Enkele karakteristieken*van het menselijk visueel - TELIN

Didactisch materiaal bij de cursus
Beeldverwerking
http://telin.UGent.be/~philips/beeldv/
Academiejaar 2011-2012
Prof. dr. ir. W. Philips
[email protected]
Tel: 09/264.33.85 Fax: 09/264.42.95
UNIVERSITEIT
GENT
Telecommunicatie en
Informatieverwerking
versie: 5/10/2011
© W. Philips, Universiteit Gent, 1998-2012
Copyright notice
This powerpoint presentation was developed as an educational aid to the renewed course “Image processing” (Beeldverwerking), taught at the University of Gent, Belgium as
of 1998.
This presentation may be used, modified and copied free of charge for non-commercial purposes by individuals and non-for-profit organisations and distributed free of charge
by individuals and non-for-profit organisations to individuals and non-for-profit organisations, either in electronic form on a physical storage medium such as a CD-rom,
provided that the following conditions are observed:
1. If you use this presentation as a whole or in part either in original or modified form, you should include the copyright notice “© W. Philips, Universiteit Gent, 19982001” in a font size of at least 10 point on each slide;
2. You should include this slide (with the copyright conditions) once in each document (by which is meant either a computer file or a reproduction derived from such a
file);
3. If you modify the presentation, you should clearly state so in the presentation;
4. You may not charge a fee for presenting or distributing the presentation, except to cover your costs pertaining to distribution. In other words, you or your organisation
should not intend to make or make a profit from the activity for which you use or distribute the presentation;
5. You may not distribute the presentations electronically through a network (e.g., an HTTP or FTP server) without express permission by the author.
In case the presentation is modified these requirements apply to the modified work as a whole. If identifiable sections of that work are not derived from the presentation, and
can be reasonably considered independent and separate works in themselves, then these requirements do not apply to those sections when you distribute them as separate
works. But when you distribute the same sections as part of a whole which is a work based on the presentation, the distribution of the whole must be on the terms of this
License, whose permissions for other licensees extend to the entire whole, and thus to each and every part regardless of who wrote it. In particular note that condition 4 also
applies to the modified work (i.e., you may not charge for it).
“Using and distributing the presentation” means using it for any purpose, including but not limited to viewing it, presenting it to an audience in a lecture, distributing it to
students or employees for self-teaching purposes, ...
Use, modification, copying and distribution for commercial purposes or by commercial organisations is not covered by this licence and is not permitted without the author’s
consent. A fee may be charged for such use.
Disclaimer: Note that no warrantee is offered, neither for the correctness of the contents of this presentation, nor to the safety of its use. Electronic documents such as this
one are inherently unsafe because they may become infected by macro viruses. The programs used to view and modify this software are also inherently unsafe and may
contain bugs that might corrupt the data or the operating system on your computer.
If you use this presentation, I would appreciate being notified of this by email. I would also like to be informed of any errors or omissions that you discover. Finally, if you have
developed similar presentations I would be grateful if you allow me to use these in my course lectures.
Prof. dr. ir. W. Philips
Department of Telecommunications and Information Processing
University of Gent
St.-Pietersnieuwstraat 41, B9000 Gent, Belgium
E-mail: [email protected]
Fax: 32-9-264.42.95
Tel: 32-9-264.33.85
02b.2
Enkele karakteristieken
van het menselijk visueel systeem
Vervolg
versie: 5/10/2011
© W. Philips, Universiteit Gent, 1998-2012
Simultaan contrast
I1
I2
I0
I2
Simultaan contrast: de waargenomen intensiteit van een object hangt af
van de intensiteit van de achtergrond
“contrasterende kleuren versterken elkaar”
Dit is nog een duidelijk bewijs dat het oog zich aanpast aan de globale
helderheid in een zeker omgeving
02b.4
versie: 5/10/2011
© W. Philips, Universiteit Gent, 1998-2012
Simultaan contrast
There is strong contrast
between yellow and blue in
Vincent’s painting of the "Café
Terrace on the Place du Forum,
Arles", 1888.
02b.5
versie: 5/10/2011
© W. Philips, Universiteit Gent, 1998-2012
Periodieke patronen en spatiale frequentie
Sinusoidaal intensiteitspatroon: b( x, y )  B  A cos 2 f x x 
 maximale intensiteit: M=B+A;
Definitie: contrast van een patroon: C 
Aref, fx,ref
6
4
M m
M m
hier: C 
A
B
Experiment: voor gegeven f, regel A af zodat de
witte banden even wit lijken in beide patronen
A, f
10
minimale intensiteit: m=B-A
Zet Aref /A uit als functie van f
relatieve gevoeligheid Aref /A
2
Besluit: het “waargenomen contrast”
•hangt af van de spatiale frequentie
•wordt nul bij zeer hoge frequenties
Verklaring: het oog neemt een zeer
fijn patroon waar als “egaal grijs”
1
0.6
0.4
0.6
1.8
6.0
18
60
Spatiale frequentie f (cycles/deg.)
Opmerking: effectieve frequentie
hangt af van kijkafstand
02b.6
versie: 5/10/2011
© W. Philips, Universiteit Gent, 1998-2012
Waargenomen spatiale frequentie
r2
f x ,1
fx,i: spatiale frequentie in cycl. per meter
f x,2
ri: kijkafstand in meter
r1
f x,1
r2

