錯視の科学と応用

2021年10月5日（火）14:00-17:00
品質評価技術研修「ヒューマンエラーをさまざまな視点から学ぶ」
地方独立行政法人北海道立総合研究機構ものづくり支援センター
（工業試験場産業システム部人間情報応用神生様ご担当） online

錯視の科学と応用

立命館大学総合心理学部　北岡明佳 email

2021/9/22 より

こんにちは。立命館大学の北岡と申します。錯視の研究（視知覚の研究）をしています。

1961年8月19日生まれ（高知県）。教育学博士（筑波大学（心理学研究科）、1991年）。趣味は電車を見ることとドライブすること。

本講演の概要

●北海道立総合研究機構にお招き頂き、まことにありがとうございます。

●近代的な錯視研究は150年以上の歴史がありますが、最近の20年においても大いに進歩しました。しかし、その応用は十分とは言えません。

●錯視にはいろいろ種類がありますので、まず前半の部では、いくつか紹介しつつ応用可能性を考察します。後半の部では、最先端だと思う色の錯視の研究を（かなりマニアックに）紹介したいと思います。

前半の部：錯視いろいろ

古典的な幾何学的錯視の例。（a）ミュラー=リヤー錯視。上下の水平線分は同じ長さであるが、下の方が長く見える。（b）エビングハウス錯視。リングの中の円は左右同じ大きさであるが、大きい円のリングに囲まれた左の円よりも、小さい円のリングに囲まれた右の円の方が大きく見える。（c）ボンゾ錯視。Λや＜の頂点に近い方に置かれた対象が大きく見える。具体的には、2本の水平線分は同じ長さだが、上の方が長く見える。2つの円は同じ大きさだが、左の方が大きく見える。（d）ポッゲンドルフ錯視。2つの斜線は一直線上にあるが、右の斜線の方が上方に変位して見える。（e）ツェルナー錯視。垂直より反時計回りに45度傾いた黒い線は互いに平行だが、交互に傾いて見える。交差する短い線との交差角度の過大視の現象である。（f）へリング錯視（湾曲錯視）。水平線分が曲がって見える。上の線分は上に凸、下の線分は下に凸に見える。（g）ミュンスターベルク錯視。白と黒の正方形の列を図のようにずらして配置し、列の境界に線分を描くと、図ではそれらは水平であるが、交互に傾いて見える。本図のように線が灰色の時は、カフェウォール錯視（Café Wall illusion）と呼ばれることが多い。（h）フレーザー錯視。垂直より反時計回りに45度傾いた仮想線に沿って短い斜線の列が描かれているが、列の傾きは短い斜線の傾きの方向に変位して見える。ツェルナー錯視とは逆の錯視である。（i）フレーザー錯視の渦巻き錯視。フレーザー錯視では、傾いて見えるのは線分であるが、傾いて見える対象を円状に配置した時に観察できる錯視である。具体的には、同心円が渦巻きのように見える。

参考書

後藤倬男・田中平八（編）（2005）錯視の科学ハンドブック　東京大学出版会

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北岡明佳　（2010）　錯視入門　朝倉書店

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北岡明佳　（2019）　イラストレイテッド　錯視のしくみ　朝倉書店

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錯視はユビキタス（そこら中にある）

静脈が青く見える錯視・・・静脈は青く見えるが、画素は青くない。
Veins appear to be bluish, though the pixels are not.

「静脈錯視」

青白く撮れた写真の場合でも、この手の青く浮き出て見える静脈は物理的には青くなく、彩度の低い黄色かオレンジ色であった。

静脈ではない部分の肌と静脈部分の肌の比較

肌の画像のRGB値の分布

「青く見える電車」

The train cars appear to be bluish, though the pixels are yellowish.

