Az emberi látás Segédanyag a Villamosmérnöki Szak “A képtechnika alapjai” c. tárgyához Belső használatra! BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar Elektronikus Eszközök Tanszéke Székely Vladimír 2003 szeptember

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

Egy idegsejt felépítése Elektromos modell Dendrit Axon Szinapszis

Az ideghártya (retina) Érzékelő sejtek: pálcikák, csapok látóbíbor: rodopszin, jodopszin, cianopszin Bipoláris sejtek Ganglionsejtek

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

Az emberi szem látótere

A szem felbontóképessége Snellen villa, Landoldt gyűrű A mérés módja: Snellen villa, Landoldt gyűrű Látásélesség = 1/legfinomabb részlet látószöge (szögperc)

A szem felbontóképessége A felbontóképesség függése a megvilágítástól

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 A foto felbontóképességet 100 vonal/mm = 200 pixel/mm számolva

Egyes képhordozók képpont számának összehasonlítása

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 Váltottsoros letapogatás Televízió Váltottsoros letapogatás 25 kép/sec = 50 félkép/sec Számítógépi monitornak nem alkalmas!

Az adaptáció Mechanizmusai: pupilla méret változtatás látóbíbor mennyiség csökkenése pálcikák csoport-képzése

Spektrális érzékenység, színlátás

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

A spektrális alapszín-összetevő függvények

Az RGB összetevők számítása Grassmann törvény, metamer színek folytonos x() hullámhosszeloszlású fény esetén Grassmann törvény, metamer színek

Additív színkeverés Legyen x() = x1() + x2() ! Vektoros összegzés !

Additív színkeverés, r,g koordinaták

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

Két szín összege az r,g síkon a két színt összekötő egyenesen fekszik 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”

A fekete test sugárzás vonala a patkódiagramon

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 (FCC = Federal Connunications 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

Színrendszerek a számítógépes grafikában Hue, Saturation, Lightness

Az I,H,S színrendszer I = intensity, H = hue, S = saturation 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!