Percepcja wrażeń wzrokowych. Komputerowa akwizycja obrazów. P. Strumiłło

Podobne dokumenty
Percepcja wrażeń wzrokowych przez człowieka PWN. Komputerowa akwizycja obrazów

Komputerowa akwizycja obrazów

Akwizycja obrazów. Zagadnienia wstępne

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 2 AiR III

Ćwiczenie nr 1. Temat: BADANIE OSTROŚCI WIDZENIA W RÓŻNYCH WARUNKACH OŚWIETLENIOWYCH

Fotometria i kolorymetria

LABORATORIUM OPTYKA GEOMETRYCZNA I FALOWA

Monitory LCD (ang. Liquid Crystal Display) (1)

Wprowadzenie do technologii HDR

Percepcja obrazu Podstawy grafiki komputerowej

Przetwarzanie obrazów wykład 1. Adam Wojciechowski

KAM-TECH sklep internetowy Utworzono : 13 listopad 2014

Zmysły. Wzrok Węch Dotyk Smak Słuch Równowaga?

Rejestracja obrazu. Budowa kamery

Zarządzanie barwą w fotografii

hurtowniakamer.com.pl

KAMERA B2310PVF, B2810PVF INSTRUKCJA OBSŁUGI

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

Rzeczywistość rozszerzona: czujniki do akwizycji obrazów RGB-D. Autor: Olga Głogowska AiR II

Teoria światła i barwy

Przedmowa 11 Ważniejsze oznaczenia 14 Spis skrótów i akronimów 15 Wstęp 21 W.1. Obraz naturalny i cyfrowe przetwarzanie obrazów 21 W.2.

Kamera DVS-540IR-V. Specyfikacja techniczna

Zestaw CCTV Rejestrator + 4 kamery. Cechy: Opis:

Wykład 6: Reprezentacja informacji w układzie optycznym; układy liniowe w optyce; podstawy teorii dyfrakcji

Obraz jako funkcja Przekształcenia geometryczne

Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania obrazów

Temat: Budowa i działanie narządu wzroku.

Laboratorium optycznego przetwarzania informacji i holografii. Ćwiczenie 4. Badanie optycznej transformaty Fouriera

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 1 AiR III

Dzień dobry. Miejsce: IFE - Centrum Kształcenia Międzynarodowego PŁ, ul. Żwirki 36, sala nr 7

KAMERA AHD, HD-CVI, HD-TVI, PAL, 1080p, obiektyw 3.6 mm, IR do 20 m, APTI, APTI-H24E2-36W Numer produktu: 21241

Kamera szybkoobrotowa 540 linii, 33 X ZOOM optyczny, WDR, ICR, PH-33

Rys. 1 Schemat układu obrazującego 2f-2f

PL B1. WOJSKOWY INSTYTUT MEDYCYNY LOTNICZEJ, Warszawa, PL BUP 23/13

PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW

Tworzenie obrazu w aparatach cyfrowych

Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Katedra Fotogrametrii i Teledetekcji Katedra Geodezji Rolnej, Katastru i Fotogrametrii.

KAM-TECH sklep internetowy Utworzono : 09 listopad 2014

Elektroniczne systemy percepcji otoczenia dla niewidomych

Urządzenia techniki komputerowej Identyfikacja i charakteryzowanie urządzeń zewnętrznych komputera. Budowa i zasada działania skanera

Współczesne metody badań instrumentalnych

Współczesne metody badań instrumentalnych

Adam Korzeniewski p Katedra Systemów Multimedialnych

Karta charakterystyki online. Ranger-E40434 Ranger SYSTEMY WIZYJNE 3D

Szczegółowa charakterystyka przedmiotu zamówienia

Wstęp do astrofizyki I

Cennik 2018/1. Kamery parkowania i cofania

Laboratorium Optyki Falowej

Przetwarzanie analogowo-cyfrowe sygnałów

Analizy Ilościowe EEG QEEG

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Kolorowy Wszechświat część I

Program wykładu. 1. Systemy rejestracji obrazów technologie CCD, CMOS

Światło widzialne a widmo elektromagnetyczne

INSTRUKCJA OBSŁUGI KAMERY T60-2M-2812W Kamera ALL in ONE (4 standardy video w 1)

Zjawiska w niej występujące, jeśli jest ona linią długą: Definicje współczynników odbicia na początku i końcu linii długiej.

