Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Optyka widzenia

Podobne dokumenty
Dr inż. Krzysztof Petelczyc Optyka Widzenia

Wykład 2. Fotometria i kolorymetria

Wykład 12. Widzenie przestrzenne i głębia ostrości widzenia

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

PODSTAWY BARWY, PIGMENTY CERAMICZNE

Teoria światła i barwy

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

Akwizycja obrazów. Zagadnienia wstępne

Ćwiczenie Nr 11 Fotometria

Fotometria i kolorymetria

Zmysły. Wzrok Węch Dotyk Smak Słuch Równowaga?

Temat: Budowa i działanie narządu wzroku.

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

Polecenie ŚWIATPUNKT - ŚWIATŁO PUNKTOWE

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

Wprowadzenie do technologii HDR

Wykład 10. Wrażliwość na kontrast i mechanizmy adaptacyjne

Fotometria i kolorymetria

Fotometria i kolorymetria

Fotometria i kolorymetria

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

Fizyczne Metody Badań Materiałów 2

WYKŁAD 14 PODSTAWY TEORII BARW. Plan wykładu: 1. Wrażenie widzenia barwy. Wrażenie widzenia barwy Modele liczbowe barw

Środowisko pracy Oświetlenie

OP6 WIDZENIE BARWNE I FIZYCZNE POCHODZENIE BARW W PRZYRODZIE

Percepcja jako zmysłowy odbiór bodźców Procesy percepcji Percepcja jako proces Definicja percepcji/spostrzegania Odbiór wrażeń Percepcja rejestracja

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

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

Środowisko pracy Oświetlenie

MODELE KOLORÓW. Przygotował: Robert Bednarz

Percepcja, język, myślenie

Percepcja, język, myślenie

Komunikacja Człowiek-Komputer

WYKŁAD 11. Kolor. fiolet, indygo, niebieski, zielony, żółty, pomarańczowy, czerwony

Temat ćwiczenia. Pomiary oświetlenia

Schemat układu zasilania diod LED pokazano na Rys.1. Na jednej płytce połączone są różne diody LED, które przełącza się przestawiając zworkę.

Modele i przestrzenie koloru

Rys. 1. Zakres widzialny fal elektromagnetycznych dla widzenia w ciągu dnia i nocy.

ØYET - OKO ROGÓWKA (HORNHINNEN)


PODSTAWY TEORII BARW

Pojęcie Barwy. Grafika Komputerowa modele kolorów. Terminologia BARWY W GRAFICE KOMPUTEROWEJ. Marek Pudełko

Adam Korzeniewski p Katedra Systemów Multimedialnych

Zarządzanie barwą w fotografii

Współczesne metody badań instrumentalnych

WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI

Komunikacja Człowiek-Komputer

Tajemnice świata zmysłów oko.

Laboratorium Optyki Falowej

Wprowadzenie do grafiki maszynowej. Wprowadzenie do percepcji wizualnej i modeli barw

Percepcja obrazu Podstawy grafiki komputerowej

Kolor w grafice komputerowej. Światło i barwa

Janusz Ganczarski CIE XYZ

Przetwarzanie obrazów wykład 1. Adam Wojciechowski

Marcin Wilczewski Politechnika Gdańska, 2013/14

Kurs grafiki komputerowej Lekcja 2. Barwa i kolor

Szkoła Główna Służby Pożarniczej Zakład Ratownictwa Technicznego i Medycznego. Laboratorium Bezpieczeństwa Ratownictwa.

Ćwiczenie 3. Strona 1 z 10

Grafika Komputerowa. Percepcja wizualna i modele barw

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 12 AiR III

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

Kwantowe własności promieniowania, ciało doskonale czarne, zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

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

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

Laboratorium systemów wizualizacji informacji. Pomiary charakterystyk spektralnych elementów modułu displeja. Kolorymetria.

BADANIE OSTROŚCI WIDZENIA W RÓśNYCH WARUNKACH OŚWIETLENIOWYCH

Plan wykładu. Prozopagnozja. wrażenie sensoryczne a percepcja. wrażenia sensoryczne i percepcja

Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania obrazów

- 1 - OPTYKA - ĆWICZENIA

Grafika komputerowa Wykład 11 Barwa czy kolor?

