2D-3D számítógépes grafika

Az előadások a következő témára: "2D-3D számítógépes grafika"— Előadás másolata:

1 2D-3D számítógépes grafika
BME Építészmérnöki Kar Építészeti Ábrázolás Tanszék Előadó: Batta Imre Szín

2 Tartalom Tárgy: az emberi látás fontosabb jellegzetességei. Látótér
Foveális látás, szakkádok Látásélesség Kontraszt Definíció KÉ Függvény Fehér illuzió, Schyns-Oliva illúzió, Robson-Ohzawa teszt Szimultán színkontraszt Kontraszt indukció Élénkülés, homályosság illuzió Kontraszt redukció Asszimiláció, összemosódás, Bezold hatás, vízfesték illúzió, Fényesség (Illuminancia és a reflektancia megkülönböztetése) Lehetetlen lépcső illúzió, köd illúzió, sötét vonalak illúzió Adaptáció Világosság adaptáció Konstancia Méret- és alakkonstancia, világosság-konstancia, színkonstancia Fénysűrűség változás hatásai Bartleson-Breneman hatás, Stevens hatás, Hunt hatás, Bezold-Brücke hatás Abney hatás, Helmholtz-Kohlrausch hatás, Helson-Judd hatás Összefoglalás Emberi látórendszer modellezése

3 Látótér

4 Szakkádok Az éleslátás területe a fovea alig ½ º-os látókúpot jelent. A szem állandó, az érdeklődése tárgyát körbejáró, fürkésző mozgása (900º/sec) a szakkádok* egyesítik az éleslátás területét a periférikus látás homályosabb képalkotásával. A látványt állandóan mozgó, változó méretű, de szűk ablakban érzékeljük. A „látott” kép - hasonlóan Van Gogh képéhez - részletekből tevődik össze. A szerkesztett perspektíva tanult látásmód. A perspektíva XV. századi felfedezése, addig a látványt nem látták úgy, ahogy azt Vermeer a perspektíva szabályai szerint megfestette. * Saccade – francia, hirtelen irányváltoztatás.

5 Feloldott max térfrekvencia cik/fok
Látásélesség A látásélesség (feloldóképesség) meghatározói: ● Optikai rendszer fogyatékosságai: lencse aberrációk, diffrakció, lencse- és akkomodációs hibák. ● Felbontás: a receptorok ill. érzékelő mezők átmérője és eloszlása a retinán. ● Kontraszt érzékelési érzékenység a megvilágítás függvényében. Elektronikus kép ideális felbontása: szokásos látási távolságról nézve az összetett képelem kiterjedése éppen 0.5 szögperc alá kerüljön. 60 4º 30º 50 40 30 Feloldott max térfrekvencia cik/fok 20 10 -4 -3 -2 -1 -0 1 2 3 4 log Fénysűrűség cd/m2 Feloldóképesség alakulása növekvő háttér-megvilágításban. Feloldóképesség min. 2 cpf -3.3 log cd/m2, és max. 50 cpf 3 log cd/m2 fénysűrűségnél.

6 Kontraszt K=(L1 - L2)/(L1 + L2)
A látás abszolút világosság-összevetésre nem képes, a világosság relatív érzet. Az eltérés mértéke a kontraszt. L1 és L2 tényleges fénysűrűségű felület között érzett világosságkülönbség (a két fénysűrűség különbségének és összegének a hányadosa): K=(L1 - L2)/(L1 + L2) A kontraszt lokális. A szem az egymás melletti egyidejű (szimultán), vagy az egymás után megjelenő (szukcesszív) felületek fénysűrűség különbségét érzékeli. A foveális látás következtében a látás állandóan mozgó, de szűk ablakban részletről-részletre haladva állítja össze a látványt. Koffka gyűrűk (1935)* szemléltetik, hogy a kontraszt érzet egy képen belül azonos fénysűrűségű részletek mellett is változhat. *Kurt Koffka ( ) német Gestalt pszichológus a csoportosítás jelentőségét vizsgálta az vizuális érzékelésben.

