LUZ, COLOR, VISION Y PERCEPCIÓN VISUAL

Transcripción

1 LUZ, COLOR, VISION Y PERCEPCIÓN VISUAL Constantino Pérez Vega Dpto. de Ingeniería de Comunicaciones Espectro visible 2

2 Luz blanca incidente Luz azul reflejada Los fotones de longitudes de onda diferentes a la del azul son absorbidas por el objeto 3 Efectos de la iluminación 4

3 Distribución espectral de la luz solar en las longitudes de onda del espectro visible 5 Iluminantes estándard (CIE) Espectro visible 6

4 Respuesta espectral de diferentes tipos de lámparas. (Adaptada de Benson, K.B. Television Engineering Handbook, McGraw-Hill Book Co. 1985) 7 Normal Onda incidente i r Onda reflejada Medio 1 Medio 2 (reflector) 8

5 9 10

6 Sistema óptico La función del sistema óptico es capturar la luz emitida o reflejada por los objetos tridimensionales con la mayor fidelidad posible y conducirla a un detector o sensor en que la imagen, es almacenada, transmitida o reproducida en dos dimensiones. SISTEMA OPTICO SISTEMA ELECTRONICO Escena tridimensional Almacenamiento Transmisión Visualización Un sistema óptico consiste de una sucesión de elementos que pueden incluir lentes, espejos, fuentes luminosas, prismas, dispersores, filtros, fibras ópticas y detectores, entre otros. Sistema óptico: Función de Transferencia de Modulación (MTF)

7 Lentes 13 Lentes: Biconvexa 14

8 Lentes: Bicóncava 15 Potencia óptica (no confundir con potencia óptica de una señal) También: Potencia óptica, refractiva, de enfoque o de convergencia. Es el recíproco de la distancia focal, f, y se mide en dioptrías (m -1 ) n 1 d ( n 1) f R1 R2 nr1r 2 Donde: f es la distancia focal, n es el índice de refracción del material de la lente, R 1 es el radio de curvatura de la lente más cercano a la fuente luminosa, R 2 es el radio de curvatura de la superficie de la lente más lejano a la fuente luminosa, y d es el espesor de la lente como se indica en la figura 7. 16

9 Principales tipos de lentes 17 Aberración esférica 18

10 Aberración cromática 19 Lente compuesta acromática 20

11 Lentes compuestas 21 22

12 Sistema óptico de una cámara reflex 23 Cámara Reflex 24

13 Lentes zoomar para cámaras fotográficas 25

14 Lentes zoomar TV c

15 Lentes zoomar TV c Lentes Zoomar 30

16 COLOR 31 Características del color Perceptual (subjetivo) Matiz o tonalidad Saturación o pureza Brillo Luminosidad Psicofísico (objetivo) Longitud de onda dominante Pureza de la excitación luminosa Luminancia Reflectancia o transmitancia luminosa 32

17 Púrpura Rojo-Púrpura Púrpura-Azul Azul Rojo Neutro Azul Verdoso Naranja Verde Amarillo 10 Verde-Amarillo Matiz G Valor B P Croma R Circulo de Matiz de Munsell Cilindro de Munsell 33 34

18 Fondo negro (monitor) Fondo blanco (papel) Mezclas aditiva y substractiva de colores 35 Azul Cyan Magenta Blanco Negro Verde Rojo Amarillo Espacio de color RGB y CYMK 36

19 G B R 37 38

20 EL OJO Y EL SISTEMA VISUAL HUMANO 39 Todos los mamíferos y la mayor parte de los animales perciben el mundo exterior mediante los ojos y los oídos 40

21 Percepción visual humana Percepción auditiva humana Como funciona el sistema visual humano? Como funciona el sistema auditivo humano? Qué ve el ojo? Qué oye el oído? Aspectos físicos Aspectos fisiológicos Aspectos psicofisiológicos 41 El ojo humano, en una primera aproximación, puede considerarse similar a una cámara obscura. Cámara obscura Ojo humano 42

22 Cámara obscura 43 Los medios refractivos del ojo La luz reflejada por los objetos externos se enfoca sobre la retina por la acción refractiva de la córnea y del cristalino. La córnea es responsable de aproximadamente el 60% del poder refractivo. La lente del cristalino, lo es del 40% restante. El poder refractivo de una lente se expresa en dioptrías que son el recíproco de la distancia o longitud focal de la lente (m -1 ). Distancia focal: Distancia del eje de la lente al punto de enfoque. 44

23 Medios refractivos del ojo Córnea Índice de refracción n D =1.376 Diámetro de la lente d=0.5 mm Radios de curvatura r 1 =7.7 mm r 2 =6.8 mm Poder refractivo 45 dioptrías Humor Acuoso Índice de refracción n D =1.336 Diámetro de la lente d=3.1 mm Cristalino Índice de refracción Variable; n D =1.41 en el núcleo a n D =1.37 en la periferia Diámetro de la lente en reposo d=3.6 mm Radios de curvatura en reposo r 1 =10 mm r 2 = 6 mm Poder refractivo 18 dioptrías Humor Vítreo Índice de refracción n D = Miopía 46

