Sistema Visual Humano e Percepção

1. Sistema Visual Humano e Percepção Joaquim Macedo Departamento de Informática da Universidade do Minho

2. Sumário • Introdução • Sistema Visual Humano • Representação da Cor • Propriedades Temporais da Visão

3. Introdução • Aula anterior • Objecto distante vibra... • Cria contrações e expansões no meio circundante • Produz sons detectados pelo ouvido humano • E se não vibrar? • Tem que ser detectado pela visão • Detecta ondas electromagnéticas vindas do objecto

4. Introdução • 70% da nossa informação é colectada pela visão • A visão é o nosso sentido mais importante • Relativamente à audição, cheiro, tacto e gosto • É o mais usado nos sistemas multimédia • É importante estudar o sistema humano de visão • Para usarmos efectivamente a tecnologia multimédia

5. Espectro de visão

6. Detecção de objecto

7. Detecção do objecto Fonte Superfície Produto

8. Energia Luminosa • Luz é energia electromagnética que estimula a nossa resposta visual • Tem um espectro estreito que se estende desde 400-700 nm • A luz recebida dum objecto pode ser escrita como É a reflexividade ou transmissividade do objecto É distribuição da energia incidente

9. Sistema Visual Humano

10. Sistema Visual Humano • Eficiência relativa da Luminosidade • Lei de Weber • Função de Transferência de Modulação • Modelo SVH

11. Olho humano Parte da testa (Temporal) Músculo ciliário Eclerótica Iris Humor Vítreo Fovea Pupila Lentes do olho Retina • O olho humano é um sistema de imagem completo. Nervo Óptico Córnea Humor Aquoso Parte do nariz (Nasal) Coróide Ligamento de suspensão

12. Córnea Esclerótica Córnea • A parede de fora do olhos é formada pela esclerótica branca, rígida • A córnea é a a porção transparente da esclerótica • 2/3 da refracção ocorre na córnea

13. Iris e Pupila • A íris colorida controla o tamanho da abertura (pupila) onde entra a luz. • A pupila determina a quantidade de luz, tal como a abertura duma duma câmara. Íris Pupila Íris aberta Pupila dilatada Íris fechada Pupila contraída

14. Lentes Músculo ciliário • A lente do olho é feita de fibras transparentes numa membrana numa membrana. • Mantida por ligamento de suspensão. • Usada pelo olho como um mecanismo de facagem fina; disponibiliza1/3 da potência total de refracção do olho. • Índice de refracção não uniforme. Lentes Ligamento De suspensão Fibras Secção de corte das lentes do olho

15. Acomodação • Os ligamentos de suspensão ligam a lente ao músculo ciliário. • Quando o músculo contrai, a lente fica mais bojuda para trás, diminuindo a sua distância focal. • Este processo no qual a lente muda de forma para focar é chamado acomodação. Objecto distante Músculo relaxado Ligamentos tensos Objecto próximo Músculo contraído Ligamentos frouxos

16. Humor Aquoso e Humor Vítreo • Líquido transparente e gelatinoso que enche a cavidade do olho. • Fornece os nutrientes para acórena e para as lentes do olho. • Também ajuda a manter a forma do globo ocular. Humor Vítreo Humor Aquoso

17. Retina • A Retina é o detector fotosensitivo para o olho. • Existem dois tipos de receptores na retina: bastonetes para o nível de luz baixo e cones para níveis altos de luz e pela cor. • Localizada no centro da retina a fovea tem uma grande concentração de cones. • Através do nervo óptico são enviados sinais dos receptores para o cérebro. Retina Fovea Nervo óptico

18. Camada Plexiforme • A retina é composta de três camadas: • Camada plexiforme é uma rede de nervos que transportam os sinais que saem dos foto-receptores • Foto-receptores. • A Coroide disponibiliza alimentação aos recpetores e absorve qualquer luz que não seja absorvida pelos foto-receptores, tal como a antihalation backing in film. Fovea foto- receptores Luz Camada plexiforme Coróide Nervo óptico

19. Sistema Visual Humano Detecção Processamento Controlo de Exposição Formação de Imagem • Retina • Bastonetes • Cones • Cérebro • Córnea • lente • Íris/pupila • Photoreceptor • sensitivity

