Bias Tendency of Color Perception According to the Color Attributes

Abstract

Several previous studies have been conducted that consider various factors to reveal color appearance and color memory, but there are not many studies that consider color attributes as a major variable. In addition, most studies focusing on color attributes have limitations in not effectively controlling lightness and chroma because hue is considered as the main variable. As a result of the overall color stimulus, lightness and chroma increased when color appearance and color memory were obtained, but no consistent research results were derived according to hue. In some studies, referring to these limitations, a negative correlation was obtained as a result of conducting a regression analysis using the lightness of color stimulus as an independent variable and the color appearance chroma as a dependent variable. Through this, it was indirectly reported that the attributes of color can affect the color appearance. Therefore, this study attempted to closely study the color appearance and color memory according to color attributes by conducting a total of three empirical experiments. First, a color appearance experiment was conducted using a simultaneous match method of color chips by fixing hue among the color attributes and adjusting lightness and chroma step by step. Second, a color memory experiment was conducted using the delayed match method using the same color stimulus as the color appearance experiment. Third, a memory color recall experiment and an object surface color appearance experiment including the memory color effect were conducted using the familiar natural objects including face skin. By synthesizing the three experimental results, it was confirmed whether the bias tendency in the bottom-up information processing mechanism of color occur the same in long-term memory including top-down information processing. Finally, in order to confirm the effect of color appearance and color memory mechanism on the color representation preference, an image preference experiment was conducted using displays with different color representation characteristics. By synthesizing the above four experimental results, the common bias tendency that occur in color appearance, color memory, memory color, and image preference were confirmed. The specific results of the empirical study are as follows. First, as a result of the experiment, there was no difference according to the four hues of Red, Green, Yellow, and Blue, and the results of the color appearance experiment and the color memory experiment were very similar. As a result of color appearance, L* was increased by about 8% and C* was increased by about 18%. Since both L* and C* increased, the distance from black V* also increased by about 13%. It was also confirmed that L* increased by about 14% and C* increased by about 23% in color memory. Since both L* and C* were increased, the distance from black V* also increased by about 17% in color memory. On the other hand, in the case of D*, the distance from white, both color appearance and color memory tended to be homologous to or slightly decreased with the reference color stimulus D* value. Through this, it was confirmed that the direction of the bias occurring in the color surface observation was not a dark and saturated direction, but a direction away from Black, a bright and saturated direction, that is, a direction of V* increase. Second, lightness and chroma interacted with each other and influenced the tendency to increase chroma in