Środowisko pracy Oświetlenie

Odbłyśnik 43 i tubus

PODSTAWY BARWY, PIGMENTY CERAMICZNE

Cel wykładu. Detekcja światła. Cel wykładu. Światło. Sebastian Maćkowski

Dr inż. Krzysztof Petelczyc Optyka Widzenia

Odmiany aparatów cyfrowych

Budowa i zasada działania skanera

Wstęp do astrofizyki I

Komputer (analogowe) :03

oraz kilka uwag o cyfrowej rejestracji obrazów

Wykład 10. Wrażliwość na kontrast i mechanizmy adaptacyjne

PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdffactory

Wykład 6: Reprezentacja informacji w układzie optycznym; układy liniowe w optyce; podstawy teorii dyfrakcji

Ćwiczenie Nr 11 Fotometria

17. Który z rysunków błędnie przedstawia bieg jednobarwnego promienia światła przez pryzmat? A. rysunek A, B. rysunek B, C. rysunek C, D. rysunek D.

Przemysłowe kamery wizyjne. Camera Link DVI-D FULL HD CAMERA LINE

Temat ćwiczenia. Pomiary oświetlenia

Przekształcenie Fouriera obrazów FFT

Kamera CCD wysokiej rozdzielczości Dzień / Noc INSTRUKCJA OBSŁUGI

Lekcja 80. Budowa oscyloskopu

Jaki kolor widzisz? Doświadczenie pokazuje zjawisko męczenia się receptorów w oku oraz istnienie barw dopełniających. Zastosowanie/Słowa kluczowe

Mobilny system pomiaru luminancji LMK - CCD

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

Prawo Bragga. Różnica dróg promieni 1 i 2 wynosi: s = CB + BD: CB = BD = d sinθ

zniekształcenia przyjmują różne formy, w zależności od miejsca, w którym powstają

8. Narządy zmysłów. 1. Budowa i działanie narządu wzroku. 2. Ucho narząd słuchu i równowagi. 3. Higiena oka i ucha

CHARAKTERYSTYKA PIROMETRÓW I METODYKA PRZEPROWADZANIA POMIARÓW

Aparat widzenia człowieka (ang. Human Visual System, HVS) Budowa oka. Komórki światłoczułe. Rastrowa reprezentacja obrazu 2D.

Waldemar Izdebski - Wykłady z przedmiotu SIT / Mapa zasadnicza 30

KAM-TECH sklep internetowy Utworzono : 09 listopad 2014

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Interferometria laserowa

MDH System Strona 1. Produkt z kategorii: Rejestratory miniaturowe

1. W gałęzi obwodu elektrycznego jak na rysunku poniżej wartość napięcia Ux wynosi:

VIDEOMED ZAKŁAD ELEKTRONICZNY

BARWA. Barwa postrzegana opisanie cech charakteryzujących wrażenie, jakie powstaje w umyśle;

Środowisko pracy Oświetlenie

SPIS TREŚCI. Kamery stacjonarne. Kamery stacjonarne WDR. Kamery IR. Kamery szybkoobrotowe wewnętrzne. Kamery szybkoobrotowe zewnętrzne.

zniekształcenia przyjmują różne formy, w zależności od miejsca, w którym powstają

Kamera HD-SDI, 2.1 Mp, FULL HD 1920x1080p, GEMINI-020B

Załącznik 2. System kamer obserwacji z przodu pojazdu UGV. (Unmanned Ground Vehicle - Bezzałogowy Pojazd Naziemny) Krótka specyfikacja WP6.

