Diapositiva 1

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TEMA 1
LUZ Y SISTEMA VISUAL HUMANO
INTRODUCCIÓN AL PROCESADO DE IMAGEN
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• INTRODUCCIÓN Y EJEMPLOS

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• LUZ Y COLOR

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• LUZ ? Es la radiación electromagnética que
  estimula la respuesta visual humana.
• Ocupa una región en el espectro entre 389 nm y
  780 nm.

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• Distribución de energía de una onda
  electromagnética que atraviesa un cierto plano
  espacial C(x,y,t,?) (flujo radiante).
• Si consideramos un punto fijo (x,y), y un
  instante dado, t
• C(x,y,t,?) ? C(?) (flujo radiante por longitud
  de onda)

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• Magnitudes asociadas a C(?)
• ? Magnitudes radiométricas.
• Se definen independientemente del observador.
• Magnitudes relacionadas con el sistema visual
  humano
• ? Magnitudes fotométricas.
• Dependen del observador.
• La percepción humana de la luz se describe
  habitualmente en términos de
• Brillo Cantidad de luz percibida
• Tinte Color (rojo, verde)
• Saturación Viveza del color

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• Las contribuciones que C(?1) y C(?2) aportan a
  la percepción del brillo por un observador son en
  general bastante diferentes para
• ?1? ?2, incluso aunque C(?1)C(?2)
• ? Una simple integral de C(?) sobre ? no se
  relaciona de manera adecuada con la percepción
  del brillo.
• Fotometría Ciencia que relaciona el brillo
  percibido por un observador con la energía
  radiante.
• Cantidad fotométrica básica Luminancia.

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1.2- COLORIMETRÍA

• Utilización del color para visualización de
  imágenes
• Más agradable
• Permite apreciar más información visual
• Formas de mezclar colores ? Representación de un
  color como suma de colores primarios

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• Poder transmisor de un filtro a una longitud de
  onda ? Cociente entre la intensidad de luz que
  transmite y la que incide (T?).
• Al pasar la luz por un filtro, se atenúa la
  intensidad a ciertas longitudes de onda ? Se
  sustrae parte de la luz.
• De este modo se obtienen los
• pigmentos, es decir, las pinturas.

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• Superposición, sobre una pantalla blanca, de
  luces coloreadas S1 y S2.
• Luz roja más luz amarilla ? Vemos luz naranja
  (en realidad, un análisis espectral indicaría luz
  roja y luz amarilla, pero la sensación es de
  color naranja).
• Para la obtención de cualquier color del
  espectro por el método aditivo se requiere la
  aportación de 3
• componentes, que llamamos colores
• Primarios (R, G, B).

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• Toda sensación de color se puede obtener por
  suma de tres fuentes S1, S2 y S3, de colores que
  llamamos primarios (Maxwell y Grassmann).
  Grassmann formuló 3 leyes al respecto
• Trivarianza Un color cualquiera X, de
  luminancia L, se puede igualar mediante tres
  luminancias R, G, B, o cantidades adecuadamente
  dosificadas de tres luces RGB.
• X RPR GPG BPB
• Luminancia La luminancia de X es la suma de las
  luminancias de sus componentes.
  
  LX LR LG
  LB
• Proporcionalidad Si se multiplican ambos
  miembros de la Eq. 1, la igualdad no se altera
  
  a X a RPR
  a GPG a BPB
• Aditividad La luminancia del color resultante
  de una mezcla de colores es la suma de sus
  primarios.
• LX LR LG LB
• LY LR LG LB

? LZLXLY(LRLR)(LGLG)(LBLB)
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1.2.4- DETERMINACIÓN DE COEFICIENTES. EL
COLORÍMETRO
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• La luz X se puede representar como un vector con
  componentes RGB
• C1 R1 G1 B1
• El módulo del vector OC1 nos da la luminancia del
  color.

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• Si nos movemos en un plano en el que la
  luminancia (módulo del vector OC1) sea constante,
  y sólo nos interesan las diferencias de matiz,
  nos basta con dos parámetros para determinar el
  color
• Basta con conocer dos de las coordenadas
  reducidas (la tercera se obtiene por diferencia).
  Se han adoptado r y g como parámetros de este
  sistema.

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• El plano formado por las dos componentes se
  conoce como carta rg
• Blanco (1/3, 1/3)
• Rojo (1,0)
• Hay tonos que no se pueden obtener en el
  colorímetro como suma de colores RGB. Hay que
  poner una luz al otro lado, lo que daría lugar a
  valores negativos en la carta rg.

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1.2.6- COMPONENTES TRICROMÁTICAS INTERNACIONALES

• Para que todo color se halle representado por un
  punto en el primer cuadrante, el CIE reformó el
  sistema de parámetros r, g y b adoptando ciertas
  funciones lineales de ellos a las que llamó x, y,
  z.
• Esto equivale a tomar nuevos patrones primarios
  ficticios que cumplían con las condiciones
  requeridas, X, Y, Z.
• donde x y z 1, por lo que basta conocer x e
  y.
• Las coordenadas x, y calculadas para todos los
• colores del espectro conforman una gráfica
  llamada
• curva lugar del espectro, que representa la
  frontera
• de todos los colores reales existentes.

