Determinants of colour constancy

Abstract

Colour constancy describes the ability of our visual system to keep colour percepts stable through illumination changes. This is an outstanding feat given that in the retinal image surface and illuminant properties are conflated. Still, in our everyday lives we are able attribute stable colour-labels to objects to make communication economic and efficient. Past research shows colour constancy to be imperfect, compensating for 40% and 80% of the illumination change. While different constancy determinants are suggested, no carefully controlled study shows perfect constancy. The first study presented here addresses the issue of imperfect constancy by investigating colour constancy in a cue rich environment, using a task that resembles our everyday experience with colours. Participants were asked to recall the colour of unique personal objects in natural environment under four chromatic illuminations. This approach yielded perfect colour constancy. The second study investigated the relation between illumination discrimination and chromatic detection. Recent studies using an illumination discrimination paradigm suggest that colour constancy is optimized for bluish daylight illuminations. Because it is not clear if illumination discrimination is directly related to colour constancy or is instead explained by sensitivity to changes in chromaticity of different hues, thresholds for illumination discrimination and chromatic detection for the same 12 illumination hues were compared. While the reported blue bias could be replicated, thresholds for illumination discrimination and chromatic detection were highly related, indicating that lower sensibility towards bluish hues is not exclusive to illumination discrimination.Accompanying the second study, the third study investigated the distribution of colour constancy for 40 chromatic illuminations of different hue using achromatic adjustments and colour naming. These measurements were compared to several determinants of colour constancy, including the daylight locus, colour categories, illumination discrimination, chromatic detection, relational colour constancy and metameric mismatching. In accordance with the observations in study 2, achromatic adjustments revealed a bias towards bluish daylight illumination. This blue bias and naming consistency explained most of the variance in achromatic adjustments, while illumination discrimination was not directly related to colour constancy. The fourth study examined colour memory biases. Past research shows that colours of objects are remembered as being more saturated than they are perceived. These works often used natural objects that exist in a variety of colour and hue, such as grass or bananas. The approach presented here directly compared perceived and memorized colours for unique objects, used also in the first study, and confirmed the previous findings that on average, objects were remembered more saturated than they were perceived. Farbkonstanz beschreibt die Fähigkeit unseres visuellen Systems Farbeindrücke unter Beleuchtungsänderungen beständig zu halten. Dies ist eine außergewöhnliche Leistung, wenn man in Betracht zieht, dass in dem Lichtsignal welches das Auge erreicht Eigenschaften der Beleuchtung und der Oberflächen konfundiert sind. Trotz dieser Problematik sind wir in unserem alltäglichen Leben in der Lage Objekten stabile Farbnamen zuzuordnen, und damit unsere Kommunikation effizient und ökonomisch zu gestalten. Bisherige Studien zur Farbkonstanz berichten jedoch, dass Farbkonstanz nicht perfekt ist, Beleuchtungswechsel wurden nur zwischen 40-80% kompensiert. Während unterschiedliche Determinanten der Farbkonstanz vorgeschlagen wurden, konnte bisher keine sorgfältig kontrollierte Studie perfekte Farbkonstanz zeigen. In der ersten Studie dieser Arbeit wurde dieser Aspekt untersucht, indem Farbkonstanz in einer hinweisreichen Umgebung unter Verwendung einer Aufgabe, die möglichst präzise unserer alltäglichen Erfahrung im Umgang mit Farben wiederspiegelt, gemessen wurde. Die Versuchsteilnehmer wurden aufgefordert die Farbe eines spezifischen persönlichen Gegenstandes unter vier farbigen Beleuchtungen aus dem Gedächtnis abzurufen. Unter Verwendung dieses Ansatzes konnte perfekte Farbkonstanz erreicht werden. Die zweite Studie untersuchte die Beziehung zwischen Beleuchtungs-Diskrimination und chromatischer Detektion. Die Ergebnisse von kürzlich veröffentlichten Forschungsarbeiten, welche ein Beleuchtungs-Diskriminations-Paradigma verwendeten, zeigen das diese Diskrimination in Richtung bläulicher Beleuchtung verzerrt ist. Daraus wurde geschlossen, das Farbkonstanz für bläuliche Tageslicht-Beleuchtungen optimiert ist . Da es aber nicht klar ist, ob Beleuchtungs-Diskrimination in direkter Beziehung zur Farbkonstanz steht, oder aber vielmehr auf die Sensitivität für chromatische Veränderungen zurückführen ist, wurden Wahrnehmungsschwellen für Beleuchtungs-Diskrimination und chromatische Detektion für die selben 12 Beleuchtungsfarben gemessen und verglichen. Während die bereits berichtete Verzerrung in Richtung der bläulichen Tageslichtbeleuchtung repliziert werden konnte, wurde ebenfalls eine hoher Zusammenhang zwischen chromatischer Detektion und Beleuchtungs-Diskrimination gefunden, welcher darauf hinweist, dass die Verzerrung in Richtung bläulicher Farben keine exklusive Eigenschaft der Beleuchtung-Diskrimination ist. Anknüpfend an die zweite Studie wurde in der dritten Studie die Verteilung von Farbkonstanz über 40 chromatische Beleuchtungen anhand von achromatischen Einstellungen und Farbbenennung untersucht. Farbkonstanz wurde auf ihren Zusammenhang zu mehreren Determinanten der Farbkonstanz überprüft, unter anderem mit Tageslichtvariationen, Farbkategorien, Beleuchtungs-Diskrimination, relationaler Farbkonstanz und metameric mismatching. In Übereinstimmung mit der zweiten Studie wurde auch für achromatische Einstellungen eine Verzerrung in Richtung bläulicher Tageslichtbeleuchtungen gefunden. Diese Verzerrung und der Konsensus der Beleuchtungsbenennung erklärten den Großteil der Varianz der achromatischen Einstellungen, während Beleuchtungs-Diskrimination nicht in direkter Verbindung zur Farbkonstanz stand.In der vierten Studie wurden Verzerrungen des Farbgedächtnisses untersucht. Frühere Studien berichten, dass Objektfarben häufig gesättigter erinnert werden als sie tatsächlich wahrgenommen werden. In diesen Studien wurden häufig natürliche Objekte verwendet, die in einer Vielzahl an Farbtönen und Sättigungen existieren, wie beispielsweise Gras oder Bananen. In dem hier präsentierten Ansatz wurden Farbwahlen aus dem Gedächtnis mit Farbwahlen der direkten Objektwahrnehmung für persönliche, spezifische Objekte, die auch schon in der ersten Studie verwendet wurden, verglichen. Die Ergebnisse der vorherigen Studien konnten für diese Objekte repliziert werden: Im Durchschnitt wurden Objektfarben gesättigter erinnert als das Objekt im direkten Vergleich wahrgenommen wurde.