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

- 1 - OPTYKA - ĆWICZENIA

Jeden z narządów zmysłów. Umożliwia rozpoznawanie kształtów, barw i ruchów. Odczytuje moc i kąt padania światła. Bardziej wyspecjalizowanie oczy

Transkrypt:

Percepcja wrażeń wzrokowych Komputerowa akwizycja obrazów P. Strumiłło

Percepcja wrażeń wzrokowych przez człowieka Człowiek uzyskuje ponad 90% informacji zewnętrznym za pomocą zmysłu wzroku. o świecie Wymagania techniczne stawiane komputerowym systemom przetwarzania obrazów są pochodną sprawności oka ludzkiego, tj.: zdolności rozróżniania dwóch obiektów położonych blisko siebie (θ=1 =1 /60=pi/10800); zdolności rozróżniania efektów świetlnych o podobnej jasności; zdolności postrzegania kolorów; bezwładności oka;

System wzrokowy człowieka Ciecz wodna soczewka Kora wzrokowa rogówka siatkówka 125 10 6 receptorów tęczówka Ciało kolankowate skrzyżowanie wzrokowe Nerw wrokowy

Budowa anatomiczna oka człowieka soczewka siatkówka 125 10 6 receptorów 1,6 10 6 włókien PWN

Gęstość elementów światłoczułych (czopków i pręcików) w oku człowieka 5050 um Webvision PWN

Widzenie stereoskopowe Postrzeganie głębi (odległości) ~10 m 17 mm Kąt zbieżności gałek ocznych Dysparycja w widzeniu obuocznym

Postrzeganie głębi (znaczenie perspektywy) A A B B Znaczenie kolorów w postrzeganiu odległości Denis Meredith

Widmo fal elektromagnetycznych Częstotliwość, Hz 10 24 10 22 10 20 10 18 10 16 10 14 10 12 10 10 10 8 10 6 10 4 10 2 promieniowanie gamma prom. X mikrofale fale radiowe ultrafiolet Promieniowanie świetlne podczerwień 400 500 600 700 [nm]

Charakterystyka czułości spektralnej wzroku człowieka 1 0.8 0.6 pręciki czopki 0.4 0.2 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 µm ultrafiolet podczerwień

Percepcja wrażeń wzrokowych przez człowieka Subiektywna jasność postrzegana przez oko przebiega wg charakterystyki logarytmicznej. Zakres natężenia oświetlenia, na które może reagować oko wynosi ok. 10 10. Zakres adaptacji oka granica olśnienia Lokalny zakres adaptacji oka -6-4 -2 0 2 4 Log [ml]

Krzywa Webera I I I+ I I 2% 3 10-1 3 10 1 3 10 3 I [cd/m 2 ] Krzywa Webera obrazuje zdolność oka ludzkiego do rozróżniania efektów świetlnych o różnych jasnościach.

Krzywa Webera I I I o =3 I o =30 I o =300 I o =3000 I I+ I I 0 I 3 3 10 1 3 10 2 3 10 3 [cd/m 2 ] Oko osiąga maksymalną rozróżnialność jasności gdy I+ I I 0

Obraz kodowany 16 poziomami jasności 4 bity/piksel MIT

Pasy Macha Poziom jasności Percepcja poziomu jasności

Iluzje wzrokowe

Percepcja wrażeń wzrokowych Komputerowa akwizycja obrazów

Tor wizyjny systemu przetwarzania obrazów Tor wizyjny - zespół układów optycznych i elektronicznych służących do przetwarzania obrazu optycznego na sygnał elektryczny oraz odwzorowania obrazu na urządzeniach wyświetlających. 3D 2D Przetwornik optoelektroniczny Układ formowania obrazu Układ opto-elektr. przetwarzania obrazu Wizualizacja obrazu

Model kamery obskury (ang. pinholecamera) otwór Zalety/wady: mały otwór mały kontrast obrazu duży otwór nieostry obraz

