Visualisering Visual Tilpasning

Summary

Denne artikkelen beskriver en ny fremgangsmåte for å simulere og studere tilpasning i det visuelle systemet.

Abstract

Mange teknikker har blitt utviklet for å visualisere hvordan et bilde vil vises til en person med en annen visuell følsomhet: for eksempel på grunn av optiske eller aldersforskjeller, eller en farge mangel eller sykdom. Denne protokollen beskriver en teknikk for å inkorporere sensoriske tilpasning inn i simuleringene. Protokollen er illustrert med et eksempel på fargesyn, men er generelt anvendbar for en hvilken som helst form for visuell tilpasning. Protokollen benytter en enkel modell for menneskelig fargesyn basert på standard og plausible antagelser om retinal og corticale mekanismer som koder for farge og hvordan disse justerer deres følsomhet for både middelfargen og utvalg av farger i den rådende stimulus. Forsterkningene til de mekanismer som er innrettet slik at deres middelresponsen under ett sammenheng er likestilt for en annen sammenheng. Simuleringene bidra til å avsløre de teoretiske grenser for tilpasning og generere "tilpasset bilder" som er optimalt tilpasset til en spesifikk Environment eller observatør. De gir også en felles metrisk for å utforske virkningen av tilpasning innenfor ulike observatører eller ulike miljøer. Karakterisere visuell persepsjon og ytelse med disse bildene gir et nytt verktøy for å studere funksjoner og konsekvenser av langsiktig tilpasning i syn eller andre sensoriske systemer.

Introduction

Hva kan verden se ut til andre, eller for oss selv som vi forandre? Svarene på disse spørsmålene er fundamentalt viktig for å forstå naturen og mekanismer for oppfatning og konsekvensene av både normale og kliniske variasjoner i sensorisk koding. Et bredt utvalg av teknikker og metoder har blitt utviklet for å simulere hvordan bildene kan vises til personer med ulike visuelle følsomhet. For eksempel, disse inkluderer simuleringer av de farger som kan diskrimineres ved hjelp av forskjellige typer farge mangler ^{1, 2, 3, 4,} de romlige og kromatiske forskjeller som kan løses av spedbarn og eldre observatører ^{5, 6, 7, 8, 9} hvordan bilder vises i sidesynet <s opp class = "ekstern referanse"> 10, og konsekvensene av optiske feil eller sykdom ^{11, 12, 13, 14.} De har også blitt anvendt for å visualisere den forskjells som er mulig for andre arter ^{15, 16, 17.} Typisk omfatter slike simuleringer bruke målinger av følsomhets tap i forskjellige populasjoner for å filtrere et bilde og således redusere eller fjerne den struktur de har vanskeligheter med å se. For eksempel kan vanlige former for fargeblindhet reflektere et tap av en av de to fotoreseptorene er sensitive for middels eller lange bølgelengder, og bilder som er filtrert for å fjerne de signaler som vises vanligvis fri for "reddish-grønnaktig" fargetoner ^1. Tilsvarende spedbarn har dårligere skarphet, og dermed bilder behandlet for deres romlige redusert følsomhet ha uklare f. "> 5 Disse teknikkene gir uvurderlig illustrasjoner av hva en person kan se at en annen kan ikke Men de gjør ikke -. og ofte er ikke ment å – skildre selve perseptuelle opplevelsen av observatøren, og i noen tilfeller kan uriktige opplysninger om mengde og typer av informasjon som er tilgjengelig for observatøren.

Denne artikkelen beskriver en ny teknikk utviklet for å simulere forskjeller i syns erfaring som innbefatter et grunnleggende trekk ved visuell koding – tilpasning ^{18, 19.} Alle sensoriske og motoriske systemer justerer kontinuerlig til konteksten de er utsatt for. En stikkende lukt i et rom blekner raskt, mens visjon plass til hvor lyse eller dempe rommet er. Viktigere, oppstår disse justeringene for nesten enhver stimulus attributt, inkludert "high-level" oppfatninger som kjennetegner noens ansikt ^20,class = "ekstern referanse"> 21 eller stemmen ^{22, 23,} så vel som å kalibrere motoren kommandoene foretatt ved å bevege øynene eller strekker seg etter et objekt ^{24, 25.} Faktisk er tilpasning trolig en viktig egenskap for nesten alle nevrale behandling. Denne artikkelen viser hvordan du kan innlemme disse tilpasningseffekter i simuleringer av utseendet på bildene ved utgangspunktet "tilpasse bildet" til å forutsi hvordan det ville se ut til et bestemt observatør under en bestemt tilstand av tilpasning ^{26, 27, 28, 29.} Mange faktorer kan endre sensitivitet av en observatør, men tilpasningen kan ofte kompensere for viktige aspekter av disse endringer, slik at tapene følsomhet er mindre iøynefallende enn det som ville bli forutsagt uten forutsatt at systemet tilpasser seg. Omvendt, forditilpasning justerer følsomhet i henhold til gjeldende stimulus sammenheng, er disse justeringer er også viktig for å innlemme for å forutsi hvor mye oppfatning kan variere når miljøet varierer.

