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視覚科学グループ

視覚科学
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なぜそう見えるのか? - 視覚を科学する

 

 視覚とは私たちが想像するより遥かに巧妙なものです.外界の様々な情報を眼に映った画像から推測すること,それが視覚の機能であり,私たちの脳内への入力情報の8割を占めています.そうした機能の背景には常に変動する環境への適応機能,様々な視覚的手がかりの統合,記憶との照合過程など,まさに既存技術を格段に向上させるためのさまざまながヒントが隠されています.例えば,私たちの視覚情報処理容量には限度があり,眼に映った画像のすべての情報を脳内で処理しているのではなく,膨大な視覚情報の中から本当に必要なものだけを選択して処理をしていると考えられています.このような生体機能特有の視覚的注意の働きを明らかにすれば,未だかつてない新たなテクノロジーのための突破口となります.こうした視覚機能を解明するために,ヒトを対象とした視覚心理物理実験を行うとともに,視覚機能の数理モデルの構築を進めています.

 

 

質感研究

 多くの場合,私たちは瞬時に見た物の材質を言い当てることができます.材質の識別だけでなく,その状態を見分けることも可能ですし,さらにはその品質の良し悪しを評価できることもあります.このような材質や表面の状態といった質感の知覚が,眼から得られるどのような視覚情報に依拠しているのかを解明するために,私たちのグループではCGや写真などの画像を用いた実験だけでなく実物体を用いた実験を行っています.
 例えば,光沢だけでなく繊細な色みの変化やほのかな透明感が見る者を魅了する真珠について,その品質を鑑定する専門家(熟練者)が鑑定を行う環境と鑑定結果の関係について検討することで,熟練者が真珠を鑑定する際に用いる視覚情報について研究しています.さらには,熟練者と非熟練者を比較することで質感知覚に関わる視覚的能力の学習効果についても明らかにしようとしています.

 

機械学習と心理物理実験

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 私たちは,ピカピカした金属,透明感のあるガラス,温もりの感じられる木材など,表面に質感を持つ物体に囲まれながら生活しています.ヒトの視覚系にとって,様々な質感を区別することは基本的なタスクです.私たちはその中でも物体表面の光沢(ハイライト)と着色(アルベドの変化)の区別を中心に,それらがどのようなメカニズムに起因するかを機械学習と心理物理実験の2つのアプローチにより調査しています.
 機械学習では質感を持つ画像(例えば,光沢あり画像となし画像)を統計的解析手法により判別し,ヒト視覚系のメカニズムと関連付けます.心理物理実験では機械学習で得られた結果をもとに,ヒトを対象とした物体質感判断,評定をする実験を行い,どのような画像が物体の質感に起因するかを検証します.そして,心理物理実験の結果を機械学習へとフィードバックし,より詳細なモデルへと修正していくというサイクルを繰り返しながら,質感認知メカニズムの解明を目指しています.

 

専門家と素人の評価の違い

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 世の中には特別に優れた能力を持つ人がいます.そのような人の多くは,専門的な訓練によって能力を獲得し伸ばしています.しかし,特別な能力を構成する要素のうち,何が訓練によって変化し何が変わらないのかはよくわかっていません.本研究室では,物体の質感に対して鋭い感性を持つであろう画家やデザイナーなどの専門家と一般人を対象とした実験を行い,その結果を比較することで,質感知覚に関わる視覚的能力の学習効果について研究し,質感認知の環境依存性・学習依存性について解明することを目指しています.

 

真珠の評価

 

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 真珠の品質は,いくつかの評価項目に基づく鑑定士の目視によって決められています.しかし,専門家による評価と素人による評価ではどのような違いがあるかは知られていませんでした.本研究室では専門家と真珠に関する知識を持たない素人による真珠の評価実験の結果を比較しました.その結果,素人も専門家と同じ要素に基づいて評価するが,良し悪しの判定は人それぞれであることを明らかにしました.


[関連論文]

Experts and novices use the same factors--but differently--to evaluate pearl quality,
Yusuke Tani, Takehiro Nagai, Kowa Koida, Michiteru Kitazaki, Shigeki Nakauchi,PLoS ONE, 9(1): e86400, 2014

 

明るさ感

 

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 グレア錯視は,光の漏れ広がりを模擬した周辺刺激によって,中央の白色領域が明るく輝いて見える錯視です.上図にある刺激の中央領域はそれぞれ等しい輝度を持ちますが,ヒトはグラデーションを持つ刺激をより明るく感じ,自己発光物体のような輝きも感じます.本研究室では,このグレア錯視の色や輝度を変化させて,明るさ感の知覚にどのような影響を与えるか,その視覚情報処理メカニズムの解明を進めています.最近の研究により,有彩色のグラデーション刺激であればさらに明るく感じること,特に赤ー青色相での色付けの効果が大きいことがわかってきています.