20. Formação de Imagem Objecto Imagem

21. Formação de Imagem no Olho • Exemplo: • Cálculo da imagem retinal dum objecto

22. Cones e Bastonetes • Quando a luz estimula um bastonete ou cone • ocorre um transição fotoquímica produzindo um impulso no nervo • Os cones são responsáveis pela visão da cor

23. Eficiência de luminosidade relativa

24. Contraste Simultâneo

25. I I+ I Relação de Weber • A sensibilidade do SVH à diferença de intensidades difere para diferentes intensidades do fundo • Relação de Weber • Justamente a diferença de intensidade observável relativamente ao fundo. É uma função do log I.

26. Função de Transferência de Modulação Branco Preto

27. Sensibilidade à Frequência

28. Resposta à frequência do olho

29. Resposta à frequência 2D

30. Função de resposta de impulso unidimensional

31. Efeito de mach band Actual brightness Perceived by you

32. Efeito Mach Band A interacção espacial da luminância a partir dum objecto e o seu ambiente Envolvente cria um fenómeno chamado efeito de match band.

33. Efeito Mach Band

34. Modelo HVS • Simplificações • Linear • Só válido para imagens de pouco contraste • Isotrópico no domínio espacial • Menos sensível à diagonal que às direcções vertical e horizontal • Modelo usado como isotrópico • HVS composto por vários subsistemas • Pupila é um filtro passa-baixo • A seguir a resposta espectral do olho, é aplicada à luz e obtida a luminância da imagem • A resposta não linear dos cones e bastonetes e a função de transferência de modulação disponibilizam o contraste e a inibição lateral

35. Representação da Cor

36. Representação da Cor • Modelo de três receptores • Unificação da Cor • Valor de três estímulos • Diagrama de Cromacidade • Modelos de Cor e Transformação das Primárias

37. Representação da Cor • O estudo da cor • é importante para a concepção e desenvolvimento de sistemas de visão de cor • Utilização da cor não é apenas agradável • Permite a apreensão rápida de maior informação • Embora só possamos distinguir centenas de níveis de cinzento • Podemos diferenciar facilmente milhares de cores

38. Representação da cor • Principais atributos perceptuais da cor • Brilho • luminância percebida • Cor ou tonalidade • amarelo, vermelho, verde, etc... • Saturação • a nossa percepção da diferença duma dada cor relativamente da cor branca ou cinzenta • Cor esbatida tem pouco saturação • Cor espectral tem muita saturação

39. Representação da CorExplicação pictórica dos atributos - + Brilho Tonalidade ou cor Saturação + -

40. Cor ou tonalidade É o atributo mais estreitamente relacionado com o estímulo do comprimento de onda. Diferentes cores têm tonalidades diferentes.

41. Saturação • Está relacionada com a quantidade de branco que está no estímulo • Os tons monocromáticos são altamente saturados • A cor menos saturada é o branco. • Por exemplo, o cor de rosa é menos saturado que o vermelho e mais saturado que o branco. O azul escruro à esquerda é altamente saturado enquanto que o azul esbatido è direita tem baixa saturação

42. Brilho • Relaciona-se com a quantidade de luz proveniente da fonte ou reflectida pelo objecto

43. Representação da CorBrilho versus Saturação Brilho Saturação

44. Representação da CorTonalidade versus Saturação Disco da Cor dá informação sobre a cor e a saturação

45. Espaço de CoresRepresentação Perceptual

46. Espaço de CoresRepresentação Perceptual

47. Modelo dos 3 Receptores • Sistema Visual Humano • Permite distinguir milhares de cores • É difícil conceber um sistema que seja capaz de mostrar individualmente um tão grande número de cores • Propriedades especiais do SHV • Permite conceber um sistema simples para mostrar essas cores • Qualquer cor pode ser reproduzida misturando de forma apropriada as três cores primárias

48. Espectro de absorçãoPara os 3 tipos de cones

49. Espectro de absorção Espectro de absorção típico dos três tipos de cones da retina humana.

50. Unificação de cores • Muitos sistemas de reprodução de cores • exploram o modelo dos três receptores do SVH • Colometria • Que proporção das cores principais deve ser usada para produzir uma dada cor?