第七講：色彩知覺

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目錄 1 Taking Action 1.1 動！ 1.2 Optic flow《Figure7.1》 1.3 Driving experiment《Figure7.6》 1.4 Affordances《Figure7.14》 1.5 Newton來了 1.6 Newton's color circle 1.7 Trichromacy 三原色 1.8 Color opponent 1.9 色彩視覺異常

Taking Action

動！

• 我們是動物
  • 就是會動！
• 本章重點在會動的我們
• 下一章是會動的他們
• 先看一個影片
  • 慟！Marco Simoncelli Race Accident In Sepang[1]

Optic flow《Figure7.1》

• 當觀察者移動，optic array也跟著改變，觀察者就可從中抽取出豐富的訊息。在觀察者移動的過程中，週遭的環境會形成一個流動的訊息，稱為optic flow
• J.J. Gibson (1950)
  • environment
  • formation for percetion
• Self-Produced Information《Figure7.2》
• Somersault (backflip)《Figure7.3》
• Swinging Room《Figure7.4》
  • 一間牆壁會前後移動的房間，當牆壁向我們靠近或是遠離時，會呈現不同的flow pattern。圖7.4a是牆壁靠近時的flow pattern，圖7.4c是牆壁遠離時的flow pattern。當牆壁遠離，呈現如(c)的flow pattern，受試者會以為此flow pattern是因為自己身體往後傾斜所造成的，因此會將身體往前傾以維持平衡。不論是大人或小孩，都會因應這些視覺訊息，擺動身體以維持平衡
• Focus of Expansion (FOE)《Figure7.5》
  • 受試者利用optic flow中FOE的訊息，判斷出正確的前進方向，而誤差只有0.5到1度視角

Driving experiment《Figure7.6》

• Driving experiment
  • optic flow不是提供前進方向的充分必要條件。在彎道上行進時，FOE並非一個定點，而是持續在變化著，因此受試者還會看彎道的切線方向來修正前進方向以避免碰撞。對於近距離的目標，我們可以閉眼走過去，甚至過程中必須轉彎，都不需仰賴任何視覺訊息。
• Walking experiment《Figure7.7》
  • 受試者看六公尺外的目標，然後閉上眼睛走路（blind walking），往左走接著走到點1或點2，再轉彎走到他們認為的目標點
• Optic flow neurons《Figure7.8》
• Medial Superior Temporal (MST)《Figure7.9》
  • 在猴子的MST前頁圖7.8)，找到分別對expansion flow及rotation flow反應的細胞
  • 刺激MST《Figure7.10》
    • 利用微電極刺激特定MST位置的方法也可以看出，在行為上對optic flow的判斷會受到被刺激的神經細胞所影響，若感受向左移動的細胞被刺激，則較多向左的判斷
• Virtual town《Figure7.11》
  • 實驗結果：PPA (parahippocampal place area)是負責空間位置的大腦區域，在一些虛擬實境的研究中也發現此區附近是負責引導方向的重要腦區。Maguire等人(1998)觀察受試者在一個虛擬城市中行走時(前頁)，若能正確的由A點走到B點(圖b綠線)， 其右側hippocampus以及部分頂葉的反應會比走錯時大(圖b紅線和藍線)。
• Virtual museum《Figure7.12》
  • 實驗結果：要求受試者學習在虛擬美術館中如何走出來(圖7.12)，在後來的辨識物體階段，對於該轉彎時附近的地標比起不必轉彎的地標，受試者的右側parahippocampal gyrus會有較高的反應，且即使受試者主觀報告不記得此地標，生理上仍會有此結果(圖7.12c)。
• Taxi driver《Figure7.13》
  • Taxi driver的腦內結果：以倫敦計程車司機為受試者，讓他們模擬駕駛，然後用fMRI記錄他們腦部反應，事後再跟他們確認他們在scanner當中的思考細節。由思考細節和腦部反應兩相比對得到如下思考內容和腦部反應的圖。當司機在計畫要走哪條路的時候，hippocampus和parahippocampal place area會有反應。

Affordances《Figure7.14》

• J.P.由一個病人談起，Di Pellegrino et al. (2005)
  • 患者（J.P.)對於左邊的杯子的正確率只有56%（右邊可以達94﹪）。這種當兩個物體呈現時，對於其中一個物體的反應變差可能來自注意力競爭效果。然而，實驗者在左邊杯子加上把手，使得腦中跟reaching及grasping有關的系統被激發，正確率提高至百分之八十。而這樣的正確率提高並非來自於把手讓杯子比較醒目，因為控制組(圖c，加了紋路)的正確率只有百分之五十。
• Reaching / Grasping《Figure7.15》
  • 訓練猴子作以下作業，一開始盯住中央藍色色塊，然後藍色色塊會變紅或是變綠。如果看到變紅，表示待會要做reaching作業；如果看到綠色，表示待會要做的是looking作業。經過一段delay時間以後，有另外一個藍色刺激出現在畫面的其他地方，猴子必須要reach(或是look at)這個新刺激的位置。在delay階段中記錄猴子的腦細胞反應。實驗者發現，猴子parietal lobe中有一區會對於reaching和looking有不同反應，稱之為parietal reach region (PRR)
• Delay / wait《Figure7.16》
  • 受試者（人）利用fMRI來看PRR的活動，其中一種情況是如圖a，cue消失後9秒delay。另一個情況是先有9秒的等待再出現cue以及馬上回答方向