7 Kontraszt Az ablak alakját, méretét meghatározhatja:
alak- illetve csoportképző sajátságok (közelség, hasonlóság, közös sors, folytonosság, folytathatóság, zártság, kapcsolódás stb.), párhuzamos felületek, azonos megvilágítású részletek, vagy sejtkapcsolatok a retinán, sejtkapcsolatok az agykéregben. De… az ablak középpontja a mindig a kontraszt határvonalon mozog! Jobboldali ábra: Az ablakot helyettesítheti? kiegészítheti? a látvány rétegekre bontott észlelése. Gilchrist: Lightness Perception: Seeing One Color through Another, Current Biology, 2005. Gilchrist, 2005.

8 Adaptáció ΔI/Ih = k ÉÉK = k × Log(I)
Weber-Fechner törvény (1860): a pszichológiai érzet növeléséhez egyre erősebb fizikai inger szükséges. Pontosabban: az érzetben éppen észrevehető különbséghez (ÉÉK) szükséges inger (ΔI) és a fizikai inger (I) aránya (érzékszervenként eltérő nagyságú) állandó: ΔI/Ih = k Ha az ÉÉK-t az érzet mértékegységének (t.k. legkisebb közös többszörösének) tekintjük, akkor az ÉÉK az fizikai inger logaritmusával arányosan erősödik: ÉÉK = k × Log(I) ahol k az érzékszervtől függő konstans, I fizikai inger, az ÉÉK többszöröse. Példa ÉÉK = 3 kg + 3 dkg; 30 kg + 3 kg Weber-Fechner Log - Lin Lin Kumulatív ÉÉK ➨ Log Ingerintenzitás ➨ Lin Ingerintenzitás ➨

9 Adaptáció S = k Log(L×R) S1 = k log(1.0×0.8) = 2.9 k
A Weber-Fechner törvény alapján a kontraszt (két felület között) különböző megvilágításnál állandó marad (Cornsweet): S = k Log(L×R) ahol S az érzet, k a konstans, L a megvilágítás és R a visszaverődési tényező (Albedó) az inger két összetevője. Két különböző visszaverődésű (albedójú) felület két különböző megvilágítással a következő érzeteket kelti: S1 = k log(1.0×0.8) = 2.9 k S2 = k log(1.0×0.1) = 2.0 k S1 = k log(2.0×0.8) = 3.2 k S2 = k log(2.0×0.1) = 2.3 k L1 L2 R1 R2

10 Kontraszt Fehér illúzió
Fehér illúzió: tudattalan következtetéssel térben irányított szimultán kontraszt. A színek szabályt követő elrendezése befolyásolja a világosság összevetés irányát. Itt pl. az alakzatok attól függően világosabbak vagy sötétebbek, hogy a csoportjaik a sötétebb vagy világosabb sávokhoz tartoznak.

11 Optimális felbontás Salvador Dali: Gala szemléli a Földközi tengert, amely húsz méterről Abraham Lincoln portréjává változik, 1976

12 Salvador Dali: Rabszolgapiac Voltaire eltűnő mellszobrával, 1942
Kontraszt Salvador Dali: Rabszolgapiac Voltaire eltűnő mellszobrával, 1942

13 Kontraszt Kontraszt érzékenység a látvány részletességétől és fénysűrűségének (megvilágítás) átlagos szintjétől függ. Jellemzője a KÉ Függvény (Contrast Sensivity Function, CSF), amely az érzékenységet növekvő fénysűrűségű szinuszosan modulált mintázat érzékelésével méri. Összefüggés az érzékelő mező működésével: Alacsony megvilágítás: kiegyenlített ellentét a központ-gyűrű között, alacsony kontraszt érzékenység Közepes megvilágítás: növekvő ellentét a központ-gyűrű között, növekvő kontraszt érzékenység. Erős megvilágítás: kiugró kontraszt érzékenység. A diagramon látható, hogy a szokásos fényviszonyok között (9-900 Troland) a kontraszt érzékenység az 1-20 c/f térfrekvenciáknál a legnagyobb, tehát az érzékelő mező sáv-áteresztő szűrőként (band-pass filter) működik. Modulációs küszöb-1 Térfrekvencia (c/f) 7 növekvő fénysűrűségű, 0.5 és 50 ciklus/fok között szinuszosan modulált mintázat érzékelési küszöbjeinek alakulása (van Ness, Lamming, 1991)

