Az emberi látás jellemzői, színtani alapok Képfeldolgozás - szín Poppe András (BME) Előadása alapján Az emberi látás jellemzői, színtani alapok

Képfeldolgozás… mit nevezünk képnek? 1.válasz: A kép a művészi kifejezés eszköze Barlangrajz Altamira Időben nagyon messzire mehetünk vissza...

Sixtus kápolna, Michelangelo 1.válasz: A kép a művészi kifejezés eszköze Kultikus célok: szakralitás, eszmék, érzések kifejezése Sixtus kápolna, Michelangelo

Mit nevezünk képnek? 2.válasz: A kép az információközlés eszköze Dokumentálás Műszaki rajz

Mit nevezünk képnek? 2.válasz: A kép az információközlés eszköze Információközvetítés Fényképezés, képesújság, híradófilm, TV, internet...

Mit nevezünk képnek? A lehetséges válaszok nem vegytiszták Az altamirai barlangrajz lehetett egyszerre műszaki rajz: az elejtendő táplálék állat "specifikációja" a hírközlés eszköze: "Ekkora prédát sikerült elejteni" kultikus célokat is szolgálhatott, az áldozat iránti tisztelet kifejezője "művészet": a szépség kedvéért is készülhetett a "jelhagyás" vágya önkifejezés Ezekkel az aspektusokkal a mérnöki tudományok nem foglalkoznak.

Mit nevezünk képnek? f(x,y)  Fij 3.válasz: A kép 2D kiterjedéssel rendelkező dolog Kétdimenziós intenzitás (+szín-) (+idő-) függvény: f(x,y) f(x,y,t) Folytonos függvénynek, de mintavett/kvantált függvénynek is tekinthetjük f(x,y)  Fij

Mit nevezünk képnek? 4.válasz: A kép emberi felhasználásra rendeltetett dolog Illeszkednie kell a "bemeneti csatornához" térbeli felbontás árnyalatbeli felbontás színek időbeli felbontás Ezek ismeretében az emberi látórendszer "becsapható" Kapcsolódó területek: fotometria-világítástechnika, nyomdászat, képtechnika, kognitív tudomány, neural-science

Az emberi látás: A szem felépítése 1 üvegtest 2 sugártest 3 szaruhártya 4 csarnok 5 szemlencse 6 szivárványhártya 7 ínhártya 8 érhártya 9 retina 10 központi mélyedés 12 vakfolt

Az emberi látás: Egy idegsejt felépítése Elektromos modell Dendrit Axon Szinapszis

Az emberi látás: A retina (ideghártya) Érzékelő sejtek: pálcikák, csapok látóbíbor: rodopszin, jodopszin, cianopszin Bipoláris sejtek Ganglionsejtek Csapok: színlátás Pálcikák: érzékenyebbek, de csak fényesség jelet adnak (1-féle opszin)

Érzékelők (receptor-sejtek) egy kis statisztika Retina: kb. 120 millió pálcika, ugyanennyi csap Látóideg: kb. 1 millió idegszál ( 2-3 mm) Központi mélyedés: 100 000 csap, 0 pálcika Sárga folt ( 2-3 mm): már pálcikák is vannak Csapsűrűség: 150 000/mm2  5000/mm2 Pálcika sűrűség: 0  160 000/mm2  5000/mm2 Vakfolt: centrumtól 4-5 mm-re

A látóidegek lefutása az agyban Térdestest Agykéreg, V1 mező

Snellen villa, Landoldt gyűrű Látótér, lásélesség Látásélesség = 1/legfinomabb részlet látószöge (szögperc) Snellen villa, Landoldt gyűrű A látótér: A látás igénye kb. 3600x2400 pont Kényelmesen látható kép a két szem közös látóterében – kb. 2x30 fok alatt látható: 2x30 fok x60 fok/perc= 3600 pont Látásélesség függése a megvilágítástól:

A látórendszer bacsapása: illúzionista művészet Salvador Dali vagy Gala Dali aktja? Abraham Lincoln portréja A bemeneti csatorna elejének (early processing) a tulajdonságait használja ki: felbontóképesség színlátás DITHERING

A látórendszer bacsapása: illúzionista művészet Victor Vasarely Indián vagy eszkimó? Semmi fizikai trükk a képben, a tudatunkkal játszik (3D mélység). Semmi fizikai trükk a képben. A tudatunkkal játszik a kép készítője. Ez az ún. OPART

A látórendszer bacsapása: műszaki megoldások felbontás pixelszám árnyalatok száma időbeli változásokra való érzékenység fúziós frekvencia  képfrissítési frekvencia mozgófilm (24 kép/s + 3 ágú pilla) monomer szinek monokróm színek / kevert színek Grassmann tv. DITHERING VESZTESÉGES KÉPTÖMÖRÍTÉS

Milyen "képfeldolgozásról" beszélhetünk? Nyomdatechnikai módszerek "Raszterra bontás"

Milyen "képfeldolgozásról" beszélhetünk? Műtermi fotó, XIX.szd. Fotokémiai módszerek (fényképezés) Egy sor feldolgozási művelet elvégezhető volt: vágás küszöbértékkel élkeresés képek összeadása, kivonása fényességi transzformációk

Milyen "képfeldolgozásról" beszélhetünk? Elektronikus képfeldolgozás Televízió Elektronikus fényképezés Számítógépes képfeldolgozás Az ún. early processing kérdéseivel foglalkozunk, a vision témakörével (felismerési és intelligens döntési feladatok) pl. a kognitív tudomány foglalkozik.

A látórendszer tulajdonságainak leírása és kihasználása a műszaki életben

A képközvetítés felbontás igénye 230 fok látószög, 1 fokperc felbontás: 23060=3600 pixel Tehát az igény: 3600  2400 pixel Nézzük, mit nyújt a film, a TV!