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• ESQUEMAS DE COLORES

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Cubo RGB
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Línea de Gradiente Neutro
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Líneas de Gradiente Primario-secundario
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Plano de colores primarios
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Límites de saturación
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Color RGB
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• How to describe color? - We have several
  possibilities
• 1. Make a table of colors, e.g. Munsell
  color-order system.
• 2. Assign names to colors, e.g.
  Light-Goldenrot-Yellow, Medium-Spring-Green, etc.
• 3. Produce colors by some process Artists speak
  about the following variations of pure pigments
• TINTS (means adding white),
• SHADES (means adding black),
• and TONES (means adding a combination of
  both).
• Consequently colored light has following
  quantities associated
• HUE (corresponding to pure pigment)
• SATURATION (i.e. distance from gray of equal
  intensity)
• LIGHTNESS (i.e. perceived intensity of a
  reflecting object)
• or BRIGHTNESS (i.e. perceived intensity of
  light emitting object).

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• SISTEMA VISUAL HUMANO

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SISTEMA VISUAL HUMANO
EL OJO
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• En la retina existen dos tipos de células
  fotosensibles
• Conos Responsables de la visión del color
  (visión fotópica). Se cree que hay tres tipos de
  conos, sensibles al rojo, verde y azul
  respectivamente. Dada la forma de conexión de las
  terminaciones nerviosas que van al cerebro, son
  responsables de la definición espacial.
• Bastoncitos Se concentran en zonas alejadas de
  la fóvea. Responsables de la visión escotópica
  (visión a bajos niveles de intensidad). No son
  sensibles al color.

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SISTEMA DE VISIÓN HUMANA DIAGRAMA DE BLOQUES
LPF (Espacial)
log
BPF (Espacial)
LPF (temp)
Apertura finita del ojo
Leyes de Weber
Inhibición lateral (bandas de Match)
Frecuencia de fusión y rendición de movimiento
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RESPUESTA DEL SISTEMA VISUAL HUMANO

• Iluminación de la retina Para una escena con un
  determinado brillo Y, existe una relación entre
  el brillo real de la imagen y la iluminación
  producida en la retina
• E K Y Sp
• La cantidad de luz que llega a la retina depende
  de de la apertura de la pupila, que a su vez
  depende del nivel de luz ambiente existente.
• Agudeza visual Es la capacidad de distinguir
  objetos muy pequeños. Para el experimento clásico
  de alternar líneas negras y blancas, la agudeza
  se define como
• V 1 / a
• donde a es el poder separador de alfa, es decir,
  el ángulo para el que el ojo comienza a
  distinguir las líneas blancas de las negras. El
  valor medio para el ojo humano es de a 1 min.

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1.3.2- RESPUESTA DEL SISTEMA VISUAL HUMANO

• Umbrales diferencia de luminancia. Sensibilidad
  al contraste La respuesta del ojo a los cambios
  de intensidad de iluminación es no lineal.
• Experimentos de Weber.
• 1er experimento
• El momento en que la diferencia ?I comienza a
  ser percibida depende de I. La tasa ?I /I
  (fracción de Weber) es prácticamente constante (
  0.02) para un alto rango de intensidades.

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1.3.2- RESPUESTA DEL SISTEMA VISUAL HUMANO

• 2º experimento
• El rango es que la fracción de Weber permanece
  constante se reduce considerablemente. Sin
  embargo, la envolvente de las curvas es
  equivalente a la curva del primer experimento.

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• Umbral diferencia de crominancia. Fijamos un
  color C con una luminancia fija, y vamos variando
  su color, C ?C, hasta que percibamos un cambio
  de color. Si representamos en la carta cromática
  los umbrales de variación de cada color,
  obtenemos las elipses de Mac Adam los umbrales
  no son iguales para todos los colores.

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1.3.2- RESPUESTA DEL SISTEMA VISUAL HUMANO

• Flicker (parpadeo). Iluminamos una escena con
  destellos de luz con una frecuencia de N
  destellos por segundo. Si N es pequeño, los
  destellos se aprecian separados. Si aumenta la
  frecuencia, aparece un fenómeno denominado
  flicker o parpadeo, muy molesto. Si seguimos
  aumentando esta frecuencia (frecuencia crítica de
  flicker), se aprecia como luz continua. La
  frecuencia crítica de flicker depende de la
  intensidad, y va de 37 a 100 Hz.
• En cine se suelen utilizar 24 imágenes por
  segundo (cada fotograma se repite dos veces),
  logrando una frecuencia de 48 fotogramas por
  segundo.
• Sensación de movimiento. El número de imágenes
  que se deben presentar al espectador para que el
  movimiento aparezca de manera continua deber se
  mayor que 15. No confundir con el flicker.

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