The influence of the rotation of human faces on their colour perception

Abstract

A psychophysical experiment was performed to understand if the rotation of a face influences the colour perception of the face. Six faces of different ethnicities and sex (two black females, two white males, and two white females) were used. The faces were previously acquired using a hyperspectral imaging system, and posteriorly, frontal rotations were simulated computationally. The natural standard view of a face considered here was 90 º. The rotations simulated afterwards were 0 º, 45 º, 135 º, 180 º, 225 º,270 º, and 315 º. Each rotated face was presented 8 times, yielding a total of 384 trials that were tested in 4 separate sessions (with 96 trials each). All images were presented on a Display++ screen, calibrated in colour and luminance, in a random order and rotation. The colour of each stimulus changed by moving the mouse through the screen. The presented colour represented the CIE (a∗,b∗) colour space, considering a D65 illuminant and a CIE 1931 2-degree observer type, which moved and rotated randomly between each trial. The observers’ task was to select the mouse position where they saw each face as achromatic, i.e., completely desaturated. Every observer was required to have normal colour vision (tested by using the Ishihara’s test with the D-65 light) and a normal ocular health. The achromatic point was analysed for all faces, for white faces alone, and for black faces alone, for each rotation compared with the natural standard view of a face (90 º). Posteriorly, the same analysis was carried out considering female and male responses separately. When considering all faces, rotations and observers, the selected achromatic point was (2.60±5.52, - 3.12±6.13), representing a bluish and reddish colour when compared with the real neutral point. It was found that only the CIE (a∗) chromaticity coordinate had significant differences, when facial rotations were higher than 45 °, considering clockwise or anticlockwise directions. The exception is the rotation 315 º, which presents a small p-value that may indicate a trend towards the difference found on the other rotations. This significant difference in this rotation appears when considering white faces only. There were no significant differences when considering black faces only. Differences were found in the responses given by female and male observers. Ethnicity seems to change the perception of faces. There are also differences in the responses given by female and male observers.

Foi realizada uma experiência psicofísica para perceber se o ângulo de rotação de uma face influencia a perceção da cor dessa mesma face. Para tal, foram utilizadas seis faces de diferentes etnias e sexo (duas mulheres pretas, dois homens brancos e. duas mulheres brancas). As faces foram previamente adquiridas utilizando um sistema de imagiologia hiperespetral e, posteriormente, foram simuladas computacionalmente rotações frontais. A observação padrão de uma face considerada neste estudo foi de 90 º. As orientações espaciais simuladas posteriormente foram 0 º, 45 º, 135 º, 180 º, 225 º,270 º e 315 º. Cada face com uma dada rotação foi apresentada 8 vezes, obtendo um total de 384 imagens que foram separadas em 4 sessões (com 96 imagens cada). As imagens, apresentadas num monitor Display++ calibrado em cor e luminância, apareciam de forma randomizada em termos de face e de rotação. A cor do estímulo alterava ao mover o rato pelo ecrã. A cor apresentada representava o diagrama de cor CIE (a∗,b∗), considerando a iluminação D65 e o CIE 1931 de 2 °, que movia a sua posição e rotação em cada trial. A tarefa dos observadores era selecionar a posição do rato na qual observavam cada face como acromática, ou seja, completamente dessaturada. Os observadores necessitavam de ter visão das cores normal (testada com o teste de Ishihara e com luz D-65) e uma saúde ocular normal. O ponto acromático selecionado foi analisado para todas as faces, para faces brancas e para faces negras para cada rotação comparativamente com a observação padrão de uma face (90 °). Posteriormente, a mesma análise foi feita para respostas femininas e masculinas separadamente. Ao considerar todas as faces, rotações e observadores, o ponto acromático selecionado foi (2.60±5.52, -3.12±6.13) que representa uma cor azulada e avermelhada quando comparada com o ponto acromático real. Foram encontradas diferenças estatisticamente significativas para a coordenada cromática CIE (a∗) quando as rotações faciais eram superiores a 45 °, considerando as direções horário e anti-horário. Existiu uma exceção para a rotação 315 º, que apresentou um valor-p baixo, podendo indicar uma tendência para a diferença encontrada para as outras rotações. Esta rotação torna-se estatisticamente significativa quando apenas faces brancas são consideradas. A etnia da face dos observadores parece ter influência na escolha do ponto acromático. Há também diferenças na escolha do ponto acromático entre observadores femininos e masculinos.