возбуждения". Подмножество равноярких цветов формирует трехмерное Евклидово подпространство, в котором цветные точки образуют двумерную цветную сферическую поверхность. (Измайлов и др., 1989: Izmailov и Sokolov, 1991; Izmailov, 1995).

На основе этих исследований была построена векторная модель психофизиологического механизма цветового зрения состоящая из трех уровней переработки цветовой информации: рецепторного, пре-детекторного и детекторного. (Фомин, Вайткявичус, Соколов, 1979; Измайлов, Соколов, 1988; Соколов , 1995)

Важнейшая особенность этой модели состоит в том, что от рецепторов информация передается на предетекторные каналы (специфические нейрофизиологические механизмы) которые сгруппированы попарно: два канала (красно-зеленый и сине-желтый) для передачи хроматической информации, которая извлекается путем анализа спектрального состава светового излучения, и два (световой и темновой каналы) для передачи ахроматической информации, которую дает анализ интенсивности излучения. Каждая пара каналов образует сеть -взаимосвязанную систему, так что увеличение активности нейронов одного канала сопровождается угнетением активности нейронов второго канала, и наоборот. При этом общая активность каналов в сети всегда остается постоянной и равной сумме квадратов величин активности отдельных каналов, что математически выражается уравнением сферы. Постоянство суммарного возбуждения каналов в системе определяется активность синаптических связей каналов с селективными нейронами -детекторами цвета.

В соответствии с этой теорией цветового зрения в данном исследовании предполагается, что цвета, сгенерированные при контрастных условиях будут также размещены на тех же самых сферических поверхностях в Евклидовом пространстве как и апертурные цвета. Это означает, что индуцированные цвета различаются тем же самым механизмом, что и обычные апертурные цвета.

Структура исследования.

Общая цель исследования состоит в построении модели цветового контраста на основе экспериментальных измерений цветоразличения индуцированных цветов и путем сопоставления этой модели со сферической моделью цветоразличения апертурных цветов выявить сходство и различия между механизмами цветоразличения обычных апертурных цветов и индуцированных контрастом цветов.

Психофизиологический анализ данных моделей будет производиться путем сопоставления модели цветового зрения, основанной на субъективных оценка цветовых различий, с аналогичной моделью, построенной на основе амплитуд компонентов корковых вызванных потенциалов, полученных для одного и того же испытуемого.

Предмет исследования - психофизиологические механизмы одновременного контраста и их связь с психофизиологическими механизмами цветоразличения апертурных цветов.

Задачи исследования:

1. Построение цветового пространства для индуцированных цветов в условиях одновременного хроматического и ахроматического контраста и сопоставление его с цветовым пространством для обычных апертурных цветов.

2. Исследование влияния одновременного цветового контраста на положение цветовых точек на цветовой сфере.

3. Регистрация вызванных потенциалов в ответ на цветовое различие и построение цветового пространства основанного на амплитудах зрительного вызванного потенциала как мерах цветового различия.

4. Экспериментальное исследование влияния цветового контратста на амплитуду цветовых и яркостных компонентов ВП

Методы исследования.

Для построения цветового пространства используются методы метрического и неметрического шкалирования, основанные на алгоритме Крускала (1962).

Для построения сферической модели цветоразличения используется итеративный метод, детально разработанный в работе Измайлова, Соколова, Черноризова (1989).

Для регистрации и первичного анализа корковых вызванных потенциалов использовалась система Конан (Кулаичев, 1989)

Основные положения выносимые на защиту:

1. Пространство цветоразличения цветов, наблюдаемых в условиях одновременного контраста, идентично по своей четырехмерной структуре цветовому пространству апертурных цветов (излучений), то есть оно сохраняет свою размерность, так что координаты цветового пространства в обоих случаях рассматриваются как две оппонентные хроматические и две неоппонентные ахроматические характеристики цветового зрения.