Ćwiczenie 375. Badanie zależności mocy promieniowania cieplnego od temperatury. U [V] I [ma] R [ ] R/R 0 T [K] P [W] ln(t) ln(p)

Kolorowy Wszechświat część I

Co to jest współczynnik oddawania barw?

Wykład 11. Widzenie barwne

K O L O R Y M E T R I A

Wydajność konwersji energii słonecznej:

Optyka stanowi dział fizyki, który zajmuje się światłem (także promieniowaniem niewidzialnym dla ludzkiego oka).

Komunikacja Człowiek-Komputer

GRAFIKA RASTROWA GRAFIKA RASTROWA

Fotometria i kolorymetria

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

Cyfrowe Przetwarzanie Obrazów. Karol Czapnik

KARTA PRZEDMIOTU. Egzamin / zaliczenie na ocenę*

LABORATORIUM OPTYKA GEOMETRYCZNA I FALOWA

Ćwiczenie 1. Część teoretyczna Światło jest falą elektromagnetyczną, zatem związana jest z nią funkcja ( r, t)

Złudzenia optyczne. . Złudzenia optyczne dzieli się na cztery kategorie:

LX Olimpiada Astronomiczna 2016/2017 Zadania z zawodów III stopnia. S= L 4π r L

Psychofizyka. Klasyfikacja eksperymentów psychofizycznych

Wstęp do astrofizyki I

Ćwiczenie 1. Część teoretyczna

GRAKO: ŚWIATŁO I CIENIE. Modele barw. Trochę fizyki percepcji światła. OŚWIETLENIE: elementy istotne w projektowaniu

S P E K T R O S K O P S Z K O L N Y P R Y Z M A T Y C ZN Y 1

Prezentacja, którą czytacie jest jedynie zbiorem sugestii. Nie zawiera odpowiedzi na pytania wprost. Jeżeli nie wiedzielibyście jak odpowiedzieć na

Ćwiczenie 12 (44) Wyznaczanie długości fali świetlnej przy pomocy siatki dyfrakcyjnej

Dodatek 1. C f. A x. h 1 ( 2) y h x. powrót. xyf

Temat: WYZNACZANIE OBROTOWO-SYMETRYCZNEJ BRYŁY FOTOMETRYCZNEJ

Przenośne urządzenia pomiarowe Nowy spectro-guide...59 Color-guide do małych detali...64 Color-guide do proszków... 64

Kolorymetria. Wykład opracowany m.in. dzięki materiałom dra W.A. Woźniaka, za jego zgodą.

Fotometria i kolorymetria

Transkrypt:

Metody Optyczne w Technice Wykład 5 Optyka widzenia

Anatomia ludzkiego oka Rogówka R = 8mm Twardówka R = 12mm Odległość środków krzywizny 5 mm

Anatomia ludzkiego oka Naczyniówka Ciało rzęskowe Tęczówka Siatkówka Komora przednia Komora tylnia Komora szklista (ciało szkliste)

Ruchy oka

Co widzimy? Świat takim jakim jest? Nasze wyobrażenie świata? Światło docierające do naszych oczu? Reprezentację, odbicie rzeczywistości?

Co otrzymują oczy - bodziec? Natężenie światła w poszczególnych punktach przestrzeni Widmo spektralne tego światła 2 płaskie obrazy Wszystko się rusza Obraz odwrócony

Co widzimy - wrażenie? Trójwymiarowy, spójny i ciągły nieodwrócony obraz Twarze, zwierzęta, przedmioty, litery Kolory, perspektywa, ruch, głębia, jasność

Pytanie Czy właściwości jakościowe (np. kolory) których doświadczamy bezpośrednio i natychmiastowo to właściwości świata czy wytwory naszego postrzegania, tj. mózgu? jeżeli wrażenie które nazywamy kolorem ma jakiekolwiek prawa, musi być coś w naszej naturze, co determinuje formę tych praw James Clerk Maxwell

Iluzje oceny koloru

Cienie

Cienie

Promienie widzenia Euklides: oczy wysyłają promienie, które dotykają obiektów i wracają do oczu z informacją o nich widzenie czynne Aparat fotograficzny: oczy odbierają światło które stanowi kompletną informację o widzianej scenie widzenie bierne Platon wszystkie nasze wrażenia świata to iluzja. Jesteśmy mieszkańcami jaskini i nie możemy doświadczać świata na zewnątrz bezpośrednio a jedynie próbować nadać mu kształt i sens dzięki cieniom które pojawiają się na ścianach jaskini Widziana scena jest jedynie hipotezą obrazu odbieranego przez oczy? Kolor, głębia, ruch

