LUZ, COLOR, VISION Y PERCEPCIÓN VISUAL

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1 1

LUZ, COLOR, VISION

Y PERCEPCIÓN

VISUAL

Constantino Pérez Vega Dpto. de Ingeniería de Comunicaciones

2011

2 2 Espectro visible

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3 3 Luz blanca incidente

Los fotones de longitudes de onda diferentes a la del azul son absorbidas por el objeto

Luz azul reflejada

4 4 Efectos de la iluminación

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5 5

Distribución espectral de la luz solar en las longitudes de onda del espectro visible

6 6

Iluminantes estándard (CIE)

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7 7 Respuesta espectral de diferentes tipos de lámparas.

(Adaptada de Benson, K.B. Television Engineering Handbook, McGraw-Hill Book Co. 1985)

8 8



i



r Onda incidente Onda reflejada Medio 1 Medio 2 (reflector) Normal

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9 9

10 10

(6)

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 Almacenamiento Transmisión Visualización Escena tridimensional Sistema óptico

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.

http://www.microscopyu.com/articles/optics/components.html

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13 13 Lentes 14 14 Lentes: Biconvexa

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15 15 Lentes: Bicóncava 16





1 2 1 2 1 1 1 1 (n 1) n d f R R nR R      _   _   Donde: fes la distancia focal,

nes el índice de refracción del material de la lente,

R1es el radio de curvatura de la lente más cercano a la fuente luminosa,

R2es el radio de curvatura de la superficie de la lente más lejano a la fuente luminosa, y

des el espesor de la lente como se indica en la figura 7.

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₎

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17 17

Principales tipos de lentes

18 18

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19

Aberración cromática

20 20

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21 21 Lentes compuestas

22 22

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23 23 Sistema óptico de una cámara reflex

24 24 Cámara Reflex

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25 Lentes zoomar para cámaras fotográficas

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28 Lentes zoomar TV – c.1950

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29 Lentes zoomar TV – c.1955

30 Lentes Zoomar

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31

COLOR

32 32

Perceptual (subjetivo) Psicofísico (objetivo)

Matiz o tonalidad Longitud de onda dominante

Saturación o pureza Pureza de la excitación

luminosa

Brillo Luminancia

Luminosidad Reflectancia o transmitancia

luminosa

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33 33

Circulo de Matiz de Munsell Cilindro de Munsell

Amarillo Neutro V er_d e Nar an ja Roj o R o jo -P_ú rp_u ra Pú rpu_ra Púrp ura-A zul Azu l A z u l V e rd o so Verde -Amar_illo 1 Cilindro de Munsell Cilindro de Munsell 2 3 4 5 6 7 8 9 10

G

B

P

R

1 23 45 6 7 8 9 10 Va lo r Croma Matiz 34 34

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35 35 Mezclas aditiva y substractiva de colores

Fondo negro (monitor) _{Fondo blanco (papel)}

36 36 Azul Rojo Verde Negro Blanco Cyan Amarillo Magenta

(19)

37 37 B R G 38 38

(20)

39 39

EL OJO Y EL SISTEMA VISUAL HUMANO

40

Todos los mamíferos y la mayor parte de los animales perciben el mundo exterior mediante los ojos y los oídos

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41

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

42 El ojo humano, en una primera aproximación, puede considerarse

similar a una cámara obscura.

Cámara obscura

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43

Cámara obscura

44

La luz reflejada por los objetos externos se enfoca sobre la retinapor la acción refractiva de la córneay 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. Los medios refractivos del ojo

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45 45 Córnea Índice de refracción nD=1.376 Diámetro de la lente d=0.5 mm Radios de curvatura r1=7.7 mm r2=6.8 mm Poder refractivo 45 dioptrías

Humor Acuoso

Índice de refracción nD=1.336 Diámetro de la lente d=3.1 mm Cristalino

Índice de refracción Variable; nD=1.41 en el núcleo a nD=1.37 en la periferia Diámetro de la lente en reposo d=3.6 mm

Radios de curvatura en reposo r1=10 mm r2=‐6 mm Poder refractivo 18 dioptrías

Humor Vítreo

Índice de refracción nD=1.337

Medios refractivos del ojo

46 Miopía

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47

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.

Córnea Pupila Cristalino (lente) Coroides Nervio óptico Retina Esclera 48 48

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49 49

Estructura del ojo

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51 51 Iris Pupila Lente 52 52 Iris y Pupila Pupila dilatada

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53

Ref. Pender, H. & McIlwain, K. Electrical Engineers Handbook – Electric Communication and Electronics. 4th Edition. Wiley, 1957 Diámetro de la pupila en función de la luminosidad

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55 55

56 56

(29)

57 57 58 Acom oda ció n máx ima en di op tr ía s Dista n ci a al obj e to más cer c ano en cm Edad en años Acomodación

Ref. Pender, H. & McIlwain, K. Electrical Engineers Handbook – Electric Communication and Electronics. 4th Edition. Wiley, 1957

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59 59 Cataratas 60 60 Degeneración macular

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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 nocturnao 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, fotópicao diurna.

62 62

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63 63 64 64 Capa plexiforme externa Capa plexiforme interna

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65 65

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68 CELULA GANGIONAR Nº 1 CELULA GANGLIONAR Nº 1,000,000 110 a 130 MILLONES DE BASTONES 6 A 7 MILLONES DE CONOS CENTENARES DE CONEXIONES DECENAS DE CONEXIONES FIBRA NERVIOSA Nº 1 FIBRA NERVIOSA Nº 1,000,000 CEREBRO NERVIO OPTICO

Esquema simplificado del mecanismo ojo-cerebro, en la región fuera de la fóvea

Adaptado de Digital TV Fundamentals, 2nd. Edition

Michael Robin & Michel Poulin. McGraw-Hill, 2000.

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69 69

70 70

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71 71 Se abren los canales de Na+ entra Na+ Se abren los canales de K+ K+ comienza a entrar Se cierran los canales de Na+ K+ continua saliendo y el potencial vuelve a su estado de reposo Canales de K+ y Na+ cerrados K+ en exceso se difunde en el exterior Despolarización Repolarización V o lt aj e t ra n s m em b ra n a ( m V )

Fig. Potencial de acción

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73 73

74 74

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75 75

76 76

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¿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.

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Los términos psicofísicos se relacionan de forma aproximada

con los términos perceptuales en la forma siguiente:

Reflectancia o transmitancia luminosa Luminosidad Luminancia Brillo Pureza de la excitación luminosa Saturación o pureza Longitud de onda dominante Matiz o tonalidad Psicofísico (objetivo) Perceptual (subjetivo)

Look into Simultaneous Contrast Phenomenon

• Human perception more sensitive to luminance contrast than absolute

luminance

• Weber’s Law: | L_s– L₀| / L₀= const

– Luminance of an object (L₀) 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 log₁₀L (logarithmic law, widely used) – c = 21.9 L1/3 _{(cubic root law)}

www.ajconline.umd.edu (select ENEE631 S’04) [email protected]

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Mach Bands

• 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

Figure is from slides at Gonzalez/ Woods DIP book website (Chapter 2) U M C P EN EE 6 3 1 Sl id e s ( c re ate d by M .W u © 2 00 4)

www.ajconline.umd.edu (select ENEE631 S’04) [email protected]

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

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Efectos de la iluminación

88 88 Contraste

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95 95

96 96

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97 97

98 98

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