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역동적 광순응 신경망을 이용한 색채 항등성의 구현

Realizing Color Constancy with a Dynamic-Light-adapting Neural Network Model

한국심리학회지: 일반 / Korean Journal of Psychology: General, (P)1229-067X; (E)2734-1127
1991, v.10 no.1, pp.61-96
한광희 (연세대학교 심리학과)
정찬섭 (연세대학교 심리학과)
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초록

순응 이론은 광순응 과정을 통하여 조명에 대한 추상체의 감도가 떨어짐으로써 조명의 효과가 제거되고 색채 항등성이 발생된다고 가정한다. 그러나 순응과정이 지속되면 억제의 정도가 점차로 증가되어 추상체의 반응이 소멸될 수 있기 때문에 순응 이론에서는 눈운동에 의하여 수용기의 반응이 소멸되지 않도록 하는 것을 전제로 한다. 색채 항등성을 구현하기 위해서 순응 이론에서 제안된 색채 처리 원리에 근거한 순응과 눈운동의 기능이 반영된 신경망 모형이 개발되었다. 신경망은 신경 생리학적 연구들에서 발견된 색채 처리 과정에 관여하는 세포들의 기능을 반영하여 여섯개의 층으로 구성되었다. 신경망의 여섯개층은 망막에 있는 세종류의 서로 다른 파장 민감도를 가진 입력 광수용기, 회귀적인 억제 연결을 통해서 광수용기의 순응 효과를 반영하는 세포, 두번째 층의 출력을 선형 조합하여 파랑-노랑, 초록-빨강 및 검정-하양 차원으로 극성을 부여하는 기능을 하는 망막의 신경절이나 외측 슬상핵에서 발견된 색채 대립 세포, 인접한 한 쌍의 대립 단위들로 부터 주어지는 입력의 차이를 계산하여 역치를 적용하는 기능을 하는 시뇌의 17영역에서 발견된 이중 대립 세포, 시뇌의 17영역과 V4영역 사이에서 정보를 전달하는 세포, 그리고 시뇌의 V4영역에 있는 세포들을 각각 흉내내는 단위들로 구성되어 있었다. 눈운동과 순응에 의한 색채 항등성 실현가능성을 검증하기 위하여 순응 기능에 덧붙여 신경망의 첫번째 층과 두번째 층 사이에 영상 이동기를 두어 눈운동 기능을 흉내내도록 한 동적 신경망 모형과 순응과 눈운동기능이 반영되지 않은 정적 신경망 모형으로 나누어 두 모형의 수행력을 비교하였다. 두 모형의 수행력을 비교한 결과에 의하면 동적 모형의 수행이 정적 모형의 수행보다 유의미하게 우수하였다. 정적 모형에 비하여 동적 모형의 수행이 우수하다는 것은 기존의 순응 이론들이 가정하고 있는 바와 같이 색채 대립 세포의 기능에는 포함되지 않는 순응과 눈운동이 조명의 효과를 제거하는데 중요한 기능을 한다는 것을 암시한다.

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Abstract

According to the adaptation theory, changes in the sensitivity of the cones caused by illumination playa very critical role in color constancy. However, since the sensitivity of the cones may rapidly dissipate as the levels of adaptation grows up, adaptation theory assumes that eye-movement is an essential part controlling the sensitivity of the cones not to be saturated. A neural network model for color vision was developed to simulate the function of adaptation and eye-movement as specified in adaptation theory. Color constancy was the focal interest in the designing of the neural network A six-layered neural network was designed in such a way to accomodate a number of human principles of color proce:3sing from retina to cortex. Units in each of the six layers were made to mimic the three kinds of cones, adaptation of cones, color-opponent units, double-opponent units, interconnecting units between area 17 and V4, and the units in area V4, respectively. The fifth layer were treated as hidden and its connections with the fourth and sixth layers were made to be adaptively determined by back-propagation algorithm, Outputs of the network were mapped onto the CIE color space by the units in the sixth layer. The effect of eye-movement was simulated by shifting the input color image back and forth across the input field. Hence, the neural network thus developed was dynamic in nature. In order to evaluate the effect of installing adaptation and eye-movement mechanisms in the neural network on approximating color constancy, the performance of the dynamic neural network was compared with that of a static one of which structure is identical to the dynamic one except the absence of adaptation and eye-movement mechanisms. The performance of the dynamic neural networks approached to color constancy in a satisfactory level and was significantly superior to that of the static neural network.

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