Sistema Visual Humano Anatomia e Processamento

de Sinais

Curso: GB 109Prof. Gilson A. Giraldi

Ano 2007

Conteúdo

Elementos da percepção visual. Formação da imagem nos olhos. Luz, luminância, brilho e

contraste. MTF do sistema visual humano. Modelo simples de visão

monocromática. A cor de uma luz. Atributos perceptíveis da cor. Representação por 3 cores

primárias Combinação e reprodução de

cores

Elementos da visão

Anatomia do olho humano

Organização da retina: A retina capta os sinais luminosos e

os transforma em impulsos nervosos. A retina contém dois tipos diferentes

de fotorreceptores: cones e bastonetes.

As células fotorreceptoras estão distribuídas de forma não homogênea.

Os impulsos nervosos codificando sinais luminosos são transmitidos ao cérebro através das células ganglionais.

Ordens de Grandeza

• Bastonetes: 120 Milhões• Cones: 6 Milhões• 1,5mm de diâmetro.

Elementos da visão

Células fotorreceptoras: Bastonetes – visão

photopic São sensíveis a

quantidades relativamente pequenas de luz.

Incapazes de diferenciar cores, apenas codificam intensidade luminosa em freqüência de impulsos nervosos.

Extraem apenas informações sobre luminância.

Elementos da visão

Células fotorreceptoras: Cones – visão scotopic

São sensíveis a quantidades relativamente grandes de luz.

Existem três tipos de cones, cada um capaz de detectar uma cor diferente: vermelho, verde e azul.

Elementos da visão

“Interligações” nervosas na retina.

•Rede Neural Multicamada?

Elementos da visão

Distribuição de bastonetes e cones na retina. A fovea é uma pequena

depressão na retina com aproximadamente 1,5mm de diâmetro.

Os cones estão concentrados na fovea enquanto os bastonetes ao seu redor.

Ao focalizarmos um objetos estamos movimentando os olhos para que a imagem se forme na fovea.

Visual Sytem

Visual System Physiology

Formação da imagem Como o cérebro percebe uma

imagem? O córtex visual do cérebro é organizado

em áreas. As que recebem estímulos de luz diretos são o córtex visual primário e o córtex visual terciário.

O córtex visual primário é a Tela Mental, onde são projetados sinais luminosos diretamente. Somente processa sinais de intensidade luminosa.

O córtex visual terciário é responsável por processar e integrar informação sobre cor. É incapaz de formar imagens.

Os outros componentes são responsáveis por processamento de imagens. Ex.: Córtex secundário é um detector de linhas retas.

Vision System Pattern Recogniton and Memory

Modelo de visão monocromática.

Visão Monocromática

Luz, brilho, luminância e contraste

),,( yxL

0

)(),,(),( dVyxIyxf

Luz: Radiação eletromagnética que estimula nosso sistema visual.

A luz emitida por um objeto:

Filtragem do sistema Cornea+Lentes

0

),(),,(),,( dudvvyuxhvuLyxI l

A luminância gerada a partir da função de eficiência luminosa relativa V do sistema visual

Luz, brilho, luminância e contraste

Típica função de eficiência luminosa relativa.

A luminância de um objeto não depende da sua vizinhança.

O brilho de um objeto é a luminância percebida e depende da vizinhança.

Dois objetos com com diferentes vizinhanças, mas com luminâncias idênticas podem ter brilhos diferentes.

Luz, brilho, luminância e contraste

Luminância: Intensidade de energia luminosa recebida na retina.

Contraste: função da luminânciaOBS: Cuidado para não confundir!

Brilho é contraste percebido

Luz, brilho, luminância e contraste

•Nosso sistema visual é sensível àvariação de intensidade de imagem.

•Brilho (contraste percebido) depende do background da image

Luz, brilho, luminância e contraste

Definição de contraste:

fc log f

dfdc

f

fc

• A partir desta definição temos:

• Obsevemos que:

,0

f

fc

fc log

Para f grande e Δf pequeno.Por que o sistema visual usa o contraste?

Luz, brilho, luminância e contraste “Mach Bands”

Por que ocorre esse efeito? Brilho não é uma função monotômica

da luminância. Inibição lateral. Resposta impulso.

Visual System Impulse Response

MTF do sistema visual humano Modulation Transfer Function

Experimentos com a grade senoidal de intensidades variáveis.

O que ela nos diz sobre o SVH? Similar a um filtro passa-banda.

Mais sensível a freqüências médias.

Menos sensível a freqüências altas.

MTF do sistema visual humano Uma primeira aproximação.

Por um procedimento de ajuste curvas, foi obtida a fórmula para a resposta do sis. visual a freqüência.

00

exp)( AH

.,, 0 constA

Pergunta

Qual a função do contraste e da inibição lateral na percepção visual

humana? (cortex secundário)

fc log

A cor de uma luz. A cor percebida depende do

conteúdo espectral da luz incidida.

Visão ColoridaEspectros de Absorção

Três tipos de cones na retina.

Representação por 3 cores primárias

Sensação produzida por uma luz colorida pode ser escrita pela resposta espectral:

3,2,1)()()(max

min

idCSC ii

Duas cores podem ser percebidas iguais, mas possuírem distribuições espectrais diferentes desde que:

3,2,1),()( 21 iCC ii

Combinação e reprodução de cores

Considere três fontes primarias:

3,2,11)(max

min

kdPk

Para reproduzirmos uma cor devemos então tomar:

3

1

)()(k

kkPC

Dessa forma, a sensação produzida seria:

dSPC

dSPC

ikk

ki

ik

kki

)()()(

)()()(

3

1

3

1

Combinação e reprodução de cores

Definindo a resposta de um cone gerada por uma primária:

Ficamos com:

3,2,1,)()()(, kidPSPa kikiki

dCSCa iikik

k )()()(,

3

1

Tristimulus Values

“Tristimulus values” de uma cor C.

,3,2,1, kw

Tk

kk

Laws of Color Matching

Three basic colors

Luminance of a color mixture

Color addiction

2121

2211

CCCC

then

CCandCC

Laws of Color Matching

Color Subtraction

11

2121

22

CC

Then

CCCC

CC

Transitividade Leis de Grassman

Sistemas de Cor

HSB x RGB

Geometria e Visão Como medir distâncias em um espaço de cor?

3

1

3

1

2

i jjiij dXdXcds