14 Kontraszt Kontraszt érzékenység  Robson-Ohzawa kontraszt érzékenységi teszt. A kontraszt érzékenység a képi frekvencia nagyságától függően változik. Itt a legmagasabb feloldható frekvencia a nézési távolsággal változik. Térfrekvencia  Start

15 Optimális felbontás: 8 cpf
Dr. Angry, Mr. Smile Schyns, Oliva: Dr. Angry and Mr. Smile: when categorization flexibly modifies the perception of faces in rapid visual presentations. Cognition 69, 1999 A Hybrid image (H) is obtained by combining two images (I1 and I2), one filtered with a low-pass filter ≤ 2 cpd (G1) and the second one filtered with a high-pass filter 8 cpd (1−G2): H = I1 ·G1 +I2 · (1−G2), the operations are defined in the Fourier domain. Schyns-Oliva illúzió: az optimális képfrekvencia (8 cpf) természetesen a nézési távolsággal (látószöggel) módosul. Közelről nézve a baloldali kép Dr. Angry, és a jobboldali Mr. Smile, távolról nézve fordítva. A baloldali hibrid kép (K1) és (K2) képek egyesítésével keletkezett. A (K1) dühös férfi vonásait magasan áteresztő szűrő (8 cpf) közel nézésre optimalizálja, míg az alacsonyan áteresztő szűrővel (≤ 2 cpd) módosított (K2) semleges női arc részletei távolról nézve kerül a 8 cpf tartományba. A jobboldali hibrid képen az eljárás fordított. (Cognition 69, 1999) Start

16 Egyidejű (szimultán) színkontraszt
Szimultán színkontraszt: a szín színe (hue) a háttér színével ellentétes (komplementer) irányba húzódik, egyúttal a színkontraszt emelkedik. A színkontraszt gyenge érzet. (Az ábrán a színek közel azonos világosságúak, így a világosság kontraszt hatása elhanyagolható.)

17 Fényesség (5/1)

18 Pszichofizikai fogalmak
Fényesség (5/2) Hogyan különböztetjük meg a retinára eső fénysűrűségben (luminancia) a megvilágítást (illuminancia) és a reflektanciát vagy a traszmittanciát? Fizikai fogalmak (E) Megvilágítás (Illuminancia) = a felületre eső fény (hh. összetétele és intenzitása). (R) Reflektancia, albedó = a megvilágított felületről visszaverődő fény százaléka. Pl. bársony 0.01%, a papír 0.85%. (T) Transzmittancia = a megvilágított felületen átengedett fény százaléka. (L) Fénysűrűség (Luminancia) = a felületről a retinára eső fény. Pszichofizikai fogalmak Világosság (Brightness) = érzet, a retinára eső fény – színétől elvonatkoztatott – intenzitása. Fényesség (Lightness) = relatív világosságérzet, a felület becsült reflektanciája vagy transzmittanciája, a látórendszernek a világosság alapján kialakított következtetése. Fényerő Eλ Illuminancia Fényesség Lλ Luminancia Világosság Tλ Transzm. Rλ Reflektancia Relatív L 1 780 λ 380 E(λ) Relatív R R(λ) L(λ) = x

19 Retinára eső luminancia kép
Fényesség (5/3) Hogyan különböztetjük meg a retinára eső fénysűrűségben (luminancia) a megvilágítást (illuminancia) és a reflektanciát vagy az traszmittanciát? A reflektancia kép két különböző reflektanciájú anyagot mutat. Az illuminancia kép három különböző megvilágítottságú felületet mutat. A luminancia képből levont következtetések: p és q felületek luminanciájuk különböző, de reflektanciája azonos. q és r felületek luminanciája és reflektanciája különböző, illuminanciájuk közös. p és r felületek luminanciája itt éppen azonos, mert p alacsonyabb reflektanciáját magasabb illuminancia ellensúlyozza. p és q felület azonos anyagból van, ezért a fényességűk azonos. Viszont p felületnek nagyobb az luminanciája mint q-nak, ezért a világosságuk különböző. p és r felület fényessége és a világossága is különböző. Reflektancia kép Illuminancia kép Adelson: Lightness Perception and Lightness Illusions. The New Cognitive Neurosciences, MIT Press, 2000. p q r Retinára eső luminancia kép Adelson, 2000