Egyes képhordozók képpont számának összehasonlítása

Egyes képhordozók képpont számának összehasonlítása FIZIKAI HORDOZÓ p i x e l s z á m vízszintes függőleges összes TV szabvány 800 600 0,48 M átlag camcorder 400 300 0,12 M Workstation 1600 1200 1,92 M Jó digitális fényképezőgép (2004) ~3400 ~2400 8 M Super-8 film (4,36mm) 850 1,0 M 16 mm film (7,510,36mm) 2000 1500 3,0 M 35 mm film (1622mm) 4400 3200 14,1 M Fényképezés (2436mm) 7200 4800 34,6 M Félprofi fényképezés (6060mm) 12000 144 M A látás igénye ~3600 ~2800 ~10,0 M A foto felbontóképességet 100 vonal/mm = 200 pixel/mm számolva

Villódzásérzet, fúziós frekvencia Erősen függ a fényintenzitástól! 80 Hz fölött 0! A modulációs mélység értelmezéséhez

Villódzásérzet, fúziós frekvencia Világítás: fU = 50 Hz → ffény = 100 Hz Mozifilm: 24 kocka/sec 2-3 ágú pilla

Villódzásérzet, fúziós frekvencia Televízió: Váltott soros letapogatás 25 kép/sec = 50 félkép/sec A nagy világos foltok villódznak Új TV készülékek: 100Hz-es megjelenítés (képek tárolása RAM-ban) Számítógépi monitornak nem alkalmas

Színtani alapok

Spektrális érzékenység, színlátás pálcikák színvakok: rhodopszin v. látóbíbor csapok: 3 különböző abszorpciójú csap-pigmens: L (long), hosszú hullámhosszon érzékeny M (medium), közepes hullámhosszon érzékeny S (short), rövid hullámhosszon érzékeny

Spektrális érzékenység, színlátás Pálcika látás színképi érzékenysége Csapok színképi érzékenysége

Spektrális érzékenység, színlátás

CIE (Commission Internationale d'Éclairage) 1931 Színlátás, színmérés Az RGB alapszínek: R G B Hullámhossz [nm] 700,0 546,1 435,8 Intenzitás [rel] 1 4,59 0,06 CIE (Commission Internationale d'Éclairage) 1931

A spektrális alapszín-összetevő függvények Összehasonlító fényforrások Vizsgálandó fényforrás intenzitást szabályozó fényrekesz Vizuális kísérlet:

Additív színkeverés Legyen x() = x1() + x2() ! Vektoros összegzés ! Képernyő, vetítés: additív színkeverés

Színes képek RGB összetevői Világos részlet a vörös képen, sötét a többin: piros folt a színes képen Világos részlet a kék képen, sötétebb a zölden, sötét a vörösön: türkiz kék folt a színes képen (farmer nadrág)

Színes képek RGB összetevői Kék ég A kék kép ezen része sötét. Világos részlet a vörös és zöld összetevő képben: sárgás képrészlet

Additív színkeverés, r,g koordinaták

Az r,g koordinaták Fehér: r=g=b=0,33 

Színek összegzése Két szín összege az r,g síkon a két színt összekötő egyenesen fekszik 

Az X,Y,Z színrendszer Homogén lineáris transzformáció. Szempontok: minden valós színingernek pozitív szín- összetevők feleljenek meg, az R=G=B fehérnek X=Y=Z feleljen meg, az Y összetevő egyúttal adja ki a fény- sűrűséget.

CIE színdiagram “Patkódiagram” Az X,Y,Z színrendszer CIE színdiagram “Patkódiagram”

Az X,Y,Z színrendszer A fekete test sugárzási vonala a patkódiagramban

Valós szűrőkkel megvalósíthatók! A CIE x,y,z spektrális színösszetevő függvények Valós szűrőkkel megvalósíthatók!

Színekre bontás képfelvételkor Állókép: színszűrők váltása is megoldás Mozgókép: a fényút háromfelé hasítása, három felvevő eszköz Fotodióda mátrix képfelvevő IC, mikro színszűrő elemekkel Milyen legyen a szűrő? RGB szűrő (közvetlenül használható, de a negatív r() ág miatt tökéletlen) XYZ szűrő (csak transzformálás után vezérelheti az RGB megjelenítőt)

A katódsugár-csöves monitor szín-visszaadása FCC alapszínek, ~ átlagos fénypor Ettől való eltérés: color profile Mátrix áramkörök (FCC = Federal Communications Commission, USA)

A C,M,Y színkoordinaták C = 1 - R M = 1 - G Y = 1 - B Ha R,G,B az egységkockában van C = 1 - R M = 1 - G Y = 1 - B C = Cyan, M = Magenta, Y = Yellow Komplementer színek A szubtraktív színkeverés alapszínei Nyomtatás: szubtraktív színkeverés CMYK: nyomdai színrendszer (még szürkeségi fokozat is)

Színrendszerek a számítógépes grafikában Hue, Saturation, Lightness

Színrendszerek a számítógépes grafikában Nyomdai színek Pantone színek: szabványosított CMYK értékek

Az I,H,S színrendszer Ez nemlineáris transzformáció! I = intensity, H = hue, S = saturation Hasonlóak: HLS, HSV

A HLS színrendszer Rh = R - min(R,G,B) Gh = G - min(R,G,B) Bh = B - min(R,G,B) Ha Rh = Gh = Bh = 0 nincs szín Ha kettő zérus a harmadik a szín (R 0o, G 120o, B 240o) Ha egy zérus (pl. az Rh)

A HLS színrendszer R,G,B a [0,1] tartományba normálva!