 

鏡とガラスの材質識別

 

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 鏡とガラスのような材質は,物体の形状に依存して周辺の環境が写り込んで見えたり,透過したりするという共通の特徴を持っています.しかし,私たちは日常生活の中でその材質を間違えることはあまりありません.本研究室では鏡とガラスの材質識別に関わる視覚的手がかりの解明を進めています.その結果,映り込み・透過像の運動情報と色極性が重要な手がかりになっていることが明らかになりました.

 

質感とオノマトペの音象徴的関連

 

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 上の2つの図形は,カナダの山奥深くに住む原住民の言葉で,どちらか一方は「ブーバ」,もう一方は「キキ」と呼ばれるものです.どちらがどちらか,当ててみてください.この質問には,その人の話す言語によらず,多くの人がまるみのある方を「ブーバ」,とがった方を「キキ」だと答えることが報告されています,これは,ブーバキキ効果と呼ばれる,音象徴(音と何かしらのイメージが結びつく現象)の一つです.では,質感と音の間にはどのような関係があるのでしょうか?日本語には,質感を表すオノマトペ(擬音語・擬態語)が数多く存在し,私たちは日常的に「ゴツゴツした椅子」や「もふもふの猫」といったように質感をコミュニケーションします.日本語を母語としない人の間にもそのような質感と音の関連が見られるのでしょうか.

 

 

色覚研究

 信号機や路線図など「色」を利用して情報を見やすくしているものがたくさんあります.普段何気なく目にしている色という情報は人間の視覚‐大脳系が生み出す感覚です.これまで様々な研究により,ヒトが色を知覚する仕組み(色覚メカニズム)が明らかにされてきました.これら色覚研究の成果は,カラーディスプレイのRGB三原色や,情報伝送に伴う情報圧縮に応用されてきています.このように,ヒトの色覚特性を明らかにすることは,ヒトの色覚特性に合致した新しい視覚・色情報呈示システムの開発に貢献できます.

 

蛍光色

 

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 蛍光ペンやネオンカラーファッションといった蛍光色で色付けされた商品は身近にたくさん存在しています.蛍光とは外部から光を受けた蛍光物質が受けた光よりも長波長で発光する現象です.しかし,蛍光発光するはずのないディスプレイ上の画像や,ファッション誌の写真でも人は蛍光色であると知覚することがあります.蛍光に対する知覚現象は現在までほとんど研究されておらず,そのメカニズムは解明されていません.本研究室では蛍光の知覚がどのように生じるのかを研究し,色の見えの観点から蛍光色の定量的な評価を可能にし,蛍光色のもつ知覚的な役割について明らかすることを目指しています.

 

高次色覚メカニズム

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 ヒトの色覚メカニズムに関する多くの研究により,ヒトの視覚系における色情報表現は,網膜上では3色で表現され,次の段階では4色(反対色)で表現されるといったように,処理段階によって異なることが明らかにされてきました.しかし,反対色以降の色情報表現である高次色覚メカニズムについては多くの調査がされてきていますが,未だにはっきりとした答えは得られていません.本研究室では,Classification Image法という被験者の応答と相関が高い情報をランダムノイズから見つけ出す「逆相関法」により,高次色覚メカニズムの特性調査と数理モデル構築を目指しています.

 

[関係論文]

Sato T., Nagai T., Nakauchi S., Reverse correlation analysis of chromatic contrast perception based on chromatic mechanism models, Optical Review, Vol.21, No.5, pp.526-540 (2014/10)

 

反射成分に付随する色順応

 

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 物体表面から反射される光は色や模様を表現する「拡散反射成分」と映り込みを表現する「鏡面反射成分」に分けることができます.これらの反射成分の関係性を見ることで,私たちは光沢感や透明感などの質感を知覚できると考えられています.しかし,ヒトの視覚系が2つの反射成分を別々に切り分けているのかどうか実験的には明らかになっていませんでした.本研究室では,「色順応」という手法を用いて,拡散反射成分と鏡面反射成分で異なる色に彩色された刺激に対して,反射成分ごとに異なる色順応が生じるかどうかを調査し,反射成分に選択的に反応するメカニズムの解明を目指しています.

 

 

過去の研究一覧

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