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INTRODUCCIÓN AL PROCESADO DE IMAGEN

TEMA 1. LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO. INTRODUCCIÓN AL PROCESADO DE IMAGEN. INTRODUCCIÓN Y EJEMPLOS. LUZ Y COLOR. 1.1- LUZ, LUMINANCIA Y BRILLO. TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO.

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Presentation Transcript

  1. TEMA 1 LUZ YSISTEMA VISUAL HUMANO INTRODUCCIÓN AL PROCESADO DE IMAGEN

  2. INTRODUCCIÓN Y EJEMPLOS

  3. LUZ Y COLOR

  4. 1.1- LUZ, LUMINANCIA Y BRILLO TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO • LUZ  Es la radiación electromagnética que estimula la respuesta visual humana. • Ocupa una región en el espectro entre 389 nm y 780 nm.

  5. 1.1- LUZ, LUMINANCIA Y BRILLO TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO • Distribución de energía de una onda electromagnética que atraviesa un cierto plano espacial: C(x,y,t,λ) (flujo radiante). • Si consideramos un punto fijo (x’,y’), y un instante dado, t’: • C(x,y,t,λ) C(λ)(flujo radiante por longitud de onda)

  6. 1.1- LUZ, LUMINANCIA Y BRILLO TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO • Magnitudes asociadas a C(λ) •  Magnitudes radiométricas. • Se definen independientemente del observador. • Magnitudes relacionadas con el sistema visual humano •  Magnitudes fotométricas. • Dependen del observador. • La percepción humana de la luz se describe habitualmente en términos de: • Brillo: Cantidad de luz percibida • Tinte: Color (rojo, verde…) • Saturación: Viveza del color

  7. 1.1- LUZ, LUMINANCIA Y BRILLO TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO • Las contribuciones que C(λ1) y C(λ2) aportan a la percepción del brillo por un observador son en general bastante diferentes para • λ1≠λ2, incluso aunqueC(λ1)=C(λ2) •  Una simple integral de C(λ) sobre λ no se relaciona de manera adecuada con la percepción del brillo. • Fotometría: Ciencia que relaciona el brillo percibido por un observador con la energía radiante. • Cantidad fotométrica básica: Luminancia.

  8. TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO 1.2- COLORIMETRÍA • Utilización del color para visualización de imágenes: • Más agradable • Permite apreciar más información visual • Formas de mezclar colores  Representación de un color como suma de colores primarios

  9. 1.2.1- MEZCLA SUSTRACTIVA DE COLORES TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO • Poder transmisor de un filtro a una longitud de onda λ: Cociente entre la intensidad de luz que transmite y la que incide (Tλ). • Al pasar la luz por un filtro, se atenúa la intensidad a ciertas longitudes de onda  Se “sustrae” parte de la luz. • De este modo se obtienen los • pigmentos, es decir, las pinturas.

  10. 1.2.2- MEZCLA ADITIVA DE COLORES TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO • Superposición, sobre una pantalla blanca, de luces coloreadas S1 y S2. • Luz roja más luz amarilla  Vemos luz naranja (en realidad, un análisis espectral indicaría luz roja y luz amarilla, pero la sensación es de color naranja). • Para la obtención de cualquier color del espectro por el método aditivo se requiere la aportación de 3 • componentes, que llamamos colores • Primarios (R, G, B).

  11. 1.2.3- LEYES DE GRASSMAN TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO • Toda sensación de color se puede obtener por suma de tres fuentes S1, S2 y S3, de colores que llamamos primarios (Maxwell y Grassmann). Grassmann formuló 3 leyes al respecto: • Trivarianza: Un color cualquiera X, de luminancia L, se puede igualar mediante tres luminancias R, G, B, o cantidades adecuadamente dosificadas de tres luces RGB. • X = R·PR + G·PG + B·PB • Luminancia: La luminancia de X es la suma de las luminancias de sus componentes. LX = LR + LG + LB • Proporcionalidad: Si se multiplican ambos miembros de la Eq. 1, la igualdad no se altera αX = α R·PR + α G·PG + α B·PB • Aditividad: La luminancia del color resultante de una mezcla de colores es la suma de sus primarios. • LX = LR + LG + LB • LY = LR’ + LG’ + LB’  LZ=LX+LY=(LR+LR’)+(LG+LG’)+(LB+LB’)

  12. TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO 1.2.4- DETERMINACIÓN DE COEFICIENTES. EL COLORÍMETRO

  13. 1.2.4- DETERMINACIÓN DE COEFICIENTES. EL COLORÍMETRO TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO • La luz X se puede representar como un vector con componentes RGB: • C1 = R1 + G1+ B1 • El módulo del vector OC1 nos da la luminancia del color.