2. Для цветов, наблюдаемых в условиях одновременного контраста, может быть построена сферическая модель цветоразличения, что означает идентичность психофизиологических механизмов, определяющих различение обычных цветов и индуцированных контрастом цветов. Влияние индуцируюшего стимула на цвет тестового стимула характеризуется только сдвигом цветовой точки по поверхности четырехмерной сферы.

3. Пиковая апмлитуда N87 и межпиковая амплитуда N87 - Р120 являются электрофизиологическими коррелятами субъективных оценок цветовых различий, и на их основе может быть построена сферическая модель цветоразличения.

4. Различение апертурных цветов, создаваемых простым излучением света, и цветов, наблюдаемых в условиях одновременного или последовательного контраста, осуществляется одними и теми же механизмами зрительной системы (так называемой нейронной сетью различения сигналов, несмотря на различие самих механизмов, вызывающих одновременный или последовательный контраст.

Новизна исследования.

Данная работа является, важным этапом в серии работ по исследованию универсальности принципов векторного кодирования цветовой информации в зрительной системе человека и животных.

В работе впервые построено цветовое пространство для цветоразличения в усуювиях как ахроматического так и хроматического контраста.

Впервые показано, что цветовой контраст не меняет базисной структуры цветового пространства, а только перемещает цветовые точки внутри самого пространства.

Впервые построено цветовое пространство на основе зрительных вызванных потенциалов и показана его идентичность цветовому пространству, построенному на основе субъективных оценок цветовых различий.

До настоящего времени в литературе преобладало мнение, что уменьшение яркости фона относительно уровня яркости теста не влияет заметно на восприятие теста, в отличие .от увеличения яркости фона, которое вызывает резкое изменение восприятия цвета теста. В данной работе впервые экспериментально показана симметричность яркостных изменений индуцированного .цвета под .влиянием как увеличения яркости фона, так и его уменьшения.

Заключение диссертации научная статья по теме "Психофизиология"

Общие выводы

1. Цветоразличение при условии одновременного контраста, вызванного различными комбинациями яркости и цвета фона, описывается сферической моделью в четырехмерном Евклидовом пространстве, также как и цветоразличение изолированных апертурных цветов. Одновременный контраст воздействует только на основные субъективные характеристики цвета (тон, насыщенность, и яркость) в то время как структура цветового пространства (размерность и сферичность) остается постоянной.

2. Влияние контраста обнаруживается в области, которую цвета занимают на цветовой гиперсфере. Воздействие яркости фона включает как хроматические, так и ахроматические изменения тестовых цветов.

3. Изменение яркости фона может быть компенсировано соответствующим изменением яркости теста независимо от спектрального распределения фона. Цветовые сдвиги, вызванные изменением яркости фона выражены прежде всего как сдвиг цветового тона.

4. Показано, что цветовые различия, измеренные как пиковая амплитуда N87 (также как межпиковая амплитуда N87-P120), адекватно отражают субъективные различия между стимулами и могут служить количественной мерой цветоразличения. По амплитудам пика N87 и межпиковым амплитудам N87-P120 построено пространство различения цветовых стимулов, которое хорошо согласуется с цветовым пространством, основанным на субъективных оценках цветовых различий.

5. Пространство для компонента с более поздней латеятностью (P120-N180) значительно отличается от цветового пространства, указывая, что цветовая информация содержится только в ранних компонентах зрительного ВП.

6. Пердварительный цветовой контраст, вызванный изменением продолжительности сменяемых цветовых стимулов, приводит к увеличению амплитуды N87, измеряющей цветовое различие.

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата психологических наук, Штиуи, Софьян, Москва

1. Баллах Г. Восприятие нейтральных цветов. В сб.: Восприятие. Механизмы и модели. М., Мир., 1974, стр. 290-300.

2. Зимачев , М.М., Шехтер, Соколов Е.Н., Измайлов Ч.А. Хроматическая составляющая электроретинограммы лягушки. Журн. высш. нервн. деят.,1986, т.36, вып.6, с. 1100-1107.