color appearance and color memory. It was confirmed that the lightness and chroma of reference color had a negative effect on the C* increase/decrease rate of color appearance and color memory. That is, as the lightness of the color stimulus increased, the C* increase/decrease rate decreased. In particular, the point at which the C* increase/decrease rate converges to less than 1 in both color appearance and color memory was found to be the L* 80 point. Through this, it was confirmed that the L* 80 point can act as a critical point that can be perceived and remembered by lowering the chroma when observing the color surface. As a singular point, it was confirmed that the C* increase/decrease rate decreased to 1 or less in the area of L*80 or more and the very pale area of C*20 or less. Through this, it was confirmed that in the case of color areas close to white(L* 80 or more and C* 20 or less,) chroma can be perceived and remembered close to achromatic colors by reducing chroma. This is the opposite bias of perceiving and remembering close to chromatic colors by increasing chroma in the case of colors close to black in this experiment. Third, as mentioned earlier, the direction of the bias in color appearance and color memory is the same, but the increase in bias is greater in color memory. This means that the tendency of bias that already occurs in the step of observing the color surface is applied to the short-term and working memory of color and the intensity of the bias becomes stronger. In addition, in the color memory stage, the lightness value of the color stimulus influenced the lightness increase/decrease rate of the color memory. This was not found in the color appearance experiment, and can be seen as a characteristic of color memory. These results confirm that color memory has a stronger intensity of the bias than color appearance and is more affected by color attributes lightness and chroma. Fourth, the results of the memory color recall experiment and the object surface color appearance experiment also found a tendency to increase lightness and chroma. In addition, only the 'face skin' whose image measurement values were distributed in the areas of L* 60-80 and C* 20-30 had lower chroma of memory color than the measurement values. This is similar to the chroma decrease in the area of L*80 or more and C*20 or less in both color appearance and color memory experiment. On the other hand, in the case of 'eggplant' where both lightness and chroma are very low, a bias occurred in which the direction away from the black. Although the number of objects used in this study is very limited and it is difficult to make a clear argument with only the cases shown in 'face skin' and 'eggplant', the results may report that the perception, short term memory and long term memory mechanism of color may have a similar bias tendency. Fifth, the preference for image reproduction color also preferred the direction in which lightness and chroma increased, similar to color appearance and color memory discussed above. In addition, preference increased when the V* value of the color characteristic in the image was high, and when it was expressed brighter and more saturated, that is, when the V* increased. Accordingly, it was confirmed that the direction to improve the image's color preference was an increase in V* due to the expansion of luminance and color gamut, that is, the direction away from Black.;색채의 외관과 색채 기억의 특성을 밝히기 위해 다양한 요인을 변인으로 고려한 연구들이 수행되었으나 색채 속성을 주요 변인으로 고려한 연구 결과는 많지 않다. 