Visualisera Visual Anpassning

Summary

Den här artikeln beskriver en ny metod för att simulera och studera anpassning i det visuella systemet.

Abstract

Många tekniker har utvecklats för att visualisera hur en bild tycks en individ med en annan visuell känslighet: t ex på grund av optiska eller åldersskillnader, eller en färgbrist eller sjukdom. Detta protokoll beskriver en teknik för att införliva sensoriska anpassning i simuleringarna. Protokollet är illustrerad med exemplet i färgseende, men är generellt tillämpbar på varje form av visuell anpassning. Protokollet använder en enkel modell av människans färgseende baserad på standard och rimliga antaganden om retinal och kortikala mekanismer kodning färg och hur dessa justerar sin känslighet för både den genomsnittliga färgen och olika färg i den rådande stimulans. Förstärkningarna av mekanismerna är anpassade så att deras genomsnittliga reaktionen i ett sammanhang likställs för ett annat sammanhang. Simuleringarna hjälper avslöja de teoretiska gränserna för anpassning och generera "anpassade bilder" som är optimalt anpassade till en specifik environment eller observatör. De ger också en gemensam mått för att utforska effekterna av anpassning inom olika observatörer eller olika miljöer. Karakterisera visuell perception och prestanda med dessa bilder ger ett nytt verktyg för att studera funktioner och följderna av långsiktig anpassning i syn eller andra sensoriska system.

Introduction

Vad kan världen se ut till andra, eller till oss själva som vi förändra? Svaren på dessa frågor är av grundläggande betydelse för att förstå naturen och mekanismer för perception och konsekvenserna av både normala och kliniska variationer i sensorisk kodning. Ett brett utbud av tekniker och metoder har utvecklats för att simulera hur bilder kan tyckas individer med olika visuella känslighet. Till exempel, inkluderar dessa simuleringar av de färger som kan diskrimineras genom olika typer av färgbrister ^{1, 2, 3, 4,} de rumsliga och kromatiska skillnader som kan lösas av barn eller äldre observatörer ^{5, 6, 7, 8, 9} hur bilderna visas i det perifera seendet <s upp class = "xref"> 10, och konsekvenserna av optiska fel eller sjukdomar ^{11, 12, 13, 14.} De har också använts för att visualisera diskriminering som är möjliga för andra arter ^{15, 16, 17.} Vanligtvis sådana simuleringar använder mätningar av känslighetsförluster i olika populationer för att filtrera en bild och därmed minska eller ta bort den struktur de har svårt att se. Till exempel, vanliga former av färgblindhet speglar en förlust av ett av de två fotoreceptorer som är känsliga för medium eller långa våglängder, och bilder filtrerade för att ta bort deras signaler visas normalt saknar "röd-grönaktig" nyanser ^1. Likaså spädbarn har sämre synskärpa och därmed bilderna behandlas för sin reducerade rumsliga känslighet suddiga f. "> 5 Dessa tekniker ger ovärderliga illustrationer av vad en person kan se att en annan kanske inte men det gör de inte. – och ofta är inte avsedda att – skildra verkliga perceptuella upplevelsen av betraktaren, och i vissa fall kan förvränga mängd och typ av information tillgänglig för betraktaren.

Den här artikeln beskriver en ny teknik som utvecklats för att simulera skillnader i visuell upplevelse som innehåller en grundläggande egenskap hos visuell kodning – anpassning ^{18, 19.} Alla sensoriska och motoriska system justerar kontinuerligt till sammanhanget de utsätts för. En stickande lukt i ett rum snabbt bleknar, medan synen rymmer hur ljust eller dämpa rummet är. Viktigt dessa justeringar uppstår för nästan alla stimulans attribut, däribland "hög nivå" uppfattningar såsom egenskaperna hos någons ansikte ^20,class = "xref"> 21 eller deras röst ^{22, 23,} såväl som kalibrering motorkommandon som görs när flytta ögonen eller nå för ett föremål ^{24, 25.} I själva verket är anpassningen sannolikt en viktig egenskap hos nästan alla neural behandling. Denna uppsats visar hur att införliva dessa anpassningseffekter i simuleringar av utseendet på bilder genom att i princip "att anpassa bilden" att förutsäga hur det ser ut till en specifik observatör under ett specifikt tillstånd av anpassning ^{26, 27, 28, 29.} Många faktorer kan förändra känsligheten hos en observatör, men anpassningen kan ofta kompensera för viktiga aspekter av dessa förändringar, så att känslighetsförlusterna mindre iögonfallande än vad som skulle förutsägas utan antar att systemet anpassar sig. Omvänt, eftersomanpassning justerar känsligheten enligt gällande stimulans sammanhang dessa justeringar är också viktigt att införliva för att förutsäga hur mycket uppfattning kan variera när miljön varierar.

