人脑颜色认知错觉

1、为什么人脑会觉得 A、B 区域两块颜色是不一样的？用数码测色计比较 两块区域颜色是一样的这张棋盘阴影图是错觉（Optical Illusions）的经典图片之一，作者Edward H. Adelson，详情可浏览此网页Checkershadow Illusion。破解此错觉很简单，见下图图片出自上面的网页。所谓错觉，指的是我们的视觉系统（Human Visual System， HVS）感知到的图片与实际的图片不符。Optical Illusions and Visual Phenomena此网页系统的归纳了各种错觉图片。棋盘阴影图属于其中的“光照对比”错觉，即实际上灰度值（或颜色）相等的区域

2、，我们感知的结果却是一亮一暗。类似的还有下面这张立方阴影图此图中AB区域的灰度值也是一样的，但HVS感知到的结果是B比A亮。对于该现象，棋盘图的作者给出了比较直观的解释，主要有两点· 局部对比：在边界出的明暗对比会使得亮的更亮，暗的更暗，即马赫带（Mach bands）效应，比如匿名用户做的那张背景分别为黑白的图，或参考wiki词条。· 阴影：阴影的作用至关重要，因为它的存在，我们看到的这幅图是立体的（当然仿设结构也有一定作用），棋盘上站了一根圆柱，而光源则在右上方。由于B处于阴影之中才与A有着相同的亮度，那么如果阴影没了的话，B应该是比A亮的。· 棋盘的周期性：

3、这个也有一定的作用，但没前两者那么重要。即按照明暗交错的棋盘格，A是暗的，B是明的。实际上，人眼视网膜（Retina）看到的结果和照片应该是一致的，但传输到人脑的初级视皮层（Visual Cortex）以及更高级别的处理区域后，上面提到的三个因素都不断地给B的亮度加成，最终产生了对于人类视觉而言，B比A要亮的感觉。而对于电脑，比如Photoshop，这两个区域的亮度是一样的。但是，正如Adelson在其解释的最后说到，产生这种结果，并不是人类视觉系统的缺点，正相反，这是大大的优点！这就是所谓HVS的色彩恒常性（Color constancy），这是一个主观特征，它能确保人眼所看到的物体的颜色在

4、不同的光照条件下相对保持不变。一个简单的例子就是，在日光下（对HVS而言）是红色的苹果，放到白炽灯下，烛光下，夕阳下依然是红色的。而“主观”则说明，人们对所观察的物体要有一定先验知识，即见到过类似的，这样在观察时，HVS才可以更准确估计周围的光照条件，还原物体的真实颜色。相机的白平衡（White Balance）干的就是这个，但远没有HVS来的强大。那么对于这幅棋盘阴影图，有没有办法看到它们是一样或者接近的，有一个可行的方法（有些答主说看到的一样，不知道他们具体是怎么做到的）。查看这张大图http:/le/adelson/images/checkershadow/checkershadow_i

5、llusion4full.jpg，必要时可按“Ctrl+”进行放大，然后将鼠标放在AB中间靠左一定的距离处，并眼睛不动盯着指针看，然后用余光看AB两块，数秒过后，感知到的亮度应该十分接近，甚至相等。这一过程，如评论里提到的，会产生一种AB以及其他亮度一致的区域浮起来的感觉。该方法的原理是尽可能的抑制人眼的眼动（Saccade），即我们的眼睛是一直在动，焦点不断在变的，幅度不大但变化很快。比如我们在看一个人的时候，看对方脸时眼睛焦点的轨迹如下图所示（图片来自Saccade wiki词条）或者我们在看棋盘图是，眼睛并不是盯着A或者B一直在看，而是在棋盘区域扫视的。眼动使得，即使是在看一副静止图像时

6、，我们HVS得到的输入是眼睛在不同焦点下看到的图像，然后在视皮层及更高级别的区域进行全局整合（Global Integration），得到了我们感知到的结果。这一过程的具体机制并不是很了解，相关文献在illusion这方面貌似不是很多， 而且很久没有关注这方面的进展了。小结一下，我们看物体时，视网膜Retina所看到物体的颜色（Color，C）实际上是物体本身的反射性质（Reflectance，R，日光下的颜色）和光照条件（Illumination，I）共同作用的结果，暂且记作（一般为乘或者加，按模型假设定）。而视皮层Cortex和更高级的视觉系统通过观测量C和从环境估计的光照，恢复出，即R的

7、近似。对该现象的研究还是比较活跃的，实际上已经有超过40年的历史，主要是在计算机视觉和计算神经学领域，人们提出发展了很多理论，并称之“Retinex”，“Retina”和“Cortex”的合成词，由Edwin H. Land等于1971年提出1（该模型中取的是相乘），目前最好的结果是NASA的工作，多尺度Retinex2。限于篇幅和受众，这里就不继续对Retinex理论做更多介绍了，感兴趣的知友可以查看提到的两篇文献，以及相关的工作。下面放上自己在相关工作中对上面两张图片处理得到的结果左边为原始图片，中间为估计出来的阴影，右边为得到的图像。这里用到的模型是，可以看到处理后的图像更接近于我们视觉系统感知到的结果，棋盘图像中圆柱部分结果不甚理想，主要是模型所致。下面的表格为回复前后的亮度对比，数值代表灰度值，即亮度1 Land, Edwin H., and John McCann. "Lightness and retinex theory." JOSA 61.1 (1971): 1-11.2 Jobson, Daniel J., Z-U. Rahman, and Glenn A. Woodell. "A multiscale retinex for bridging the gap between