08_slika

Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..

[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..

Slika in človeški vid

dr. Urban Burnik

delni vir gradiva: Tomaž Korošec, Marko Tkalčič



Vid

Temeljno človeško čutilo.

>70% informacije.

Neposrednost. Opis

Podoba



Svetloba

Elektromagnetno valovanje

Oko zaznava ozek spekter

400-700nm = sončna svetloba

Oko zaznava sliko objekta na podlagi

sprejete porazdelitve svetlobne

energije

)()()( LI

)(I

)(L



Človeško oko

Slika je 2D projekcija 3D sveta.

Sistem vida (HVS) je optični sistem

2D projekcija preko leče in zenice na mrežnico.



Zgradba očesa

Glavni sestavni deli očesa:

Roženica in leča – sistem lečRoženica grobo usmerja žarkeLeča izostri sliko (fokus)

Šarenica – zaslonkaUravnava količino vpadne svetlobe.

Mrežnica – senzorPretvarja svetlobo z leče v nevronski signal.Svetloba potuje v možgane, kjer celotno sliko zaznamo.



Fotoreceptorji

Mrežnica:

Paličice

– 120 milijonov na oko

– skotopično gledanje

– so zelo občutljive na svetlobo, zaradi česar zaznamo tudi šibkejše signale (gledanje ponoči).

– intenziteta (črno-belo)

– razporejene so po širokem območju očesa

Čepki

– 6-7 milijonov na oko

– fotopično gledanje

– z njimi zaznavamo barve

– so manj občutljivi od paličic (ponoči ne ločimo barv!)

– v središču vidnega polja (fovea, 1-2°)



Receptorji za zaznavanje

Razporeditev čepkov in paličic Čepki in paličice pod mikroskopom



Še o mrežnici…

Dve značilni točki na mrežnici:– Optični disk – tam je na oko priključen vidni živec,

zato tam senzorjev ni slepa pega.

– Fovea – območje, ki je zelo gosto posejano s čepki. Nahaja se v središču našega vidnega polja, skrbi pa tudi za adaptacijo očesa na trenutne svetlobne razmere (npr. pri prehodu iz svetlobe v temo).



Relativni učinek svetlobe

Občutljivost očesa na svetlobo vzdolž valovnih

dolžin ni enakomerna.

Svetilnost (luminanca) je “obtežena vsota” svetlobne

energije vzdolž celotnega spektra:

Recepcija≠percepcija: Svetlost.

Vpliv okolice na zaznavanje svetlobe:

enaka svetilnost, različna svetlost

0

)()( dVIL

)(V



Prostorski frekvenčni odziv (vida)

Število (periodičnih) sprememb na

enoto v prostoru

– Enota je običajno

[sprememb/stopinjo] zaradi

opazovalne razdalje

– Frekvenčna analiza



“Frekvenca” slike

Človeško oko: 20 sprememb/stopinjo

– fH = fv = 40 vzorcev/stopinjo

Kakšna mora biti ločljivost slike?

– Fotografija: 300 dpi

W

6W



MTF in LSF

MTF (frekvenčni odziv):

LTF (prostorski odziv)

in posledice:

Modulacijska prenosna funkcija (MTF)

– F-1(MTF)=PSF (oz. LSF)



Izvedba fotografskega (CCD) senzorja



“prekrivanje” spektrov

50 100 150 200

20

40

60

80

100

120

140

160

180

20010 20 30 40 50

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

i(x,y)=255 cos (2 ¼(4x+ 6y))

fs = 10

fs = 40



Barve

Fizikalna narava barv– Vsaka barva je definirana s porazdelitveno funkcijo

gostote svetlobnega toka I()

– Vidna svetloba : 380 < < 720 nm (lastnost človekovega očesa)

– Zapis• Vzorčenje po -> ločljivost 10nm = 34 komponent

• Človek: 3 tipi receptorjev

350 400 450 500 550 600 650 700 7500

1

2

3

4

5

6

7

valovna dolzina [nm]

gosto

ta s

vetlobnega t

oka [

W/m

2]



Barve in človek

Zaznavanje barv: 3 vrste receptorjev (čepkov), tri (centralne) barvne komponente:– λR = 575 nm (rdeča)

– λG = 535 nm (zelena)

– λB = 445 nm (modra)

Odziv čepka je “obtežena vsota” (gl. utežne funkcije za posamezne barve na desni) porazdelitvene funkcije gostote svetlobnega toka

Vira slik: - http://www.ph.tn.tudelft.nl/Courses/FIP/noframes/fip-Spectral.html- http://www.sunnybrooktech.com/colour.html

BGRpdIS pp ,,)()(720

380

http://www.ph.tn.tudelft.nl/Courses/FIP/noframes/fip-Spectral.html



http://www.sunnybrooktech.com/colour.html







Stranski učinki percepcije

Kompresija– 34->3 barvne komponente

Različne porazdelitve gostote svetlobnega toka povzročijo enak odziv R, G in B čepkov– Človek zazna različne barve kot isto barvo

– Metameri: ista barva z mešanjem različnih kombinacij



Ujemanje barv

Kolorimetrija

Zakoni ujemanja barv

– Učinek katerikoli barve dobimo s seštevanjem največ 3 barvnih virov

– Svetilnost mešane barve je enaka vsoti svetilnosti njenih komponent

– Seštevanje barv

– Odštevanje barv

Tristimulus

– Relativna količina osnovnih barv, ki dajejo določeno barvo.