또한 색채 속성에 집중한 연구의 경우 대부분 hue를 주 변인으로 고려하여 lightness와 chroma를 효과적으로 통제하지 못한 한계점을 지닌다. 이에 전체 색채 자극의 종합 결과로 색채 외관 및 색채 기억 시 lightness와 chroma가 향상되는 결과를 얻었지만 hue에 따른 일관적인 연구 결과를 도출하지 못하였다. 일부 연구에서는 이러한 한계점을 언급하며, 색채 자극의 lightness를 독립변인 색채 외관의 chroma 특성을 종속변인으로 하여 회귀 분석을 시행한 결과 부의 상관관계를 얻기도 하였다. 이를 통해 색채 외관과 색채 기억의 특성에 색채의 속성이 영향을 미칠 수 있음을 간접적으로 보고하였다. 이에 본 연구는 총 세 가지 실증 실험을 진행하여 색채 속성에 따른 색채 외관과 색채 기억의 특성을 면밀이 연구하고자 하였다. 먼저, 색채 속성 중 hue를 고정하고 lightness와 chroma를 단계적으로 조정한 색채 자극을 활용하여 색 면의 동시 비교(simultaneous match) 방법을 활용한 색채 외관 실증 실험을 수행하였다. 두번째로 색채 외관 실험과 동일한 색채 자극을 활용하여 색면의 지연 비교(delayed match) 방법을 활용한 색채 기억 실증 실험을 시행하였다. 세번째로 얼굴 피부를 포함한 자연물 원형 이미지를 활용하여 기억색 인출 실험과 memory color effect를 포함하는 대상 표면 색채 외관 실험을 시행하였다. 세 가지 실험 결과를 종합하여 색채의 bottom-up 정보처리 기제에서 나타나는 편향 특성이 top-down 정보처리를 포함하는 장기 기억에서도 동일하게 일어나는지 여부를 확인하였다. 마지막으로 색채 외관과 색채 기억에서 나타나는 편향 특성이 색채 재현 선호도에 미치는 영향을 확인하기 위하여 색 재현 특성이 서로 다른 디스플레이를 활용하여 색채 재현 이미지 선호도 실험을 수행하였다. 위의 네 가지 실험 결과를 종합하여 색채 외관, 색채 기억, 기억색 그리고 이미지 재현 색채 선호에서 일어나는 공통된 편향 특성을 확인하였다. 실증 연구의 구체적인 결과는 아래와 같다.첫째, 실증 실험 결과 red, green, yellow, blue 4가지 hue에 따른 차이가 나타나지 않았으며 색채 외관 실험과 색채 기억 실험의 결과가 매우 유사하게 나타났다. 먼저, 동시 비교 실험을 통해 얻은 색채 외관 결과로, 색채 외관의 L*가 약 8%, C*가 약 18% 증가하였다. L*와 C*가 모두 증가 했으므로 black으로부터의 거리인 V* 도 약 13% 증가하였다. 색채 기억 또한 L*가 약 14%, C*가 약 23% 증가하였다. 마찬가지로 색채 기억에서도 L*와 C*를 모두 증가하여 기억 했으므로 black으로부터의 거리인 V*도 약 17% 증가하였다. 반면, white로부터의 거리인 D*의 경우 색채 외관과 색채 기억 모두 reference 색채 자극 값과 상동이거나 소폭 감소하는 경향을 보였다. 이를 통해 색채 표면 관찰 단계에서 일어나는 편향의 방향성이 어둡고 포화된 방향(deeper-stronger)이 아닌 밝고 포화된 방향(brighter-cleaner)인 Black으로부터 멀어지는 방향 즉, V* 증가 방향인 것을 확인하였다. 째, 색채 외관과 색채 기억에서 일어나는 chroma 증가 경향에 lightness와 chroma가 상호작용하며 영향을 미쳤다. 색채 자극의 lightness(L*R)와 chroma(C*R) 값이 색채 외관의 chroma 증감율과 색채 기억의 chroma 증감율에 미치는 영향을 확인하기 위해 다중회귀분석을 시행하였다. 회귀분석 결과 L*R, C*R 값이 C* 증감율에 부의 영향을 미치는 것을 확인하였다. 즉, 색채 자극의 lightness가 증가할수록 C* 증감율이 감소하였다. 특히 색채 외관과 색채 기억 모두 C* 증감율이 1 이하로 수렴하는 지점이 L*R 80 지점으로 나타나 L* 80 지점이 색채 표면 관찰 시 chroma를 하향하여 인식하고 기억할 수 있는 임계점으로 작용할 수 있음을 확인하였다. 특이지점으로, C* 20 이하의 chroma가 낮은 영역 중 L* 80 이상에서 C* 증감율이 1 이하로 감소하는 것을 확인하였다. 이에 색채 외관과 색채 기억에 있어서 L* 80 이상이면서 동시에 C*가 20 이하인 즉, white에 가까운 색채 영역의 경우 chroma를 감소하여 무채색에 가깝게 편향될 수 있음을 확인하였다. 이는 본 실험에서 black에 가까운 색채의 경우 chroma를 증가하여 유채색에 가깝게 편향한 것과 반대되는 특성이다. 셋째, 앞서 언급한 바와 같이 색채 외관과 색채 기억에서 나타나는 편향의 방향성은 동일하나, 편향의 증가폭이 색채 기억에서 더 크게 나타났다. 이는 색채 표면을 관찰하는 단계에서 이미 일어나는 편향의 경향이 색채의 단기 기억에 그대로 적용이 되며 그 강도가 더 강해지는 것을 의미한다. 이에 더해서 색채 기억 단계에서는 색채 자극의 lightness 값(L*R)이 색채 기억의 lightness 증감율에 영향을 미쳤다. 이는 색채 외관 실험에서 발견되지 않은 것으로 색채 기억의 특성으로 볼 수 있다. 이러한 결과를 통해 색채 기억은 색채 외관보다 chroma와 lightness 편향의 강도가 강하며 색채 속성 lightness와 chroma의 영향을 더 많이 받는 것을 확인할 수 있다. 넷째, 기억색 인출 실험과 대상 표면 색채 외관 실험 결과도 앞선 두 가지 실험의 결과와 마찬가지로 lightness와 chroma가 증가하는 경향을 발견하였다. 그리고 이미지 측정 값이 L* 60~80 , C* 20~30 영역에 분포한 ‘얼굴 피부’만 표면 색채 외관과 기억색의 chroma가 이미지 측정 값보다 낮게 분포하였다. 이는 색채 외관과 색채 기억 실험에서 L* 80 이상 C* 20 이하 영역에서 chroma 인식과 기억이 모두 감소한 것과 유사한 결과이다. 반면, lightness와 chroma가 모두 매우 낮은 ‘가지’의 경우 black으로부터 멀어지는 방향 즉 chroma가 강화되는 편향이 일어났다. 본 연구에 활용한 대상 물체의 수가 매우 한정적이고 ‘얼굴 피부’와 ‘가지’에서 나타난 사례만으로 명확한 논증을 하기는 어려우나, 색채 외관과 색채 기억에서 chroma 감소가 일어난 lightness · chroma 영역과 동일한 영역에서 기억색의 chroma 감소가 일어난 것을 통해 색채의 지각과 단기 기억 그리고 장기 기억의 기제가 유사한 편향 경향을 가질 수 있음을 언급하고자 한다. 다섯째, 이미지 재현 색채에 대한 선호도 또한 lightness와 chroma가 증가하는 방향을 선호 하였다. 세부적으로 디스플레이의 luminance가 확장되고 color gamut이 확장되어 색채의 L*, C*, V* 값이 모두 향상된 상태를 선호하였다. 이에 더하여 이미지 내에 색채 특성이 V* 값이 높을 경우 이를 더 밝고 포화되게 표현하였을 때 선호도가 증가하였다. 또한 이미지 재현에 대한 감성 평가 결과 지각적 속성 중 색채의 풍부한 정도를 평가하는 ‘vividness’ 항목이 화질의 인지적 속성을 평가하는 평가 항목에 가장 큰 영향을 미쳤다. 이에 따라 이미지에 재현된 색채의 선호도를 향상시킬 수 있는 방향이 luminance의 확장과 color gamut 확장에 따른 V*의 증가 즉, Black으로부터 멀어지는 방향인 것을 확인하였다.