Bodźce a qualia (wrażenia, odczucia) Światło o długości fali nie jest ani koniecznym ani wystarczającym warunkiem odczucia czerwieni Wrażenia są niedostępne bezpośrednio i czysto subiektywne Potencjały elektryczne -> wrażenie jak?? Wrażenia są przypisywane przedmiotom na zewnątrz

Proces psychofizyczny widzenia Obrazowanie układ optyczny oka Detekcja i rozpoznanie fotoreceptory Kodowanie nerwowe i transmisja sygnału 100 mln 2 mln Adaptacja Zróżnicowanie i struktura 40 różnych obszarów widzenia w mózgu Identyfikacja, rozpoznanie i interpretacja inne zmysły i wyższa aktywność myślowa, taka jak pamięć, kontekst, wola itp

Ścieżka nerwowa widzenia 100 mln czopków + 6 mln pręcików 2 mln komórek nerwowych w siatkówce i podobna ilość włókien nerowych w nerwie wzrokowym 500 mln komórek nerwowych w ośrodku widzenia mózgu

Kontrast Najważniejszą cechą środowiska wzrokowego są różnice w jasności i kolorze - które zwykle nazywamy kontrastem. Kontrast w odniesieniu do tła jest warunkiem zasadniczym dla widzenia w ogóle. Bez kontrastu, ani kształt obiektu ani jego ruch nie zostałby wykryty (identyfikacja obiektu wymaga zwykle nawet większych kontrastów niż detekcja)

Analiza sygnału światło -cień - jasność - ciemność - jaskrawość - kontrast - kolor -tekstura - linie, kontury - forma -orientacja - głębia - odległość - wielkość - pozycja przestrzenna - pierwszy plan -tło - ruch - kierunek - prędkość - zmiany czasowe itp. Linie tło vs obiekt litera słowo - zdanie

Szkoła psychologii Gestalt Zasady grupowania Prawo bliskości Prawo podobieństwa Wspólna forma Kontynuacja krawędzi Wspólny wzorzec ruchu

Hipoteza 1 Wszystkie użyteczne atrybuty sceny trójwymiarowej, takie jak znaczenie poszczególnych powierzchni, kontury obiektów i cienie, można odczytać z podstawowego sygnału wejścia na siatkówce, lokalizując i opisując miejsca, w których dochodzi do względnie gwałtownej zmiany natężenia obrazów

Hipoteza 2 Materia jest spójna symbole znajdujące się blisko siebie na obrazie z reguły należą do tego samego obrazi Symbole posiadające wspólny atrybut deskryptywny (np. wspólną orientację) najprawdopodobniej będą miały wspólną fizyczną przyczynę można je pogrupować razem w celu utworzenia symboli dużej skali z nowymi atrybutami deskryptywnymi (kształt, tekstura), następnie proces ten można powtarzać

Obliczeniowy schemat Marra rozpoznawania obiektów Obraz Szkic pierwotny Szkic 2½D Modelowa reprezentacja 3D

Kierunek percepcji Z dołu do góry (bottom-up) percepcja powstaje na podstawie prostego obrazu i jest kodowana w użyteczny opis świata Z góry do dołu (top-down) wiedza na temat obiektu determinuje jego postrzeganie, zakodowany obraz jest przekształcany w widziany obraz Teorie obliczeniowe skupiają się głównie na pierwszej z tych koncepcji ze względu na to że łatwiej jest opisywać wczesne etapy percepcji.

7. Percepcja 8. Rozpoznanie 9. Akcja 6. Przetwarzanie Sygnał elektryczny Doświadczenie i akcja Wiedza percepcyjny Proces 5. Transmisja Bodziec 4. Przekształcenie 3. Bodziec w receptorze 2. Bodziec odbierany 1. Bodziec środowiskowy

Światło widzialne

Temperatura barwowa

Pomiar światła - fotometria

Pomiar światła - fotometria

Jasność Jasność to cecha wrażenia wzrokowego w odniesieniu do której obszar zdaje się emitować więcej lub mniej światła (CIE 1987) Nie ma problemu w widzeniu nocnym, ale w widzeniu dziennym przy porównywaniu światła o różnych barwach jest problem (jasność heterochromiczna) W dodatku obszary otoczone ciemnym tłem odbierane są jako świecące własnym światłem i dają zupełnie inne wrażenie niż identyczne obszary, lecz otoczone jaśniejszym tłem, które odbierane są jako odbijające światło.