すべてのピクセルは黄色の色相（一部灰色）であるが、電車の車体は青く見える。

histogram equalization↓　　↑histogram compression

錯視の研究成果の応用の試行錯誤

「静脈錯視を応用した静脈可視化ツール」

vein_visualization02JPEG.exe

Before （上）　After （下）

「視点フリーのイメージハンプ」

3本の狭い領域が凸に見える。

「視点フリーのイメージハンプの基本図形」

単なる勾配の異なる輝度グラデーションの組み合わせである。相対的に輝度勾配の急な領域が凸に見える現象である。

視力検査に使える？：高周波成分による消える錯視

「なかなかわからない北岡」

北岡が見えるかも。

配布物（隠し絵の一種・消える錯視）

「なかなかわからない北岡 2019」

白の側にはこれだけの信号あり。結構わかる。

黒の側にはこれだけの信号あり。あまりよくわからない。ディスプレーの特性によっては真っ黒に見える。

身近な応用？：落書きをすばやく隠すゲシュタルト心理学の手法

まずいものを、すばやく消すにはどうすればよいか。

ゲシュタルト要因の例

まずいものを、すばやく消すにはどうすればよいか。

（認定心理士の）皆さんに推薦する心理学的手法

ゼミ生（2019年度星野ゼミ）3回生上田君の提案

バカ　　バカ　　バカ

↓

カバカバカバカバカバカバ

単純反応時間の測定プログラム <May 23, 2021>

「蛇の回転」

円盤が回転して見える。

2015年版

「ブラックホール」

黒い領域が拡大して見える。（藤原の錯視）

文献（藤原の錯視デザイン）

藤原功基・松田博子・北岡明佳　（2018）　新しい動く錯視図形の提案　平成29年度日本色彩学会関西支部大会　大阪電気通信大学駅前キャンパス・2018年3月3日（土）　（ポスター発表）

「エンボスドリフト錯視」
（サイン波型）

内側の正方形領域が動いて見える。

「揺れるハート」

図を動かすと、ハートが動いて見える。

「扉を開けたまま走る電車」

停車中の電車が右に走行するように見える。

北岡明佳　（2021）　「輝度変化による運動錯視（リバースファイなど）の再検討」　（2021年3月2日（火）15:40～16:20・第15回錯覚ワークショップ（Zoom Webinar））　Presentation (html)

キックバック錯視（kickback illusion）の例

長方形は等速運動しているが、縦線に引っかかってガクガクするように見える。

Howe, P. D. L., Thompson, P. G., Anstis, S., Sagreiya, H., & Livingstone, M. S. (2006). Explaining the footsteps, belly dancer, Wenceslas and kickback illusions. Journal of Vision, 6, 1396–1405. doi: 10.1167/6.12.5

Kitaoka, A. & Anstis, S. (2021). A review of the footsteps illusions. Journal of Illusion, 2, #5612, 1-22. PDF --- Website --- https://doi.org/10.47691/joi.v2.5612 --- Movies and figures

ズーム・広角による速度知覚の違い

Differences in perceived speed and a Shinkansen pic.twitter.com/fK29D2guVu
— Akiyoshi Kitaoka (@AkiyoshiKitaoka) September 6, 2021

「ほつれ錯視」

同心円がこんがらがつて見える。

「でっカー　ベタ踏み坂隠し」

手前のクルマをコピペして奥に置くと、大きく見える。

エイムズの部屋（Ames room）

この坂道はかなりの急勾配に見えるが、6.1％（3.49゜）の勾配である。

みんな撮る撮る。

消える錯視

自分の顔でやると楽しいかもしれない。

「なかなかわからない北岡」

北岡が見えるかも。

「色相環の消失」

十字を見ていると、色相環が消えて見える。

「てんとうむし消失錯視」

中心を見ていると、12匹のてんとうむしが見えない。

周辺視では解像度が低くて見えない、というわけではありません。

「モー点」

左の十字を左目をつぶって右目だけで見ていると、視距離によっては牛が消えて見える。

変化の見落とし

"What is changing?"

Only one part keep changing.

ステレオフューズすれば一発でわかる（該当部分が視野闘争する）。

それでもわからない人向けの動画

特徴探索課題
（簡単）

結合探索課題
（時間がかかる）

「不変化の見落とし」

「変わらないのはどこ？」

Only one image does not change. Which is it?

２枚の画像が切り替わるたびに、8つのうち１つだけ変化しない。それはどこ？

ブランクなしならすぐわかる。
No change is readily detected without blank.