Følgende protokoll illustrerer teknikken ved å tilpasse fargeinnholdet av bilder. Fargesyn har den fordel at de innledende stadier av nevrale fargekoding er relativt godt forstått, så er de mønstre av tilpasning ^30. Den faktiske mekanismer og justeringer er komplekse og varierte, men hoved konsekvensene av tilpasning kan fanges opp ved hjelp av en enkel og konvensjonell to-trinns modell (Figur 1a). I det første trinn blir fargesignaler innledningsvis kodet for av tre typer kjeglefotoreseptorer som er maksimalt følsom for korte, middels og lange bølgelengder (S, M og L kjegler). I det andre trinn blir signalene fra forskjellige kjegler kombineres i post-receptoral celler til å danne "farge-motstander" channels som mottar antagonistiske inngangssignaler fra de forskjellige kjegler (og således formidle "farge" informasjon), og "ikke-motstander" kanaler som summerer sammen de koniske innganger (således koding "lyshet" informasjon). Tilpasning skjer på begge trinn, og justeres til to forskjellige aspekter av farge – den midlere (i kjeglene) og varians (i post-receptoral kanaler) ^{30, 31.} Målet med simuleringene er å bruke disse justeringene til modell mekanismer og deretter gjengi bildet fra sine tilpasset utganger.

Prosessen med å tilpasse bilder omfatter seks primærkomponenter. Disse er 1) å velge bilder; 2) å velge format for bilde spektra; 3) som avgrenser den endring i fargen av miljøet; 4) som definerer forandringen i følsomhet for observatøren; 5) ved hjelp av programmet for å lage de tilpassede bilder; og 6) ved hjelp av bildene for å vurdere konsekvensene av tilpasningen. Than følgende vurderer hver av disse trinnene i detalj. De grunnleggende modellen og mekanismen reaksjoner er illustrert i figur 1, mens figurene 2 – 5 viser eksempler på bildene gjengis med modellen.

Protocol

MERK: Protokollen illustrert bruker et program som gjør det mulig å velge bilder og deretter tilpasse dem ved hjelp av alternativene som er valgt av ulike rullegardinmenyene. 1. Velg bildet for å tilpasse Klikk på bildet og bla for filnavnet på bildet for å jobbe med. Observere det opprinnelige bildet i øvre venstre ruten. 2. Angi Stimulus og The Observer Klikk på "format" menyen for å velge hvordan å representere b…

Representative Results

Figurene 2 – 4 viser tilpasnings simuleringer for endringer i observatøren eller miljø. Figur 2 sammenligner spådd utseendet Cezannes Stilleben med epler for en yngre og eldre observatør som bare varierer i tettheten av objektivet pigment 28. Det opprinnelige bildet som ses gjennom den yngre øyet (figur 2a) ser ut mye gulere og dimmer gjennom den tettere pigmentert linse (figur 2b).</st…

Discussion

Den viste protokoll viser hvordan effekten av tilpasning til en endring i miljøet eller observatør kan fremstilles på bildene. Skjemaet denne fremstillingen foregår, vil avhenge av forutsetningene for modellen – for eksempel, hvordan farge er kodet, og hvor kode- mekanismer reagere og tilpasse seg. Dermed viktigste steget er å avgjøre om modellen for fargesyn – for eksempel hva egenskapene til de hypotetiske kanalene er, og hvordan de antas å tilpasse seg. Den andre viktige trinn er å sette passende parametere f…

Materials

Computer

Images to adapt

Programming language (e.g. Visual Basic or Matlab)

Program for processing the images

Observer spectral sensitivities (for applications involving observer-specific adaptation)

Device emmission spectra (for device-dependent applications)