24 Esclerótica o esclera: Membrana exterior que recubre al ojo y actúa como protección Coroides: Membrana intermedia entre la esclera y la retina, con numerosos vasos sanguíneos que proporcionan los nutrientes a los órganos del ojo. Retina: Es la membrana más interior del ojo en la que se encuentran las células fotorreceptoras responsables de convertir la energía luminosa en señales eléctricas para su transporte y procesado en el cerebro. Coroides Nervio óptico Retina Esclera Córnea Pupila Cristalino (lente) 47 Esquema del ojo humano 48

25 Estructura del ojo 49 Punto ciego

26 Lente Pupila Iris 51 Iris y Pupila Pupila dilatada 52

27 Diámetro de la pupila en función de la luminosidad Ref. Pender, H. & McIlwain, K. Electrical Engineers Handbook Electric Communication and Electronics. 4th Edition. Wiley, Estructura de los medios refractivos del ojo

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29 57 Acomodación Acomodación máxima en dioptrías Distancia al objeto más cercano en cm Edad en años Ref. Pender, H. & McIlwain, K. Electrical Engineers Handbook Electric Communication and Electronics. 4th Edition. Wiley,

30 Cataratas 59 Degeneración macular 60

31 La Retina Contiene dos clases de células fotorreceptoras: Bastones: Todos del mismo tipo Distribuidos en toda la retina Son muy sensibles a la intensidad luminosa No son sensibles a la longitud de onda (color) Responsables de la visión nocturna o escotópica Conos: Tres tipos, sensibles a diferentes longitudes de onda (SML) Menos sensibles que los bastones Concentrados en el fondo del ojo. Responsables de la visión cromática, fotópica o diurna. 62

32 63 Capa plexiforme externa Capa plexiforme interna 64

33 Distribución de conos y bastones en la retina 65

34 Esquema simplificado del mecanismo ojo-cerebro, en la región fuera de la fóvea CENTENARES DE CONEXIONES 110 a 130 MILLONES DE BASTONES CELULA GANGIONAR Nº 1 FIBRA NERVIOSA Nº 1 DECENAS DE CONEXIONES CEREBRO 6 A 7 MILLONES DE CONOS CELULA GANGLIONAR Nº 1,000,000 FIBRA NERVIOSA Nº 1,000,000 NERVIO OPTICO Adaptado de Digital TV Fundamentals, 2nd. Edition Michael Robin & Michel Poulin. McGraw-Hill,

35 69 Sinapsis química Sinapsis eléctrica 70

36 Se cierran los canales de Na+ Voltaje transmembrana (mv) Se abren los canales de K+ K+ comienza a entrar Despolarización Se abren los canales de Na+ entra Na+ K+ continua saliendo y el potencial vuelve a su estado de reposo Repolarización Canales de K+ y Na+ cerrados K+ en exceso se difunde en el exterior Fig. Potencial de acción 71 Células fotorreceptoras

37 73 74

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39 Qué vemos? Aspectos perceptuales de la visión Luminancia. Cantidad de energía luminosa (luz) emitida o reflejada por una superficie en el rango de longitudes de onda del espectro visual. También se designa como brillo fotométrico. Brillo. Es la expresión subjetiva de la luminancia referida al ojo humano. Contraste. Es la relación entre las luminancias de un objeto y su entorno.

40 Los términos psicofísicos se relacionan de forma aproximada con los términos perceptuales en la forma siguiente: Perceptual (subjetivo) Matiz o tonalidad Saturación o pureza Brillo Luminosidad Psicofísico (objetivo) Longitud de onda dominante Pureza de la excitación luminosa Luminancia Reflectancia o transmitancia luminosa Look into Simultaneous Contrast Phenomenon UMCP ENEE631 Slides (created by M.Wu 2001/2004) Human perception more sensitive to luminance contrast than absolute luminance Weber s Law: L s L 0 / L 0 = const Luminance of an object (L 0 ) is set to be just noticeable from luminance of surround (L s ) For just-noticeable luminance difference L: L / L d( log L ) 0.02 (const) equal increments in log luminance are perceived as equally different Empirical luminance-to-contrast models Assume L [1, 100], and c [0, 100] c = 50 log 10 L (logarithmic law, widely used) c = 21.9 L 1/3 (cubic root law) (select ENEE631 S 04) minwu@eng.umd.edu

41 Mach Bands UMCP ENEE631 Slides (created by M.Wu 2004) Figure is from slides at Gonzalez/ Woods DIP book website (Chapter 2) Visual system tends to undershoot or overshoot around the boundary of regions of different intensities Demonstrates the perceived brightness is not a simple function of light intensity (select ENEE631 S 04) minwu@eng.umd.edu González, R. C. and Woods, R.E. Digital Image Processing, 3rd Ed. Pearson Education Inc. 2008

42 González, R. C. and Woods, R.E. Digital Image Processing, 3rd Ed. Pearson Education Inc. 2008

43 González, R. C. and Woods, R.E. Digital Image Processing, 3rd Ed. Pearson Education Inc. 2008

44 Efectos de la iluminación Contraste 88

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