Newton來了

十七至十八世紀英國最有名的科學家（或說近世英國國寶級人物）

• 發明及發現
  • Binomial theorem（二項式定理）
  • Calculus（微積分）
  • Theory of gravitation（地心引力）
  • Opticks（光學）

• Newton說
  • Color is subjective（色彩是主觀的）
    • Red sweater -> incorrect
    • Correct -> sweater, which when seen in daylight, evokes a sensation most humans call 'red'.

• Color 的三個向度
  • Hue, brightness and saturation.

• Newton's experiment 1
  • Dark room and a prism
  • Newton's experiment 1 data
    • Spectral color（光譜色）
  • Newton's experiment 2
    • Pure vs composite light （純與混合光）

• Newton的原色
  • 彩虹有七彩
    • 紅 red
    • 橙 orange
    • 黃 yellow
    • 綠 green
    • 藍 blue
    • 靛 indigo
    • 紫 violet
  • 彩虹有七彩---why 七個
    • 紅 red do
    • 橙 orange re
    • 黃 yellow mi
    • 綠 green fa
    • 藍 blue sol
    • 靛 indigo ra
    • 紫 violet si
  • Sunlight vs tungsten light
• Newton雖然七原色可能弄錯了
  • 但白光可以各種色光混合
  • 可以有各種組合產生—白色
  • Complementary （互補色）
  • Box 7.1 Newton捅的大蜂窩
    • Newton(1642-1727) vs Goethe(1749-1832)
    • 顏色是客觀的或是主觀的？

Newton's color circle

• Newton認為七原色是循環的
• 加成比率不同顏色不同
• New version Purple—nonspectral colors
• CIE_XYZ color space
  • CIE (Commission Internationale de l‘Eclairage國際照明協會)

• Color mixture
  • Saturate vs desaturate（飽和與去飽和）
  • Subtractive vs additive color mixture（色彩混合的加與減）
  • C. Close作品

• Color constancy
  • Spectrum of common object
  • Adaptation complementary（適應互補色）
  • Color contrast
  • constancy的極限

Trichromacy 三原色

• 一個原則univariance principle
  • Monochromat單色調
    • 當只有一種cone
    • 依據univariance principle
      • 只能知道總吸收量
      • 不能分辨不同波長的量

• If two-pigment
  • 不同波長在不同種cone上有不同比率之吸收
  • 但仍有混淆 dichromatic雙色調
  • Neutral point中性點

• Three-pigment system
  • Trichromatic
    • Young-Helmholtz theory
      • Young 先發現（1801）但由Helmholtz系統性地研究

• Four-pigment system
  • 四個是否比三個好？
    • 有tetrachromatic的動物
      • 部分的reptiles, bird, fish,....
      • 如goldfish 可以吸收ultraviolet
  • why人沒有？

• 我們有那三種cone？
  • 利用microspectrophotometry測量
  • Retina上cone的分佈
    • Fovea無S cone
    • S cone數量少
    • M,L分佈也不均

• Evolution of cone錐體的演化
  • S cone 的genes在第7對
  • M,L cone的genes在X染色體
    • M與L的相似度96%
    • S與M,L的相似度42%
  • S可能在5億年前出現
  • M,L 4至6千萬年前分開

Color opponent

• Color contrast
• Land (1959)實驗
  • E. H. Land – Polariod老闆
    • 用黑白幻燈片，加紅色濾鏡（red record）與加綠色濾鏡（green record）
    • 各自投影出來是黑白
      • red record上加紅色濾鏡，green record上加綠色濾鏡：投影出來「全彩」！
      • red record上加紅色濾鏡，green record上不加濾鏡：投影出來也大部分顏色回來
• Color after effect彩色後像
• Chromatic vs achromatic system
  • 3 channels

• Color opponent之生理基礎
  • DeValois and DeValois的實驗
• Color opponent之心理物理基礎
  • Color naming by 4 basic color
• cones與opponent之整合
  • cones -> ganglion -> LGN

• Context and color vision
  • contrast

• Cortical mechanism
  • V4?
  • cortical color blindness

色彩視覺異常

• Color deficiency
  • 檢驗方式 Ishihara's test
  • 缺L cone r/g 紅綠不分 這三張同色
  • dichromat

• Chromatic synesthesia（色彩共感覺）

知覺心理學