20 Fényesség (5/4) Lehetetlen lépcső
Következtetések a reflektanciából Lassú változás – feltehetőleg megvilágítás változás Gyors változás – feltehetőleg reflektancia változás. Adelson, 2000 Lehetetlen lépcső illúzió: az észlelés tudattalan következtetések eredménye. Amit látunk az vizuális rendszer a legjobb becslése arról, hogy mi van a világban. A becslés a puszta képi adatra és az előzetes tapasztalatra támaszkodik (Helmholtz). Balodalt egy régión belül észlelt kontraszt: különböző reflektancia. Jobboldalt szomszédos régiók határán észlelt kontraszt: különböző illuminancia. (A régiókat itt síkok hozzák létre.) Gilchrist, 2001

21 Fényesség (5/5) Fátyol illúzió Edward H. Adelson után

22 ? Sötétség ?

23 Kontraszt indukció (3/1)
Irtel, 1998

24 Kontraszt indukció (3/2)
Homályosság Webster, Georgeson, Webster: Neural adjustments to image blur. Nature Neuroscience, 2002. Webster, Georgeson, Webster, 2002.

25 Kontraszt indukció (3/3)
Élénkülés (Crispening) Moroney 100 Élénkülés (Crispening): a gyenge világosság-kontraszt, pl. közel azonos színű vagy a középszürke háttér, megnöveli a színérzékenységet, így azután a közeli színek közötti színkülönbség (hue) nagyobbnak látszik. Érzékelt világosság Háttér 100 névleges fényesség

26 Kontraszt redukció (4/1)
Színasszimiláció Magas frekvenciájú látványelemeknél – a fúziós frekvencia előtt – csökken a kontraszt, a szimultán színkontrasztot* felváltja a színasszimiláció. A magas frekvenciájú mintázat magához húzza a háttér színét. A színek összeadódnak, és nem kivonódnak: ez az alapja egyes féltónus (halftone) nyomdai eljárásoknak. Csökken a színek telítettsége: a hatás a legerősebb a kék színeknél, mert az R csapok előfordulása a legalacsonyabb (5-10 %). Fajtái, elnevezései: színterülés, Bezold hatás, neon színterülés, vízfesték hatás. * Emlékeztetőül: szimultán színkontrasztnál a szín színe a háttér színével ellentétes (komplementer) irányba tolódik. Wandell, 1995 Start

27 Kontraszt redukció (4/2)
Bezold hatás Bezold színasszimiláció: a magas frekvenciájú mintázat színe magához húzza a háttér színét. *Wilhelm von Bezold ( ) német fizikus.

28 Kontraszt redukció (4/3)
Neonos színterülés (Neon color spreading) Rolf Kuehni: Neonos színterülés (Kuehni): a kontraszt csökkenés szétterül, áttetszőség vagy fedettség érzetét kelti.

29 Kontraszt redukció (4/4)
Vízfesték illúzió Pinna, 1987

30 Adaptáció Adaptáció (1) erősíti az új, értelmezésre váró, és gyengíti vagy megszünteti a tartós vagy ismétlődő (redundáns) ingerek érzékelését; (2) az érzékelés érzékenységét a környezeti hatások (ingerek) nagyságrendjéhez igazítja, - adaptációs szint. Vizuális adaptációk: világosság, szín, kontraszt és felbontás adaptációk. Vizuális adaptáció optikai, fotókémiai és idegi mechanizmusai: ● pupilla (2 - 8 mm), ● receptor (pigment kimosódás), ● pálca – csap váltás, ● érzékelő mező központ-gyűrű felépítése, ● agyterületek (LGN, SC, agykéreg) Georges de La Tour ( ): Újszülött, 1640

31 Adaptáció s = smax / smin
- 6 - 4 -2 2 4 6 8 Világosság-adaptáció a látás érzékenységét a látvány átlagos fénysűrűségéhez, (megvilágítási szintjéhez) igazítja, – adaptációs szint. Az adaptációs szinttel változik: ● érzékenységi terjedelem (min – max), ● az adaptálódott terjedelmen belül érzékenységi küszöb (tk. az érzékelhető árnyalatok száma). Az emberi látás 10 nagyságrend fényerőség terjedelmet (árnyalat-terjedelmet) képes érzékelni. Dinamikus tartomány (Dynamic Range) az érzékelési terjedelem arányszáma: s = smax / smin Az emberi látás egyidejűleg látható max. terjedelme: : 1. Csillagfény Holdfény Belsőtér Napfény É j s z a k a i K ö z t e s N a p p a l i 8 pálca gyenge élesség nincs színlátás Pálca & 3 csap 3 csap jó élesség jó színlátás 6 4 2 Log különbség küszöb: minta/háttér (cd/m2) Csapok -2 Háttér Pálcák - 4 Minta - 6 - 6 - 4 -2 2 4 6 8 Log háttér fényerősség (cd/m2)