Barvni prostori

3 osnovne spektralne komponente za potrebe opazovanja slike zadoščajo

– 3D vektorji

Lastnosti barvnih prostorov

– Monotonost (merska razdalja med dvema barvama ustreza podobnosti barv)

– Popolnost (barvni prostor vsebuje vse barve, ki jih lahko razlikujemo)

– Kompaktnost (vsaka barva barvnega prostora je razločljiva od ostalih)

– Naravnost (barvni prostor zagotavlja razčlembo barv na tri osnovne lastnosti: svetlost, barvni odtenek in nasičenost)

Vrste barvnih prostorov

– Fizika receptorjev (RGB, ->CMYK).

– Dojemanje barv (HSV).

– Metrika (CIELab).



Barvni prostori: RGB…

RGB (Red, Green, Blue) – ustreza percepcijskim lastnostim človeškega očesa (človeškemu načinu zaznavanja barv). Je najpogosteje uporabljen prostor v računalniških aplikacijah oz. za prikaz na zaslonu (aditivno mešanje).

CMY (Cyan, Magenta, Yellow) – ta barvni prostor je namenjen predvsem tisku. Barve pa so glede na RGB komplementarne (subtraktivno mešanje).

(CMY = 1 – RGB)

YUV – uporablja se v starejših TV napravah. Bil je definiran z namenom prehoda iz črno-bele na barvno televizijo. Y komponenta predstavlja svetlost, ostali dve komponenti pa sta barvni.



Barvni prostor HSV

Dojemanje barv

– Barvni odtenek (H)

– Nasičenje (S)

– Svetlost(V)

(približno) monoton barvni prostor.

– Podobne barve imajo (za razliko od RGB) vrednosti H, S, V blizu skupaj.



Barvni prostori - metrika

CIE (CIE XYZ, CIE Lab, CIE Luv ...)

– Evklidova distanca ima močno

korelacijo s subjektivno distanco

– Kromatski diagram

– Osnova za vrednotenje barvnega prikaza



Računalniške barve

Barvni modeli

– RGB, CMYK

– #000000,

– #FFFF00,

– #FF0000

Barvne palete

– 1bit, 4bit, 8bit, 16bit

Raztros (dithering)Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Dither



Kalibracija skenerjev

Standardni vzorci LUT

Kalibracija monitorjev

Spektrometer LUT

Kalibracija naprav za zajem in prikaz ICC color profile



Časovne lastnosti vida Oko ne zazna hitrih nenadnih sprememb

– Film in video

– Občutljivost je odvisna od kontrasta

(večja občutljivost na utripanje pri

visokem kontrastu)

– Velja, da je občutljivost na utripanje pri

50Hz zanemarljiva (TV)



Relativnost človeškega zaznavanja

Človek nima neke “absolutne” zaznave (št. slikovnih elementov, absolutna zaznava barve in svetlobe ipd.)

Sliko vedno dojema kot celoto – en del glede na ostale (tako barve, kot vsebina).



Uporaba slik

Preden začnemo

Načrtovanje

Organizacija orodij

Uporaba večih monitorjev



Statične slike

Bitne slike

– Uporaba slikovnih knjižnic (clip-art)

– Programska oprema

– Zajem in urejanje slik

– Skeniranje

Vektorske slike

– Kaj je vektorska slika

– Primerjava z bitnimi slikami

– Pretvorbe

3D risanje in interpretacija (renderiranje)



Raster : vektor



Datotečni formati

Windows

– BMP (DIB), PCX, TIFF

– PSD, AIX, CDR,…

Macintosh

– PICT

Cross-platform

– JPEG, GIF

– DXF



Reference

1. H.Breuer, R. Breuer, Atlas klasične in moderne fizike, Državna založba Slovenije, 1993

2. Color & vision database, http://www-cvrl.ucsd.edu/

3. Poynton, Colour FAQ

4. Symon D'O. Cotton, Colour, colour spaces and the human visual system, Technical Report,

B15-2TT, University of Birmingham, May 1996.

5. http://www.linocolor.com/colorman/colorman_frames.htm

08_slika

Documents

fakulteta

barvni prostori

svetlost

http

univerza

gt

breuer

slik