Jasność

Opis fizyczny Długość fali (nm) Natężenie promieniowania I e (W/sr) Radiant intensity Strumień promieniowania e (W) Radiant flux Irradiancja (Natężenie promieniowania) E e (W/m 2 ) Irradiance Radiancja (luminancja energetyczna) L e (W/sr m 2 ) Radiance

Opis fotometryczny Długość fali (nm) Światłość I v (kandela, cd = lm/sr) Luminous intensity Strumień świetlny v (lumen, lm) Luminous flux Natężenie oświetlenia E v = v /A (luks, lx = lm/m 2 ) Illiuminance Luminancja L v = I v /A (cd/m 2 ) Luminance

Spektralne funkcje wagowe v =683 e ( )V( )d Równanie to jest używane we wszystkich miernikach światła Jest ono liniowe w przeciwieństwie do naszych statycznych wrażeń jasności czy koloru! Funkcja spektralna V( ) została wyznaczana psychofizyczną metodą heterochromatycznej fotometrii migotania (Heterochromatic flicker photometry) wrażenia liniowe!

Kolor Nie jest możliwe opisanie wrażenia tych kolorów jako kombinację wrażenia innych z nich, ale wrażenie każdego innego koloru może zostać opisane jako kombinacja wrażenia tych sześciu np. NCS2060-R50B

HSL/HSV (Odcień Nasycenie Jasność/Wartość)

Fizyka koloru Kolor powierzchni zależy od: Struktury powierzchni (matowa, błyszcząca itp.) Reflektancji spektralnej Geometrii i rozkładu spektralnego oświetlenia Fizjologicznej adaptacji oka do kontrastu i parametrów otoczenia (tła) Większość naturalnych barw można przedstawić jako sumę ważoną trzech podstawowych krzywych reflektancji spektralnej Oko nie jest analizatorem spektralnym!!!

Kolory metametryczne Istnieje nieskończona ilość krzywych spektralnych, dających wrażenie tego samego koloru Bodźce, które sprawiają wrażenie identycznych barw pomimo różnic spektralnych nazywamy kolorami metametrycznymi. Metametryczne kolory powierzchni są zwykle równe jedynie przy jednym typie oświetlenia. Dlatego oglądając np. koszulę lub samochód w sztucznym świetle sklepu, domu lub garażu jawi nam się on w innych barwach niż w świetle dziennym.

Kolory substraktywne Kolory substraktywne nie są mieszaninami kolorów źródłowych, a raczej wynikami iloczynu transmitancji spektralnej filtrów.

Kolory addytywne Rezultat nie zależy od widma spektralnego światła a jedynie od barwy światła (wrażenia) Jedynie trzy kolory bazowe (podstawowe) wystarczą do stworzenia każdego odcieniu barw Wybór kolorów podstawowych jest w zasadzie dowolny przy czym żaden nie może być sumą dwóch pozostałych

Przestrzeń barw CIE XYZ (1931)

Przestrzeń barw CIE XYZ (1931) 2 stopnie pola widzenia w innej wersji 10 stopni 3 teoretyczne detektory o określonej charakterystyce spektralnej Detektor (współrzędna) Y odpowiada funkcji V(λ) Czułości czopków są liniowymi funkcjami wartości trójchromatycznych X, Y i Z

Przestrzeń barw CIE XYZ (1931) Zakładając X+Y+Z=const i normalizując współrzędne można zdefiniować płaszczyznę zwaną diagramem chromatyczności (x,y) Monochromatyczne kolory tworzą krzywą ograniczającą przestrzeń barwną Punkty odpowiadające skrajnym długościom fali są połączone tzw. linią purpury. Kolory z tej nie mają odpowiedników w tzw. newtonowskiej przestrzeni barw (tj. tęczy), ale są mieszanką czerwieni i fioletu