3. Зимачев , М.М., Шехтер, Соколов Е.Н., Наатанен, Р., Ниман, Г., Ч.А. Измайлов. Различение цветовых сигналов сетчаткой лягушки. Журн.высш.нерв.деят., 1991, т.41, вып.З, с. 518-527.

4. Измайлов Ч.А., Соколов Е.Н., Черноризов A.M. Психофизиология цветового зрения. М., Изд-во МГУ, 1989. 206 с.

5. Измайлов Ч.А., Соколов Е.Н, Штиуи Софьян. Сферическая модель цветоразличения в условиях одновременного цветового контраста Вестник Моск. Ун-та. Сер. 14, Психология, 1999, №4, с. 21-36.

6. Измайлов Ч.А. Исайчев С.А. Коршунова С.Г. Соколов Е.Н. Спецификация цветового и яркостного компонентов зрительного ВП у человека. Журн.высш.нерв.деят., 1998, 1998, т.48, п. 5, с. 777-787

7. Измайлов Ч.А. Исайчев С.А. Шехтер Е.Д. Двухканальная модель различения сигналов в сенсорных системах. Вестн. МГУ, сер. 14, Психология, 1998, 3, с. 29-40

8. Иваницкий А.М., Стрелец В.Б. Вызванный потенциал и психофизические характеристики восприятия. Журн.высш.нерв.деят., 1976, т.24, вып.4, с. 793.

9. Криулина А.А. и Соколов Е.Н. Восприятие цвета при совместном действии тестового и индуцирующего полей, Вестник Моск. Ун-та. Сер. 14, Психология, 1977, №2, с. 19-28.

10. Новикова JI.A., Григорьева Л.П., Толстова В.А. Использование вызванных потенциалов для изучения зрительного восприятия. 1. ВП при восприятии яркости и цвета. Физиология человека, 1979, т. 5, ном. 3, с. 527-534.

11. Соколов Е.Н., Измайлов Ч.А. Трехстадийная модель цветового зрения. Сенсорные системы, 1988, т.2, п.4, 400-407.

12. Супин А.Я. Нейронные механизмы зрительного анализа. Москва, Наука, 1974.

13. Соколов Е.Н., Измайлов Ч.А. Трехстадийная модель цветового зрения. Сенсорные системы, 1988, т.2, п.4, сс.400-407.

14. Соколов' Е.Н. Нейронная сеть, имитирующая одновременный контраст для равноярких стимулов. Журнал ВНД, 1996, т.46, п. 3, стр. 979-988

15. Buutler and Riggs. Vision research, 1978, v. 18, 1407-1416.

16. Bergstrom, S.S. and Derefeldt, G. (1975) Effects of surround/test field luminance ratio on unduced colour. Scand. J. Psychol. Vol.16, 311-318.

17. Coren, S. and Keith, B. (1970) Bezold-Brucke effect: pigment or neural locus? J. Opt. Soc. Am., vol.60, 559-562.

18. Cunningham, K., Halliday, AM., and Ronde, N. Colour and brightness components of foveal visual evoked potentials inhuman. Electroencephalography and clinical Neurophysiology. 1984, v. 58, p. 107-119.

19. Derefeldt, G., Holmgren, S., and Bergstrom, S.S.(1979) Hue shift of induced colour as a function of luminance relations. Scand. J. Psychol. Vol.20, 239-249.

20. Derrington, A.M., Krauskopf, J., and Lennie, P. (1984) Chromatic mechanisms in lateral geniculate nucleus of macaque. Journal of Physiology, vol. 357, 241-265.

21. De Valois, R L., and Jacobs, G.H. (1968) Primate color vision. Science, N.Y., vol.162, 777-784

22. Eisner, A, and MacLeod, I.A.(1980) Blue sensitive cones do not contribute to luminance. J. Opt. Soc. Am., vol.70, 121-123/

23. Evans, R. The perception of color. N-Y, Wiley, 1974.

24. Jameson, D., and Hurvich, L. 1964. Theory of brightness and color contrast in human vision. Vision Research, vol. 4, 310-324.