消える錯視4 3 2 1　　消失現象いろいろ

単純反応時間の測定プログラム <May 23, 2021>

ストループ効果の測定プログラム <September 28, 2021>

色立体視（色依存の両眼立体視）のデモ

赤が手前に見える人（多数派）、青が前に見える人（少数派）、それらが交替する人、そのような奥行き効果はない人に分かれる。

Kitaoka, A. (2016). Chromostereopsis. in Ming Ronnier Luo (Ed.), Encyclopedia of Color Science and Technology, Vol.1, New York; Springer (pp. 114-125). Web

How do you see this image?
— Akiyoshi Kitaoka (@AkiyoshiKitaoka) November 14, 2019

グランフロント大阪北館3階 The Lab. の立命館大学コーナー（錯視展）に行ってきました。9月28日まで。 pic.twitter.com/AmmlxPofuk
— Akiyoshi Kitaoka (@AkiyoshiKitaoka) August 31, 2021

グランフロント大阪北館3階 The Lab. の立命館大学コーナー（錯視展）

「グランフロント大阪 The Lab. 錯視店の看板を利用した色の錯視デモ」

左の画像の「立命館大学」のピースは白く見え、「凸版印刷」のピースは黄色く見えるが、それらはそれぞれ、右の画像の青くみえる「立命館大学」のピースと黒く見える「凸版印刷」のピースと同じ色である。

後半の部

（1）同じ色配列が白と黒に見える錯視

「RGBで白と黒」

左の絵の髪と服は白く見え、右の絵では黒く見えるが、同じRGBの縞模様である。

拡大画像

原図

動画表現

cf.

「白と黒」

左の絵の髪と服は白く見え、右の絵では黒く見えるが、同じ輝度の灰色である。左は乗算的色変換（透明変換）、右は加算的色変換（半透明変換）。

（2）色相の錯視であるムンカー錯視

「水色と黄緑の渦巻き」

水色の螺旋と黄緑の螺旋があるように見えるが、どちらも同じ色（r = 0, g = 255, b = 150）である。この色の錯視はモニエ・シェベル錯視に近いと思うが、彼らの理論には合わないのかもしれない。

（3）錯視的黄色が誘導される現象

「錯視黄光背のハート」

錯視的黄色がハートの周囲に見える。

（4）混色には２種類ある

加法混色（左）（ディスプレーなど）と減法混色（右）（印刷など）

加法混色は、「キャンバス」は黒（K）。原色は、赤（R）、緑（G）、青（B）。赤と緑の混色で黄色（Y）が得られ、緑と青の混色でシアン色（C）、青と赤の混色でマゼンタ色（M）が得られる。赤と緑と青を混色すると、白（W）が得られる。

減法混色は、「キャンバス」は白（W）。原色は、シアン（C）、マゼンタ（M）、イエロー（黄色）（Y）。シアンとマゼンタの混色で青（B）が得られ¹、マゼンタとイエローの混色で赤（R）、イエローとシアンの混色で緑（G）が得られる。シアンとマゼンタとイエローを混色すると、黒（K）が得られる²。

¹白から赤を取り除いた色（シアン）と白から緑を取り除いた色（マゼンタ）を合成することで、白から赤と緑を取り除く効果が得られ、青が見える。

²現在の印刷では、シアンとマゼンタとイエローを混色した時、しまりのある黒が得られないので、別途黒インクが装備されていることが多い。

（5）モザイクと減色による色彩

モザイクは空間的な劣化、減色は色彩的な劣化

オリジナル画像（北海道・相生鉄道公園・2020年10月撮影）

モザイク画像の例（1ブロックは、20 pixel x 20 pixel。減色はナシ）

27色に減色した例（色はRGBそれぞれ3階調。モザイクはナシ）

125色に減色したモザイク画像の例（色はRGBそれぞれ5階調。1ブロックは、10 pixel x 10 pixel）

（6）並置混色には２種類ある
並置混色は、いわばモザイク（点描）+ 減色

オリジナル画像

加法混色画像の例

減法混色画像の例

加法混色画像の拡大図

減法混色画像の拡大図

並置混色における加法混色（左）と減法混色（右）

「1画素」（1つのブロック）は、3つの要素的画素（subpixel）から成る。加法混色では、キャンバス（背景）は黒で、要素的画素は、赤、緑、青である。減法混色では、キャンバス（背景）は白で、要素的画素は、シアン、マゼンタ、イエロー（黄色）である。

（7）並置混色の拡張・擬似的CMY加法混色とRGB減法混色

要素的画素を6つにした並置混色におけるCMYを原色とする加法混色（左）とRGBを原色とする減法混色（右）

「1画素」（1つのブロック）は、6つの要素的画素（subpixel）から成る。加法混色では、キャンバス（背景）は黒で、要素的画素は、シアン、マゼンタ、イエローである。減法混色では、キャンバス（背景）は白で、要素的画素は、赤、緑、青である。