Twee patronen lijken de zelfde spatiale frequentie te hebben als
f x,2 r1
f x r is dus een goede maat voor de waargenomen spatiale frequentie
(aantal lijntjes per graad)
wordt uitgedrukt in cycl. per radiaal (of per graad)
02b.7
versie: 5/10/2011
© W. Philips, Universiteit Gent, 1998-2012
Vereenvoudigd zichtmodel (één type kegeltjes)
I( f )
Spectraal
filter
ri   Si ( f ) I ( f ) df

log()
…
I ( f ) Spectraal ri   Si ( f ) I ( f ) df
log()
filter
kegeltje 1
lineaire
combinatie
kegeltje n
naar visuele
cortex
Verklaring voor de afhankelijkheid van het waargenomen contrast van de
spatiale frequentie:
•de kegeltjes worden door een “neuraal netwerk” verbonden met de optische
zenuwbundel
•model: de zenuwsignalen zijn lineaire combinaties van de kegeltjessignalen
Het blok “lineaire combinatie”
•gedraagt zich als een spatiaal filter (zie later): het maakt het zicht ietwat
wazig waardoor zeer fijne zwart-wit patronen er egaal grijs gaan uitzien
•zorgt voor datacompressie: het heeft 8 uitgangen per 1000 ingangen 02b.8
versie: 5/10/2011
© W. Philips, Universiteit Gent, 1998-2012
Model voor kleurzicht
Spectraal filter
groen
log()
+




bijdrage kegeltjes
op andere plaatsen
Spectraal filter
geelgroen
log()
-
Spectraal filter
blauw
log()
+
Het oog is minder gevoelig
aan spatiale veranderingen
in kleur dan in intensiteit
naar hersenen
(visuele cortex)
spatiaal
filter

spatiaal
filter
chrominanties

spatiaal
filter
achromatische
info
02b.9
versie: 5/10/2011
© W. Philips, Universiteit Gent, 1998-2012
Besluit
Bij beeldverwerking moeten we rekening houden met de volgende
eigenschappen van het oog:
•het niet-lineaire verband tussen lichtintensiteit en waargenomen helderheid:
contrastaanpassing
 de logaritmische karakteristiek van de kegeltjes
•kleurzicht is trichromatisch
•het oog ziet een lichtpunt als drie getallen en niet als een spectrum
•metamerisme: lichtbronnen met een verschillend spectrum kunnen niet
altijd worden onderscheiden
•spatiale effecten:
•het oog is veel minder gevoelig bij hoge spatiale frequenties
•snelle spatiale veranderingen in intensiteit zijn beter zichtbaar dan even
snelle veranderingen in kleur het zelfde fysisch contrast
02b.10
Appendix
Zelfstudie
versie: 5/10/2011
© W. Philips, Universiteit Gent, 1998-2012
Opmerking: Si’(l) =Si (c/l)
ri   Si ( f ) I ( f ) df






per definitie van Si ( f )
c
Si (c / l ) I (c / l ) 2 dl
l
 Si (c / l ) I ' (l ) dl per definitie van I’ (l)


ri 
 Si ' (l ) I ' (l )dl
 Si ' ( l )  Si ( c / l )
per definitie van Si ( f )

02b.12
versie: 5/10/2011
© W. Philips, Universiteit Gent, 1998-2012
Metamerisme: algemeen geval
Wanneer geven twee lichtspectra I(f) en I’(f) dezelfde respons?
 als ri=r’i voor i=1,2,3
d.w.z. als
 S ( f ) I ( f ) df   S ( f ) I ' ( f ) df voor i  1,2,3
i
i
  Si ( f ) I ( f )  I ' ( f )  df  0 voor i  1,2,3
Interpretatie: als I(f)-I’(f) loodrecht staat op de drie spectrale
gevoeligheidscurven van het menselijk oog, dan ziet het oog geen
verschil
Het is niet moeilijk een functie te vinden die loodrecht staat op 3 gegeven
functies  metamerisme komt zeer vaak voor
02b.13
versie: 5/10/2011
© W. Philips, Universiteit Gent, 1998-2012
Bibliografie
Jean-Bernard Martens. Image Design Technology - A Perceptual
Approach. The International Series in Engineering and Computer
Science, 2003, 568 p. ISBN: 1-4020-7461-1
http://webexhibits.org/colorart/ganglion.html
Nog aan te vullen
02b.14