32 Konstancia (5/1 - méret) Az észlelésben a tárgyak állandó vizuális tulajdonságaikkal jelennek meg. Az állandóság fajtái: ● méretkonstancia, ● alakkonstancia, ● világosság-konstancia, ● színkonstancia. Méret- és alakkonstancia: a retinaképtől (távolság, rövidülés stb.) függetlenül tárgyakat állandó nagyságúnak és alakúnak látjuk. Függ a tapasztalattól, tanulástól, emlékezettől és a figyelemtől. Szín- és világosság-konstancia: a megvilágítás változástól függetlenül a tárgyak színét és világosságát állandónak látjuk. Méret illúzió, Shepard

33 Konstancia (5/2 - világosság)
Adelson, 2000 Sakktábla illúzió (1995): a látás alkalmazkodik a megvilágításhoz, pontosabban függetleníti magát a megvilágítástól, pl. az árnyéktól, hogy fenntartsa a látvány értelmét. Itt pl. az A és B felület azonos színű.

34 Von Kries színadaptáció (1902)
Konstancia (5/3 - szín) Von Kries színadaptáció (1902) Paul Cezanne: Almák, barackok, körték, szőllő. Von Kries színadaptáció (1902): a látás alkalmazkodik a fényforrás színéhez, és kiegyenlíti annak esetlegesen színtorzító hatását. Itt a festmény kék fénnyel van megvilágítva.

35 Konstancia (5/4 - szín) Von Kries színadaptáció (1902): a látás alkalmazkodik a megvilágítás hullámhossz összetételéhez, és kiegyenlíti annak esetlegesen színtorzító hatását. A három csap, illetve a színcsatornák érzékenység szabályozása egymástól független. Magasabb színtű folyamatok is hatnak: a színadaptáció hatékonysága az ismert, jellegzetesen fehér színű tárgyak hiányában csökken (Hunt-Berns hatás). 1 400 500 600 700 Hunt-Berns effect: Inability of the cognitive factor to decide on a set. Example: When in an environment with colored illumination the brightest object is not known a priori to be white, the cognitive part of chromatic adaptation fails because it is not possible to establish whether that object is white or has a hue similar to that of the illuminant. This is especially so, if the observer is knowledgeable about the Helson-Judd effect.

36 Konstancia (5/5 - szín) Purves, Lotto, 2002

37 Fénysűrűség változás hatása – 8/1
Az érzékelés nem lineáris. Az adaptációs mechanizmusok következtében a fénysűrűség nagysága módosítja a színeket. A megvilágítással, pontosabban a látvány fénysűrűségének emelkedésével)… ● pontosabb receptorok válaszainak összevetése, ezért nő a kontraszt érzékenység (szín- és világosságárnyalat megkülönböztető képesség): Bartleson-Breneman hatás Stevens hatás Hunt hatás ● megváltozik a színek (hue) látszólagos színe, mert különböző a receptorok érzékenysége: Bezold-Brücke hatás Purkinje eltolódás és azonos fénysűrűség mellett a színek világossága különböző. Abney hatás Helmholtz-Kohlrausch hatás Helson-Judd hatás Az alacsony foton szám következményei. A négy rajz egyre növekvő megvilágítással 400 retina receptort illusztrál. Ahhoz, hogy a körrel jelzett terület világosság különbsége érzékelhető legyen, logaritmikusan növekvő számú foton szükséges. Pirenne (1967) alapján.