<修正版>

要素的画素は3つの並置混色におけるCMYを原色とする加法混色（左）とRGBを原色とする減法混色（右）

擬似的にCMYを原色とする加法混色画像の例

擬似的にRGBを原色とする減法混色画像の例

擬似的CMY加法混色画像の拡大図

擬似的RGB減法混色画像の拡大図

「RGBで白と黒」

左の絵の髪と服は白く見え、右の絵では黒く見えるが、同じRGBの縞模様である。左はRGB加法混色、右は擬似的RGB減法混色。

「CMYで白と黒」

左の絵の髪と服は白く見え、右の絵では黒く見えるが、同じCMYの縞模様である。左は擬似的CMY加法混色、右はCMY減法混色。

RGBを原色とする加法混色（左）とCMYを原色とする減法混色（右）

CMYを疑似原色とする加法混色（左）とRGBを疑似原色とする減法混色（右）

（例）

（8）並置混色は２色でもできる

「RCで白と黒」

左の絵の髪と服は白く見え、右の絵では黒く見えるが、同じR（赤色）とC（シアン色）の縞模様である。

赤・シアン２色の並置混色（左：加法混色、右：減法混色）

「GMで白と黒」

左の絵の髪と服は白く見え、右の絵では黒く見えるが、同じG（緑色）とM（マゼンタ色）の縞模様である。

「BYで白と黒」

左の絵の髪と服は白く見え、右の絵では黒く見えるが、同じB（青色）とY（黄色）の縞模様である。

（9）グレースケールでも２種類の「並置混色」

「白黒で白と黒」

左の絵の髪と服は白く見え、右の絵では黒く見えるが、同じ白黒の縞模様である。

動画表現

北岡明佳　（2016）　RGBを原色とする減法混色の並置混色のアルゴリズムとその応用　日本視覚学会2016年夏季大会　朱鷺メッセ（新潟コンベンションセンター）（新潟市）・2016年8月18日（木）　Poster --- Visiome

（10）並置混色を視覚系はどう解釈するか？

当初（北岡, 2018）の仮説

1.　最も輝度コントラストの高い領域をアンカーとする。

2.　輝度コントラストの低い領域の輝度が低ければ加法混色系と解釈し、輝度コントラストの低い領域の輝度が高ければ減法混色系と判断する。

3.　加法混色系と解釈された画像のアンカーは白と解釈し、減法混色系と解釈された画像のアンカーは黒と解釈する。

「RGBで白と黒」

左の絵の髪と服は白く見え、右の絵では黒く見えるが、同じRGBの縞模様である。

北岡明佳　（2018）　70周年特別企画「Future of Color design」・第1部基調講演「2つの視覚的文法から見た色の知覚の再検討」　（2018年6月2日（土） 16:00-16:40・日本色彩学会第49回全国大会[大阪]'18・大阪市立大学）　Presentation (html)

（11）３種類目の並置混色

Mona Lisa

このモナリザ画像において使われている色

Girl with a pearl earring

左目のあたりを拡大したところ

Girl with a pearl earring

左目のあたりを拡大したところ

唇のあたりを拡大したところ

（クリックすると拡大）

3種類の並置混色

左端はRGB加法混色の並置混色、右端はCMY減法混色の並置混色、中央は何と呼べばよいか。とりあえず、「中間混色」ということにしておく。

色見本

temporal color mixture
JavaScript-temporal_color_mixture-RGBCMY02.html

「左右の絵は何かが違います。何でしょう」

拡大してみると、構成している縞の色が異なる。

拡大図

画像をクリックすると、高解像度画像が出ます。

3種類（1種類は2タイプから成るので、合計4種類）の並置混色

ここまでのまとめ

RGB加法混色の並置混色とCMY減法混色の並置混色は、仮称「中間混色」の並置混色（すべて鮮やかな色で構成される並置混色）を介して連続している。ヒトの視覚系は、それらの混色系を瞬時に見分けることができる。

（12）ムンカー錯視とその仲間

「日本色彩学会創設70周年： Future of Color Design」

CとSは同じ赤であるが、Cは赤紫色に、Sはオレンジ色に見える。AとJは同じシアン色であるが、Aは水色に、Jは緑色に見える。7と0はどちらも青と黄の縞模様でできているが、7は0より明るく見える。

日本色彩学会第49回全国大会[大阪]'18　大阪市立大学

ムンカー錯視（Munker illusion）

黄と青の縞の青部分に赤を乗せるとオレンジ色に見え、黄部分に赤を乗せると赤紫がかって見える。緑を乗せるとそれぞれ黄緑と青緑に見える。高空間周波数図形で錯視量が多い。

Munker, H. (1970) Farbige Gitter, Abbildung auf der Netzhaut und übertragungstheoretische Beschreibung der Farbwahrnehmung. München: Habilitationsschrift.

