Маленькая и примитивная иллюстрация. Три слоя, имитирующие три экспозиции... Мозг вычисляет и форму и цвет без вопросов...
Мозг-то вычисляет без вопросов, но мы-то можем спросить: Мозг, а ты уверен, что там три фигуры на белом фоне, а не пять?
Мозг не задает вопросов, потому что руководствуется какими-то априорными предположениями. Например принципом Оккама: зачем выдумывать пять сложных фигур, когда то же самое можно описать тремя простыми?
В случае сидящего кота делается предположение, что кот должен сидеть на чем-то, и объект с подходящими границами (под котом) находится в той же экспозиции, что и кот. А объект, просвечивающийся сквозь кота, наверняка находится в другой экспозиции. И так далее. Но, вообще говоря, возможны ситуации, когда однозначно разделить объекты по экспозициям не удастся.
В общем, сначала надо научить компутер видеть, что изображено на нормальных фотках, и только потом можно думать, как адаптировать эти алгоритмы на мультиэкспозицию. Упоминания о распознавании образов и даже построении объемной картики по нескольким взглядам я периодически слышу, но насколько они реально продвинуты - не знаю.