Kamery współczesne Pointgrey Czujnik CCD Zalety/wady: duży otwór ostry, kontrastowy obraz zniekształcenia geometryczne

Model formowania obrazu y 2D 3D (α,β) Układ formowania obrazu (UFO) (,y) f(,y) Płaszczyzna obrazu (przetwornika optoelektrycznego)

Model formowania obrazu y f (, y) = i(, y) r(, y) (,y) f(,y) 0 < i(, y) < - światłóść (,y) 0 < r(, y) < 1 współczynnik odbicia Obraz dwuwymiarowy rozkład jasności f(,y)>=0 odwzorowujący rozkład energii świetlną na powierzchni przetwornika światłość: słoneczny dzień - 5000 cd/m 2, pochmurny dzień - 1000 cd/m 2, światło księżyca - 0.001 cd/m 2, wsp. odbicia: czarny welur - 0.01, biała kartka papieru- 0.8, śnieg - 0.93.

Model formowania obrazu Dla linowego liniowego procesu akumulacji energii w płaszczyźnie obrazu: f (, y) = f ( α, β ) h(, y, α, β ) dα dβ h(.) - tzw. funkcja rozmycia punktu (ang. point spread function) opisująca wpływ promieniowania otoczenia wybranego punktu obiektu (α,β) na energię odpowiadającego mu punktowi obrazu (,y).

Model formowania obrazu Jeżeli funkcja rozmycia punktu jest niezmienna względem przesunięcia to układ formowania obrazu opisuje całka splotowa: f = (, y) f ( α, β ) h( α, y β ) dα dβ h(, y ) 2 + y = ep 2 2σ 2

Próbkowanie sygnału jednowymiarowego f() F(ω) -Ω Ω ω s() S(ω) -1/ 1/ ω s()f() S(ω)*F(ω)... -Ω Ω... ω

Dyskretyzacja przestrzenna obrazu Zakładamy, że obraz analogowy charakteryzuje się ograniczoną szerokością widma Fourierowskiego. ω y ω may ω ma F ( ω ω ), y ω ma ω ω may

Dyskretyzacja przestrzenna obrazu ( ) ( ) = = = 1 0 1 0,, M i N k y k y i y S δ W komputerowym systemie przetwarzania obrazów, obraz analogowy (o ograniczonym widmie) jest próbkowany i kwantowany za pomocą dwuwymiarowej funkcji próbkującej: obraz spróbkowany: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) = = = = = 1 0 1 0,,,,, M i N k s y k y i y k i f y S y f y f δ y

Dyskretyzacja przestrzenna obrazu ( ) ( ) = = = 1 0 1 0, 1, M i N k y y y s k i F y F ω ω ω ω ω ω W dziedzinie widma Fouriera, próbkowanie przestrzenne obrazu odpowiada splotowi widma obrazu oraz widma funkcji próbkującej. Widmo funkcji spróbkowanej: gdzie: y y = = 1, 1 ω ω ω ω y

Powielenie okresowe widma obrazu spróbkowanego ω y ω may Ω ma < ω ω 2 = 1 2 ω ma ograniczone widmo obrazu

Efekt nakładania widm - przykład 500 dpi Obrazy skanowane: 100 dpi (ang. dots per inch)

Przetwarzanie obrazu optycznego na sygnał elektryczny Akwizycja obrazu jest procesem zamiany energii świetlnej pochodzącej od punktów obserwowanej sceny na sygnał elektryczny dogodny do rejestracji i przechowywania. Urządzenia do elektronicznej rejestracji obrazów: kamera wideo CCD cyfrowy aparat fotograficzny skaner digitizer

Przetwarzanie obrazu optycznego na sygnał elektryczny Zadaniem przetwornika opto-elektrycznego jest zamiana rozkładu energii f(,y) na sygnał elektryczny, proces ten jest nazywany wybieraniem obrazu. Podstawowe sposoby zamiany obrazu optycznego na sygnał elektryczny: bez akumulacji fotoładunków (np. skaner optyczny), z akumulacją fotoładunków (np. widikon, matryca CCD)