  14. 1.2.5- REPRESENTACIÓN DEL COLOR MEDIANTE PARÁMETROS r Y g G1 R1 B1 g1= b1= r1= R1 + G1 + B1 R1 + G1 + B1 R1 + G1 + B1 R1 + G1 + B1 r1 +r1 + r1 = R1 + G1 + B1 TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO • Si nos movemos en un plano en el que la luminancia (módulo del vector OC1) sea constante, y sólo nos interesan las diferencias de matiz, nos basta con dos parámetros para determinar el color: • Basta con conocer dos de las coordenadas reducidas (la tercera se obtiene por diferencia). Se han adoptado r y g como parámetros de este sistema.

  15. 1.2.5- REPRESENTACIÓN DEL COLOR MEDIANTE PARÁMETROS r Y g TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO • El plano formado por las dos componentes se conoce como carta rg: • Blanco: (1/3, 1/3) • Rojo: (1,0) • Hay tonos que no se pueden obtener en el colorímetro como suma de colores RGB. Hay que poner una luz al otro lado, lo que daría lugar a valores negativos en la carta rg.

  16. X Y Z x= y= z= X + Y + Z X + Y + Z X + Y + Z TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO 1.2.6- COMPONENTES TRICROMÁTICAS INTERNACIONALES • Para que todo color se halle representado por un punto en el primer cuadrante, el CIE reformó el sistema de parámetros r, g y b adoptando ciertas funciones lineales de ellos a las que llamó x, y, z. • Esto equivale a tomar nuevos patrones primarios ficticios que cumplían con las condiciones requeridas, X, Y, Z. • donde x + y + z =1, por lo que basta conocer x e y. • Las coordenadas x, y calculadas para todos los • colores del espectro conforman una gráfica llamada • curva lugar del espectro, que representa la frontera • de todos los colores reales existentes.

  17. ESQUEMAS DE COLORES

  18. Cubo RGB

  19. Línea de Gradiente Neutro

  20. Líneas de Gradiente Primario-secundario

  21. Plano de colores primarios

  22. Límites de saturación

  23. Color RGB

  24. How to describe color? - We have several possibilities: 1. Make a table of colors, e.g. Munsell color-order system. 2. Assign names to colors, e.g. Light-Goldenrot-Yellow, Medium-Spring-Green, etc. 3. Produce colors by some process: Artists speak about the following variations of pure pigments: • TINTS (means adding white), • SHADES (means adding black), • and TONES (means adding a combination of both). Consequently colored light has following quantities associated: • HUE (corresponding to pure pigment) • SATURATION (i.e. distance from gray of equal intensity) • LIGHTNESS (i.e. perceived intensity of a reflecting object) • or BRIGHTNESS (i.e. perceived intensity of light emitting object).

  25. SISTEMA VISUAL HUMANO

  26. TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO SISTEMA VISUAL HUMANO EL OJO

  27. TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO

  28. TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO • En la retina existen dos tipos de células fotosensibles: • Conos: Responsables de la visión del color (visión fotópica). Se cree que hay tres tipos de conos, sensibles al rojo, verde y azul respectivamente. Dada la forma de conexión de las terminaciones nerviosas que van al cerebro, son responsables de la definición espacial. • Bastoncitos: Se concentran en zonas alejadas de la fóvea. Responsables de la visión escotópica (visión a bajos niveles de intensidad). No son sensibles al color.

  29. TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO

  30. TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO SISTEMA DE VISIÓN HUMANA: DIAGRAMA DE BLOQUES LPF (Espacial) log BPF (Espacial) LPF (temp) Apertura finita del ojo Leyes de Weber Inhibición lateral (bandas de Match) Frecuencia de fusión y rendición de movimiento

  31. TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO RESPUESTA DEL SISTEMA VISUAL HUMANO • Iluminación de la retina: Para una escena con un determinado brillo Y, existe una relación entre el brillo real de la imagen y la iluminación producida en la retina: • E = K · Y · Sp • La cantidad de luz que llega a la retina depende de de la apertura de la pupila, que a su vez depende del nivel de luz ambiente existente. • Agudeza visual: Es la capacidad de distinguir objetos muy pequeños. Para el experimento clásico de alternar líneas negras y blancas, la agudeza se define como: • V = 1 / α • donde α es el poder separador de alfa, es decir, el ángulo para el que el ojo comienza a distinguir las líneas blancas de las negras. El valor medio para el ojo humano es de α = 1 min.

  32. TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO 1.3.2- RESPUESTA DEL SISTEMA VISUAL HUMANO • Umbrales diferencia de luminancia. Sensibilidad al contraste: La respuesta del ojo a los cambios de intensidad de iluminación es no lineal. • Experimentos de Weber. • 1er experimento: • El momento en que la diferencia ΔI comienza a ser percibida depende de I. La tasa ΔI /I (fracción de Weber) es prácticamente constante (~ 0.02) para un alto rango de intensidades.

  33. TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO 1.3.2- RESPUESTA DEL SISTEMA VISUAL HUMANO • 2º experimento: • El rango es que la fracción de Weber permanece constante se reduce considerablemente. Sin embargo, la envolvente de las curvas es equivalente a la curva del primer experimento.

  34. TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO

  35. TEMA 1 LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO

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