38 Fénysűrűség változás hatása – 8/2
Bartleson-Breneman hatás A B C D E 1 2 3 3 5 Bartleson-Breneman hatás: a kontraszt érzékenység függ a környezet (surround) átlagos fénysűrűségétől, t.k. a környezet megvilágításától. A sötét környezet csökkenti a kontrasztot, miközben emeli a színek világosságát. A hatás a sötét színeknél nagyobb, ezért a sötét háttér előtt a fekete kevésbé mély. A világos környezet növeli a kontrasztot, és csökkenti a színek világosságát. A hatás a sötét színeknél megint nagyobb, ezért a világosság árnyalatok számát szélesíti. Példa: mozi – fénykép, gamma korrekció.

39 Fénysűrűség változás hatása – 8/3
Stevens & Hunt hatás Start Stevens hatás: a látvány fénysűrűségének növekedésével a világosság és szín-megkülönböztető képesség növekszik. Ezért a világosság kontraszt erősödik, a sötétebb színek sötétebbek, a világos színek világosabbak lesznek Hunt hatás: a fénysűrűségük növekedésével a színek színdússága (tisztasága) erősödik, a színek élénkebbek lesznek. Ha csökken a színek színessége azt világosság csökkenésként érzékeljük.

40 Fénysűrűség változás hatása – 8/4
Stevens & Hunt hatás Az első impresszionisták Corot, Pisarro képinek tanulsága: a szabadban erős fényben a festékek színesebbnek látszanak, mint kiállítva gyenge múzeumi megvilágításban. Jean-baptiste Camille Corot: Villa d'Este, Tivoli Claude Monet: Roueni katedrális, 1892,93,94

41 Fénysűrűség változás hatása – 8/5
Bezold-Brücke hatás Bezold-Brücke színeltolódás: a három csap érzékenysége különböző, és alacsony megvilágításnál a pálcák is bekapcsolódnak a színérzékelésbe, ezért a fénysűrűségük erősödésével vagy gyengülésével a színek színezete (hue) megváltozik.

42 Fénysűrűség változás hatása – 8/6
Abney hatás Burns S A, Elsner A E, Pokorny J and Smith V C 1984 The Abney effect: chromaticity of unique and other constant hues Vision Res –89 Yoko Mizokami et all.: Nonlinearities in color coding: Compensating color appearance for the eye's spectral sensitivity. J. of Vision Figure 7. (Left) Constant hue loci as a function of bandwidth for the standard observer, assuming no compensation for spectral screening. Complete compensation instead predicts straight lines of constant center wavelength. (Right) Corresponding predictions for the Abney effect, shown in the CIE diagram for comparison with observed measurements. In this case, the stimulus is desaturated by mixing a monochromatic light with an equal-energy white. This produces straight hue lines for a linear model, whereas the curved contours shown are predicted if the visual system instead applies a correction for the purity change that would be appropriate if the desaturated chromaticity resulted from a change in spectral bandwidth. For the extraspectral reds, the predictions were instead generated for inverse Gaussian spectra [with increasing purity modeled by subtracting from a flat spectrum a Gaussian of fixed bandwidth (100 nm) but increasing height]. Solid lines, unfilled symbols: predicted constant hue loci; dotted blue lines, blue symbols: observed constant hue loci replotted from Burns et al. (1984) for one participant (AE); unconnected red and green squares: observed unique red and green settings for the same observer. Figure 7 shows that this explanation for the nonlinearities in color appearance in fact captures many of the characteristic color changes reported for the Abney effect (Burns et al., 1984). In particular, it predicts that when mixed with white, both short and long wavelengths appear redder (i.e., shifted toward the ends of the spectrum), and thus lines of constant hue instead curve toward the center of the visible spectrum whereas medium wavelengths show much less shift. The same predictions can also be extended to extraspectral reds (e.g., for stimuli formed by subtracting a Gaussian from a flat spectrum) and again capture the characteristic curvature of unique red loci. Note that these predictions make no assumptions about specific mechanisms of postreceptoral color coding and in particular make no distinction between unique hues and other hues. All wavelengths are simply shifted by the amount required to preserve the hue expected for color signals that vary in bandwidth. Burns, 1984; Mizokami, 2006. Abney hatás (1910): fehérrel keverve a színek színezete (hue) megváltozik: 500 nm (sárga) alatt a kék felé tolódik el, 500 nm felett a sárga felé. A hatás a monokromatikus színeknél érzékelhető. Amint az a CIE 1931-es színességi diagramon látható a vörös fehérrel keverve sárgás színű lesz.

