Az emberi látás jellemzői, színtani alapok

Az előadások a következő témára: "Az emberi látás jellemzői, színtani alapok"— Előadás másolata:

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

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

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

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

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

6 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.

7 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

8 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

9 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

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

11 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)

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

13 A látóidegek lefutása az agyban
Térdestest Agykéreg, V1 mező

14 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:

15 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

16 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

17 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

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

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

20 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.

21 A látórendszer tulajdonságainak leírása és kihasználása a műszaki életben

22 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!

23 Egyes képhordozók képpont számának összehasonlítása

24 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

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

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

27 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

28 Színtani alapok

29 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

30 Spektrális érzékenység, színlátás
Pálcika látás színképi érzékenysége Csapok színképi érzékenysége

31 Spektrális érzékenység, színlátás

32 CIE (Commission Internationale d'Éclairage) 1931
Színlátás, színmérés Az RGB alapszínek: R G B Hullámhossz [nm] , , ,8 Intenzitás [rel] , ,06 CIE (Commission Internationale d'Éclairage) 1931

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

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

35 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)

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

37 Additív színkeverés, r,g koordinaták

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

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

40 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.

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

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

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

44 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)

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

46 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)

47 Színrendszerek a számítógépes grafikában
Hue, Saturation, Lightness

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

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

50 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)

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