Luz y sistema visual humano

Transcripción

1 Luz y sistema visual humano Fundamentos de procesamiento de imágenes IIC / IEE er semestre 2011 Cristián Tejos Basado en material desarrollado por Marcelo Guarini, Domingo Mery, libro Digital Image Processing, 3erd Edition, R. Gonzalez y R. Woods, y wikipedia

2 Índice Conceptos básicos sobre la luz Conceptos básicos sobre el sistema visual humano y percepción visual 2

3 Luz Modelo corpuscular (Isaac Newton siglos XVII y XVIII): la luz está compuesta por corpúsculos o partículas luminosas, las que se propagan en línea recta y pueden atravesar medios trasparentes o ser reflejados por elementos opacos Modelo explica la propagación, reflexión y refracción de la luz 3

4 Luz Refracción: La relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es igual a la razón entre la velocidad de la onda en el primer medio y la velocidad de la onda en el segundo medio 4

5 Luz Refrexión: El cambio de dirección de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal forma que regresa al medio inicial 5

6 Luz Modelo ondulatorio (Christiaan Huygens siglo XVII): la luz corresponde a un movimiento ondulatorio Modelo explica interferencia y difracción de la luz 6

7 Luz Interferencia: cuando dos o más ondas interactúal y generan un nuevo patron de onda de mayor amplitud (interferencia constructiva) o menos amplitid (interferencia destructiva) 7

8 Luz Difracción: dispersión y curvado de las ondas cuando encuentran un obstáculo 8

9 Luz Teorías electromagnéticas clásicas no podían explicar el efecto fotoeléctrico: emisión de electrones en algunos metales o semiconductores irradiados por luz (descubierto por Hertz 1887 y explicado por Einstein 1905, basándose en ideas de Plank) p Luz e - e - 9

10 Luz Teorías cuántica: Tratan de describir el carácter ondulatorio electromagnético de la luz, con la naturaleza corpuscular de los fotones Aún estamos lejos de dar un tratamiento unificado satisfactorio 10

11 Luz visible El espectro visible al sistema visual humano está entre la longitudes de onda de 380 nm (violeta) hasta 780 nm (rojo) 11

12 Luz y espectro electromagnético En una onda electromagnética, la longitud de onda ( ) está relacionada con la frecuencia ( ) y energía (E) a través de las siguientes funciones Donde c es la velocidad de propagación de la luz y h es la constante de Plank 12

13 Sistema Visual Humano: El ojo Formación de imágenes en el ojo 13

14 Sistema Visual Humano: El ojo Esquema simplificado de un ojo Conos: - visión diurna, sensibilidad al color - fovea (1.5 x 1.5 mm) - 6 a 7 millones conos/mm^2 Bastones: - visión nocturna, sensibilidad a los grises (azul) - resto del área de la retina - 15 a 150 millones. 14

15 Sistema Visual Humano: El ojo Características biológicas y funcionales del ojo: Lubricación y limpieza por parpadeo Autofoco muy rápido desde 20 cm Rango dinámico efectivo gigantesco mediante adaptación (10 10 ) Apertura automática (iris) Autoreparación: elimina defectos como rayones Presión interna de 15 mmhg para mantener la forma Bien protegido: rodeado de huesos y montado sobre grasa Flexibilidad de movimiento 15

16 Sistema Visual Humano: El ojo Desperfectos: Miopía e Hipermetropía 16

17 Sistema Visual Humano: El ojo Desperfectos: Astigmatismo 17

18 Sistema Visual Humano: El ojo Desperfectos: Presbicia 18

19 Sistema Visual Humano: El ojo Distribución de conos y bastones 5 millions 100 millions 19

20 Sistema Visual Humano: El ojo Distribución de conos y bastones 20

21 Sistema Visual Humano: El ojo Comparación de conos y bastones 21

22 Sistema Visual Humano: Corteza visual 22

23 Sistema Visual Humano: Sensibilidad a la luz Visión fotópica, mesópica y escotópica 23

24 Sistema Visual Humano: Sensibilidad a la luz 24

25 Sistema Visual Humano: Sensibilidad a la luz Daltonismo Si no aprecias el 8, el 17 y el 0, es que tienes un daltonismo bastante común: la confusión del rojo con el verde, en distintos grados de intensidad. Si no percibes el número 12, es porque tienes una ceguera total al rojo 25

26 Percepción visual: Tonos de Gris

27 Percepción visual: Tonos de Gris

28 Percepción visual: Tonos de Gris

29 Percepción visual: Ejemplos El gris de ambas figuras es el mismo, sin embargo en la figura derecha se ve un poco rosado. Fuente: Maturana, H.; Varela, F. : El árbol del conocimiento, Editorial Universitaria, Santiago de Chile, 16º Edición, 2002.

30 Percepción visual: Ejemplos El gris del cuadro central de las cuatro figuras es el mismo, sin embargo aparece distinto por el contraste con el entorno. Fuente: Gonzalez, R.C., Woods, R.E.: Tratamiento Digital de Imágenes, Addison-Wesley Publishing Co, Reading, Washington, 1996.

31 Percepción visual: Ejemplos El gris del cuadro A es el mismo que el del cuadro B.

32 Percepción visual: Ejemplos Los cuadrados internos tienen el mismo gris.

33 Percepción visual: Ejemplos El circulo tiene siempre el mismo gris.

34 Percepción visual: Tonos de Gris y frecuencia espacial

35 Percepción visual: Ejercicio En las siguientes láminas, tápese el ojo izquierdo con una mano, ubíquese a unos 40cm de la lámina y fije la vista en la cruz izquierda. Aléjese y acérquese hasta que el círculo negro de la figura desaparezca y el cerebro reconstruye algo en su lugar. En el primer ejemplo, el círculo se elimina, en el segundo es reemplazado por una línea. Fuente: Maturana, H.; Varela, F. : El árbol del conocimiento, Editorial Universitaria, Santiago de Chile, 16º Edición, 2002.

36 Percepción visual: Ejercicio

37 Percepción visual: Ejercicio

38 Percepción visual: Ejemplos Qué ves aquí? Qué le pasa a esta persona?

39 Percepción visual: Ejemplos

40 Percepción visual: Ejemplos

41 Percepción visual 100% Núcleo Geniculado Lateral Corteza Visual Conexiones en la senda visual de los mamímeros (modelo clásico) Fuente: Varela, F.; Thompson, E.; Rosch, E.: De cuerpo presente, Gedisa editorial, Barcelona,1992

42 Percepción visual 20% Núcleo Geniculado Lateral Corteza Visual 80% Movimiento ocular Formación reticular Colículo superior Hipotálamo Conexiones en la senda visual de los mamímeros (modelo nuevo) Fuente: Varela, F.; Thompson, E.; Rosch, E.: De cuerpo presente, Gedisa editorial, Barcelona,1992

43 Percepción visual: Ejemplos

44 Percepción visual: Ejemplos

45 Percepción visual: Ilusiones Ópticas

46 Percepción visual: Ilusiones Ópticas

47 Percepción visual: Ilusiones Ópticas

48 Percepción visual: Ilusiones Ópticas

49 Percepción visual: Ilusiones Ópticas