25. Jameson D., and Hurvich L. Opponent chromatic induction: Experimental evaluation and theoretical account. J. Opt. Soc. Am., 1961, vol. 51, p. 46

26. Jameson D., and Hurvich L. Color adaptation: sensitivity, contrast, afterimages. Handbook of

27. Sensory Physiology, vol. VW4: Visual Psychophysics (Jameson D., and Hurvich, L. Eds.), Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1972, p. 568-581.

28. Jung R. Visual perception and neurophysiology. In: Handbook of Sensory Physiology, v.VII/3, ed. R.Jung, N.Y., London, 1973, pp.3-152.

29. Korth, M., and Horn, F. (1992) Color contrast mechanisms in the human pattern ERG. Clin. Vision Sci. Vol. 7, n.4, 293-304.1.ghtness, Brightness, and Transparency, (ed. by A.L.Gilchrist) Lawrence Erlbaum Ass. Publ. New Jersey, Hove, UK, 1994

30. Padmos, P., and Van Norren,D. Increment spectral sensitivity and colour discrimination in the primate, studied by means of graded potentials from the striate cortex. Vision Research, 1975, v. 15, p. 1103-1113.

31. Paulus W.M., Homberg V., Cuninghum K., Halliday A. and Ronde N. Color and brightness components of foveal visual evoked potentials man. Electroencephalograhy and clinical Neurophysiology, 1984, v. 58, p. 107-119

32. Previc, F.H. (1986) Visual evoked potentials to luminance and chromatic contrast in Rhesus monkeys. Vision Res., vol26, n. 12, 1897-1907.

33. Rabin, J., and Adams, A. J. (1992) Lightness induction in the S-cone pathway. Vision Res., vol.32, n.9, 1771-1774.

34. Regan, D. Evoked potential and psychophysical correlates of changes in stimulus colour and intensity. Vision Research, 1970, v. 10, p. 163-178.

35. Regan, D. Evoked Potentials in Psychology, Sensory Physiology and Clinical Medicine. Chapman and Hall, London, 1972

36. Regan, D. Human Brain Electrophysiology: Evoked Potentials and Evoked Magnetic Fields in Sciense and Medicine. London, Chapman & Hall, 1988.

37. Shepherd A.J., Remodelling color contrast: implications for visual processing and color representation. Vision Research, 1999, vol. 39, n.7, p. 1329-1345.

38. Shipley, Т., Jones, R.W., and Fry, A. Evoked visual potentials and human colour vision. Science, 1965, v. 150, p. 1162-1164.

39. Spekreijse, H, Estevez, O. and Reits,D. Visual evoked potentials and the physiological analysis of visual processes in man. In: J.E. Desmedt (Ed.), Visual Evoked Potentials in Man: New Development. Clarendon Press, Oxford, 1977, 217- 250

40. Takahashi,S., Ejima, V. Chromatic induction as a function of vawelength of inducing stimulus. J.л

41. Opt. Soc. of Amer., 1983, vol.73, n.2, p. 190-197.

42. Wallah H, Galloway A. The constancy of colored objects in colored illumination. J. of Exp Psychol., 1946, v. 36, p. 119-126/

43. De Weert, C.M.M. Assimilation versus contrast. In: From Pigment to Perception. (A.Valberg an< E.B.Lee, Eds.) New York, Plenum Press, 1991, p. 305-311.

44. Zeki S. The representation of colours in the cerebral cortex.// Nature, 1980, V. 284, P. 412-418. D'Zmura, M. (1992) Color constancy:* Surface color from changing illumination. J. Opt. Soc Amer., vol. 9, p. 490-493.

45. Vision and Visual Perception. (Graham C.H. at all eds.).N-Y, London, Wiley, 1966