43 Fénysűrűség változás hatása – 8/7
Helmholtz-Kohlrausch hatás Start Megjegyzés: Helmholtz-Kohlrausch hatás miatt a színinger világosságát A CIE fénysűrűség (Y) függvény nem határozza meg pontosan. L(λ) Helmholtz-Kohlrausch hatás: a három csap érzékenysége különböző, ezért a színek világossága azonos fénysűrűség mellett is különböző (heterokromatikus világosság). Következmény: a színdús, telített színek (kromatikus színek) − a környezetük azonos fénysűrűségű akromatikus (szürke-fehér) színeihez képest − világosabbak, „világítanak” (Faberglut). Ergo nem a fehér a legvilágosabb szín! λ 400 700 L(λ) ∫L1(λ)=∫L2(λ) Szín1≠ Szín2 λ 400 700

44 Fénysűrűség változás hatása – 8/8
Helson-Judd hatás Fairchild az akromatikus szürke minta színdús (monokróm) megvilágításban (1) átveszi a fényforrás színét, ha a háttérnél világosabb, és (2) komplementer színű lesz, ha a háttérnél sötétebb. Például középszürke háttér előtt monokróm vörös fénnyel megvilágított világosszürke minta rózsaszínűnek, sötétszürke minta pedig zöldesnek látszik (Fairhicld) Helson-Judd effect (Hue of nonselective samples) – Illustrates that nonselective (grey) stimuli viewed under highly chromatic illumination take on the hue of the light source if they are lighter than the background, and they take on the complementary hue if they are darker than the background. (Wandell) These authors observed that targets that are substantially less intense than the background appear achromatic at chromaticities similar to that of the background; targets that are substantially more intense than the background appear achromatic at a background-independent chromaticity3. Our observations show that there are sharp differences in cone absorption ratios (Figure 1) and adaptation (Figures 2-3) for achromatic increments and decrements of moderate contrast. This suggests that the neural basis of the Helson-Judd effect is asymmetric processing and adaptation in the ON and OFF pathways. Burns S A, Elsner A E, Pokorny J and Smith V C 1984 The Abney effect: chromaticity of unique and other constant hues Vision Res –89 Yoko Mizokami et all.: Nonlinearities in color coding: Compensating color appearance for the eye's spectral sensitivity. J. of Vision Figure 7. (Left) Constant hue loci as a function of bandwidth for the standard observer, assuming no compensation for spectral screening. Complete compensation instead predicts straight lines of constant center wavelength. (Right) Corresponding predictions for the Abney effect, shown in the CIE diagram for comparison with observed measurements. In this case, the stimulus is desaturated by mixing a monochromatic light with an equal-energy white. This produces straight hue lines for a linear model, whereas the curved contours shown are predicted if the visual system instead applies a correction for the purity change that would be appropriate if the desaturated chromaticity resulted from a change in spectral bandwidth. For the extraspectral reds, the predictions were instead generated for inverse Gaussian spectra [with increasing purity modeled by subtracting from a flat spectrum a Gaussian of fixed bandwidth (100 nm) but increasing height]. Solid lines, unfilled symbols: predicted constant hue loci; dotted blue lines, blue symbols: observed constant hue loci replotted from Burns et al. (1984) for one participant (AE); unconnected red and green squares: observed unique red and green settings for the same observer. Figure 7 shows that this explanation for the nonlinearities in color appearance in fact captures many of the characteristic color changes reported for the Abney effect (Burns et al., 1984). In particular, it predicts that when mixed with white, both short and long wavelengths appear redder (i.e., shifted toward the ends of the spectrum), and thus lines of constant hue instead curve toward the center of the visible spectrum whereas medium wavelengths show much less shift. The same predictions can also be extended to extraspectral reds (e.g., for stimuli formed by subtracting a Gaussian from a flat spectrum) and again capture the characteristic curvature of unique red loci. Note that these predictions make no assumptions about specific mechanisms of postreceptoral color coding and in particular make no distinction between unique hues and other hues. All wavelengths are simply shifted by the amount required to preserve the hue expected for color signals that vary in bandwidth. Helson-Judd hatás (1940,1948): akromatikus háttér előtt a szín kevésbé színdús, mint intenzív színes háttér előtt. A két szélső ábrán ellenőrizhető, hogy ezt a hatást a világosságkontraszt nagysága nem befolyásolja. Hunt megfogalmazásában (1995): a világos színek jobban átveszik a megvilágítás színét, míg a sötét színek a megvilágítással ellentétes, komplementer színűnek látszanak.

