[科普中国]-颜色信息处理

颜色信息处理是指同时响应颜色和亮度差别，可以非常简单、有效地同时提取彩色图像中的亮度边界和颜色边界。1

颜色视觉信息处理的理论探讨在众多的有关视觉信息处理的数学模型中，侧抑制网络模型和感受野模型是两个描述视觉系统功能的重要模型。前者提供了视觉系统的空间检测功能的数学模型；后者描述了视觉系统的信息处理方式。但由于颜色视觉过程的复杂性，从颜色刺激到颜色感觉转换过程的数量关系仍未被清楚地揭示出来。

为了定量地描述从颜色刺激到颜色感觉的转换过程，根据视觉系统的输入与输出特性，建立了颜色视觉系统的模糊数学模型，而对于颜色感觉产生过程中的信息处理与传递方式未作定量描述。

根据现代颜色视觉机制理论，颜色视觉过程是分阶段的，包括三色感受、四色传导和中枢处理三个阶段。前两个阶段发生在视网膜上，后一阶段发生在视觉皮层中枢。根据人工神经网络理论探讨颜色视觉信息处理的视网膜三色感受和四色传导的神经网络模型，目的在于为建立完整的颜色视觉信息处理网络理论奠定基础。2

视网膜的解剖结构视网膜的厚度只有0.1~0.5mm，但结构十分复杂。按主要的细胞层次可将视网膜简化为4个层次来描述，如图1所示。从靠近脉络膜的一侧起，视网膜最外一层是色素细胞,它含有黑色素颗粒和维生素A，对和它相邻的感光细胞起营养和保护作用。这一层从来源上不属于神经组织。此层内侧为感光细胞层。感光细胞有锥体和杆体两种，它们都含有特殊的感光色素，是真正的光感受器细胞。杆体细胞在暗视觉条件下感受亮度；锥体细胞在明视觉条件下感受颜色。根据锥体细胞光谱感受特性的不同，可分为感红、感绿和感蓝三种。它们对不同波长的光具有不同的感光特性。

感光细胞通过终足和双极细胞层的双极细胞发生突触联系。双极细胞再和节细胞层中节细胞发生突触联系。

在视网膜中除了这种纵的细胞间联系方式外，还存在着横的联系。如在感光细胞和双极细胞之间有水平细胞，在双极细胞和节细胞之间有无足细胞。它们的突起在两层细胞之间联系，可以在横向传递信息,使视网膜不同的区域之间有可能相互联系。

所有节细胞的轴突汇聚在一起，穿出眼后壁形成视神经，向大脑传递视神经冲动。

视网膜信息处理机制视网膜和神经组织一样，各级细胞之间存在着复杂的排列。视觉信息在视网膜内传递时已经历了某些处理和变化，因此，最后由视神经传出的信息是经过初步加工的信息了。

关于视觉信息在视网膜内传递时究竟如何改变的问题,还不完全清楚。所能肯定的是双极细胞、水平细胞和无足细胞也和感光细胞一样，没有产生动作电位的能力,但前三者与感光细胞不同的是,他们在前一级细胞的影响之下既可以产生超极化的慢电位，也可以产生除极化的慢电位(即和一般神经细胞一样既可以产生ESPP，又能产生IPSP)。只有当慢电变化最后传到神经节细胞体时，才按照一般细胞上兴奋和抑制相总和原则，诱发出一定数量的动作电位。

在感光细胞和神经节细胞之间的中间细胞层在什么条件下产生超极化的慢电位或除极化的慢电位，则取决于刺激色光的种类。一些中间细胞在红光刺激时产生除极化的慢电位；而另有一些中间细胞在用绿光刺激时产生超极化的慢电位。有些中间细胞在用黄光刺激时产生除极化的慢电位；而另有一些中间细胞在蓝光刺激时产生超极化的慢电位。

颜色视觉信息处理的视网膜神经网络模型是在现代颜色视觉机制理论的基础上，综合考虑了颜色视觉过程中视锥细胞的光感受特性、视觉系统的侧抑制原理和感受野理论之后建立起来的，因此可用于色度学和颜色信息处理与复制等领域。2

本词条内容贡献者为:

王慧维 - 副研究员 - 西南大学