ムンカー錯視のページ

ムンカー錯視の作り方

錯視効果の現象的説明

Left: Blue (assimilation) + Blue (contrast of yellow) = Blue induction; Right: Yellow (assimilation) + Yellow (contrast of blue) = Yellow induction

「４種類の色の錯視の作り方」

物理的に同じ色（R=255, G=0, B=127）のハートが錯視によってピンクとオレンジのハートに見える。左から、ムンカー錯視（Munker illusion）、色の土牢錯視（chromatic dungeon illusion）、ドット色錯視（dotted color illusion）、デヴァロイス・デヴァロイス錯視（De Valois-De Valois illusion）である。上図の高解像度ファイルはこちら（8000 x 3262 pixel, 10MB）。

References

Munker illusion	Munker, H. (1970) Farbige Gitter, Abbildung auf der Netzhaut und übertragungstheoretische Beschreibung der Farbwahrnehmung. Habilitationsschrift, Ludwig-Maximilians-Universität, München.
chromatic dungeon illusion	For the dungeon illusion: Bressan, P. (2001) Explaining lightness illusions. Perception, 30, 1031-1046. Kitaoka (2007) http://www.psy.ritsumei.ac.jp/~akitaoka/saishin22e.html
dotted color illusion	For the dotted brightness illusion: White, M. (1982) The assimilation-enhancing effect of a dotted surround upon a dotted test region. Perception, 11, 103-106. Kitaoka (2008) http://www.psy.ritsumei.ac.jp/~akitaoka/color10e.html
De Valois-De Valois illusion	De Valois, R. L. and De Valois, K. K. (1988) Spatial Vision. New York: Oxford University Press.

北岡明佳　（2012）　色の錯視いろいろ　（4）簡単で錯視量の多い色相の錯視図形の作り方　日本色彩学会誌, 36(1), 45-46. PDF（スキャンコピー）　<配布資料>

（13）ムンカー錯視の「裏側」

「日本色彩学会創設70周年： Future of Color Design」

日本色彩学会第49回全国大会[大阪]'18　大阪市立大学

「ムンカー錯視とその裏側」

上段では、赤いハートが左は赤紫色に、右はオレンジ色に見える。ハートの内外の縞模様を入れ換えたのが下段で、同じ青黄の縞模様が、左は右より明るく見える。

cf.

「BYで白と黒」

「ホワイト効果とその裏側」

上段では、同じ輝度の灰色のハートが左は暗く、右は明るく見える。ハートの内外の縞模様を入れ換えたのが下段で、同じは白黒の縞模様が、左は右より明るく見える。

cf.

「白黒で白と黒」

左の絵の髪と服は白く見え、右の絵では黒く見えるが、同じ白黒の縞模様である。

cf.

「図地分離による明るさの錯視」

左右の円内は同じ縞模様であるが、左は白い円、右は黒い円が見える。

cf.

アンダーソン錯視

左の円は右の円より明るく見えるが、同一の輝度パターンである。

Anderson, B. L. and Winawer, J. (2005) Image segmentation and lightness perception. Nature, 434, 79-83.

色のアンダーソン錯視

左の円は黄色く、右の円は青く見えるが、同一の色パターンである。

cf.

視覚的ファントム

左の暗いオクルーダー上には暗い縞部分がつながって見え、右の明るいオクルーダー上には明るい縞部分がつながって見える（視覚的ファントム）。一方、左の縞部分は明るく見え、右の縞部分は暗く見える。

Gyoba, J., Sakurai, K., and Kitaoka, A. (2019). Visual phantom illusion as an integrative product of early visual processing and higher-order perceptual organization. in James M. Brown (Ed.), Pioneer visual neuroscience: A Festschrift for Naomi Weisstein, New York: Routledge (pp. 57-71).

（14）並置混色とムンカー錯視の連続性