Przetwornik bez akumulacji fotoładunków Skaner stołowy kierunek wybierania obrazu R s(,y) + fotodioda wybierająca obraz matówka

Scalony analizator obrazu (z akumulacją ładunków) Scalony analizator obrazu wykorzystuje efekt fotoelektryczny wewnętrzny. Φ U F <0 izolator Kondensator akumulujący studnia potencjału n ~10µm

Tablica Bayera Format Raw CCD M M N N Wyznacz obraz RGB stosując interpolacje kolorów składowych

Piim Digital Piel System (DPS) Oddzielny przetwornic A/C dla każdego punktu obrazu Pojedynczy przetwornik A/C

Przetworniki obrazu CMOS Zalety: tania technologia (stosowano do produkcji modułów pamięci VLSI), mały pobór mocy (100 mniejszy niż CCD!), dostęp do dowolnego obszaru obrazu, nie ma rozpływania ładunku jak dla CCD, możliwa integracja przetwornika A/C i modułów przetwarzania obrazu na jednej kostce. Wady: bardziej podatna na zakłócenia niż CCD, mniejsza czułość (duża liczba tranzystorów dla jednego punktu obrazu). OmniVision

Standardy telewizji monochromatycznej europejski CCIR (625 (575) linii, czas wybierania linii 64us, 50 półobrazów na 1 sek., parametry sygnału 1Vpp, 75Ω) amerykański RS170 (525 (484) linii, czas wybierania linii 63,5 us, 60 półobrazów na sek., parametry sygnału 1.4 Vpp, 75Ω) amerykański RS-343 (875 linii, 60 półobrazów, przeznaczona dla systemów CCTV, zastosowania naukowe, )

Pole obrazu telewizyjnego dla systemu CCIR nieparzyste 625/575 linii 3 parzyste 0.7 V 4 52 µs poziom bieli 0 V (DC) -0.3 V 64 µs Zespolony sygnał wideo jedna linia obrazu poziom wygaszania poziom synchronizacji Impuls synchr poziomej

Kamera CCD firmy COHU Specification Highlights Imager: 1/2" interline transfer CCD Picture Elements: RS-170A: 768 (H) 494 (V); CCIR: 752 (H) 582 (V) Piel Cell Size: RS-170A: 8.4 µm (H) 9.8 µm (V); CCIR: 8.6 µm (H) 8.3 µm (V) Resolution: RS-170A: 580 horizontal TVL, 350 vertical TVL; CCIR: 560 horizontal TVL, 450 vertical TVL Synchronization: Crystal/H&V/Asynchronous, standard Shutter: 1/60 to 1/10,000 AGC: 20 db Integration: 2-16 Fields Sensitivity: Full video, No AGC: 0.65 lu; 80% video, AGC on: 0.04 lu; 30% video, AGC on: 0.008 lu S/N Ratio (Gamma 1, gain 0 db): 55 db

Scalone analizatory obrazu - zalety Zalety scalonych przetworników obrazu: małe wymiary, duża odporność na udary mechaniczne (70 G), pomijalne zniekształcenia geometryczne matrycy CCD, niskie napięcie zasilające (12 V, 1.4W), dynamika pracy ~70 db, przetwarzanie liniowe (regulowany współczynnik gamma), zerowa bezwładność, rozdzielczość porównywalna lub lepsza od lamp widikonowych, duża trwałość i niezawodność, niska cena.

Karta akwizycji obrazu ang. framegrabber Matro CronosPlus Video capture board for PCI captures from NTSC, PAL, RS-170 and CCIR video sources, connect up to 4 CVBS or 1 Y/C trigger input, 7 TTL auiliary I/Os, 32-bit/33MHz PCI-bus master Matro Software is sold separately, includes e.g., Matro Imaging Library for Microsoft Windows