Följande protokoll visar tekniken genom att anpassa innehållet färg bilder. Färgseende har den fördelen att de initiala neurala stadierna av färgkodning är relativt väl förstådd, liksom mönstren för anpassning ^30. De faktiska mekanismer och justeringar är komplexa och varierade, men de huvudsakliga konsekvenserna av anpassningen kan fångas med hjälp av en enkel och konventionell tvåstegs modell (Figur 1a). I det första steget, är färgsignaler initialt kodas av tre typer av kon fotoreceptorer som är maximalt känsliga för kort, medium eller långa våglängder (S, M, och L-koner). I det andra steget, är signalerna från olika koner kombineras inom post-receptoral celler för att bilda "färg-motståndare" channels som tar emot antagonistiska insignaler från de olika konerna (och därmed förmedla "färg" information), och "icke-motståndare" kanaler som samman samman de koniska ingångar (sålunda kodning "ljusstyrka" information). Anpassning sker vid båda stegen, och justerar till två olika aspekter av färg – den genomsnittliga (i konerna) och variansen (i post-receptoral kanaler) ^{30, 31.} Målet med simuleringarna är att tillämpa dessa justeringar av modellmekanismerna och sedan återge bilden från deras anpassade utgångar.

Processen att anpassa bilder innebär sex huvudkomponenter. Dessa är en) väljer bilderna; 2) att välja formatet för bilden spektra; 3) som definierar förändringen i färg av miljön; 4) som definierar förändringen i känsligheten hos observatören; 5) med användning av programmet för att skapa de justerade bilder; och 6) med användning av bilderna för att utvärdera konsekvenserna av anpassningen. THan följer anser vart och ett av dessa steg i detalj. Den grundläggande modellen och mekanismsvaren illustreras i figur 1, medan Figurerna 2 – 5 visar exempel på bilder återges med modellen.

Protocol

OBS: Protokollet illustrerade använder ett program som gör att man kan välja bilder och sedan anpassa dem med alternativ som valts av olika rullgardinsmenyer. 1. Välj bilden att anpassa Klicka på bilden och bläddra efter filnamnet på bilden för att arbeta med. Observera den ursprungliga bilden i övre vänstra rutan. 2. Ange de Stimulus och Observer Klicka på menyn "format" för att välja hur man representera bilden…

Representative Results

Figurer till 2 – 4 illustrerar adaptions simuleringar för förändringar i observatören eller miljön. Figur 2 jämför den förutspådda utseende Cezanne stilleben med äpplen för en yngre och äldre observatör som skiljer sig endast i tätheten av linsen pigment 28. Den ursprungliga bilden som betraktas genom den yngre ögat (fig 2a) visas mycket gulare och dimmer genom tätare pigmente lins <…

Discussion

Den illustrerade protokollet visar hur effekterna av anpassning till en förändring i miljön eller observatören kan porträtteras i bilder. Formen denna skildring tar kommer att bero på de antaganden som görs för modellen – till exempel hur färgen kodas, och hur kodningsmekanismer reagera och anpassa sig. det viktigaste steget Således beslutar om modellen för färgseende – till exempel vad egenskaperna hos de hypoteser kanalerna är och hur de antas anpassa sig. De andra viktiga steg är att fastställa lämpli…

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)