45 Összefoglalás Emberi látórendszer modell segítségével modellezhető,
► Látványelem  Képelem hogy az emberi szem számára egy látványelem adott megvilágítási környezetből ugyanolyannak látszó képelem legyen egy médián, másik megvilágítási környezetben, és … ► Képelem  Képelem … egy képelem adott médián, adott megvilágítási környezetből ugyanolyannak látszó képelem legyen egy másik médián, másik megvilágítási környezetben. Modellszámítások a színmódosító tényezők alapján: ► Adaptációs többlet kezelés (Adaptive gain control): szín-, világosság és kontraszt érzékenység, változások, ► Látásélesség (Acuity): csökkenés-emelkedés, ► Térbeli összefüggések (Spatial configuration): kontraszt indukció, szórás, élénkülés.

46 www.star.bme.hu http://lite.bu.edu/vision/applets/
-1,5

47 Adaptáció É = c I γ Stevens törvény (1957): a pszichológiai érzet
Pontosabban: az érzet nagyságbecslése É = c I γ Az érzékelés fajtájától függően a hatványkitevő lehet egynél nagyobb vagy kisebb: Ha nagyobb (γ > 1), az inger növekedésével az érzet erőssége meghatványozódik. Log-log függvénnyel ábrázolva: egyenes, amelynek emelkedése 45º-nál nagyobb. Ha kisebb (γ < 1), az érzet erősödés a Fechner törvényt követi, az inger növekedését egyre kevésbé követi. Log-log függvénnyel ábrázolva: egyenes, amelynek emelkedése 45º-nál kisebb. Stevens Log - Log γ > 1 Log Kumulatív ÉÉK ➨ γ < 1 Log Ingerintenzitás ➨ Lin Ingerintenzitás ➨

48 Fénysűrűség Stevens Hunt Bartleson-Breneman hatás
Adott adaptációs tartományban a látás a sötét részletekben kevesebb, a világos részletekben több szín- és világosságárnyalatot különböztet meg. A gamma korrekció szükségességének egyik okcsoportja!

49 Adaptáció (4/4 frekvencia)
Blakemore, Campbell Frekvencia adaptáció: az adaptációt követően a kontraszt érzékenység az adaptációs frekvencián a kontraszt-érzékenység lecsökken. A hatás legerősebb az optimális 8 cpf frekvencia környezetében. 100 7.1 cpf Log Relatív küszöb emelkedés 10 Blakemore, Campbell: On the existence of neurones in the human visual system selectively sensitive to the orientation and size of retinal images. The Journal of Physiology, 1969. 1 1 10 100 Log Térfrekvencia cpf Blakemore, Campbell (1969)

50 Maszk CÉL MASZK CÉL Vizuális maszk: az egyik mintázat (információ) elfedi a másikat. Kontraszt maszkolás: The former refers to a reduction in visual sensitivity due to a passive adaptive process. In effect, the gain of visual neurons is turned down when there is a large amount of pattern stimulation, in order to prevent saturation of the limited dynamic range of the neural response. Noise masking refers to an inevitable reduction in visibility when a random component is added to the visual stimulus

51 Maszk a) 64 árnyalat, b) 4 árnyalat, c) zajjal kevert 64 árnyalat, d) zajjal kevert 4 árnyalat.

52 Maszk Start A tesz időtartama 1 perc! Blakemore-Sutton, 1969

53 Emberi látórendszer (Human Visual System)
Összefoglalás Emberi látórendszer (Human Visual System) megismerésének tudományos és technológiai céljai: ► a képfelvevő eszközöket az emberi látás tulajdonságaival felruházni (pl. HDR képek, látványtervező szoftverek); ► a megjelenítő eszközök képességeit a látás tulajdonságaihoz igazítani, különös tekintettel a média váltásokra (pl. video, nyomat, óriásposzter) ► a szintetikus képek, jelrendszerek grafikai tartalmát az emberi látás igényeihez igazítani (pl. térkép); ► a szintetikus képek minőségét művészi szintre emelni.