Przestrzeń barw CIE XYZ (1931) Czystość barwy zależy od odległości od punktu bieli E=(1/3, 1/3), tj. biel ma p=0, a kolory monochromatyczne p=1 Przecięcie linii łączącej dany kolor z punktem bieli E wyznacza tzw. dominującą długość fali. Barwy z linii purpury nie mają dominującej długości fali, lecz mają komplementarną długość fali (na drugim przecięciu prostej)

Punkt A Żarówka wolframowa x=0,4476 y=04075 T=2856 K Punkt B Światło słoneczne w południe x=0,3485 y=0,3517 T=4874 K Punkt C Uśrednione światło dzienne x=0,3101 y=0,3163 T=6774 K Punkt D Światło dzienne y = 2.870x 3.000x 2 0.275 Dla D65 Światło dzienne w Europie x=0,3127 y=0,3291 T=6500K Punkt E Punkt równej energii x=0,3333 y=0,3333 T~5455K

Gamut

Inne pojęcia stosowane w Wzorce barw RAL Pantone kolorymetrii Przestrzenie barw: - RGBY - CMYKOG

Światło białe Temperatura barwna Wierność odwzorowania kolorów Jasność (natężenie oświetlenia) Pobór mocy

Widzenie głębi Jak możemy widzieć obraz trójwymiarowy bazując na płaskim obrazie na siatkówce? Dlaczego widzimy głębię lepiej dwojgiem oczy niż jednym? Dlaczego ludzie nie wydają się zmniejszać jak oddalają się od nas?

Wskazówki związane z ruchem gałek ocznych Oparte na tym, że czujemy napięcie mięśni oka Zbieżność Akomodacja Zbieżność, czujemy lepiej, więc jest silniejszą wskazówką głębi

Wskazówki jednooczne Działające w każdym oku oddzielnie Adkomodacja Wskazówki obrazowe Wskazówki głębi, które mogą zostać wywnioskowane z interpretacji widzianej sceny Ruch obiektów w polu widzenia Wskazówki głębi, które mogą zostać wywnioskowane z ruchu obiektów w polu widzenia

Wskazówki obrazowe Przykrywanie Przedmioty będące bliżej zazwyczaj częściowo zasłaniają te, będące dalej Dają informację jedynie o odległościach względnych wiemy że jednej obiekt jest za drugim, ale nie wiemy jak daleko

Wskazówki obrazowe Względna wysokość Poniżej horyzontu obiekty bardziej odległe znajdują się wyżej w polu widzenia Powyżej horyzontu (np. chmury) sytuacja się odwraca i obiekty dalekie znajdują się niżej Ma to związek także z kierunkiem spojrzenia jeśli patrzymy prosto przed siebie widzimy obiekty dalekie, jeśli spoglądamy w dół patrzymy na obiekty bliskie

Wskazówki obrazowe Względna wielkość Jeśli obiekty są tej samej wielkości to im dalej się znajdują tym mniejszy obszar pola widzenia będą zajmować Wskazówka ta wymaga wcześniejszej wiedzy o rzeczywistej wielkości obiektów Zbieżność perspektywy Widząc dwie równoległe linie rozciągające się w dal odbieramy je jako zbiegające się (będące coraz bliżej siebie) wraz z rosnącą odległością

Wskazówki obrazowe Znana wielkość Jeśli wiemy jakiej wielkością są obiekty, możemy wnioskować o ich odległości z ich rozmiarów kątowych w polu widzenia Wskazówka dosyć słaba używana przy braku innych

Wskazówki obrazowe Perspektywa atmosferyczna Bardziej odległe obiekty stają się mniej wyraźne i doświadczają przesunięcia barwy ku niebieskiemu Związane jest to niepełną przezroczystością atmosfery (kurz, kropelki wody, zanieczyszczenia) W różnych częściach świata (i różnych przejrzystościach atmosfery) wskazówka ta może być różnie wykalibrowana w naszym móxgu

Wskazówki obrazowe Gradient tekstury Przedmioty (elementy przedmiotów) które są równomiernie rozłożone w przestrzeni wydają się być gęściej upakowane w miarę wzrostu ich odległości Cienie Cienie obiektów mogą zawierać informację o ich lokalizacji Cienie także zwiększają trójwymiarowość obiektów

Wskazówki związane z ruchem przedmiotów w polu widzenia Paralaksa ruchu Jeśli się poruszamy obiekty bliższe wydają nam się poruszać szybciej niż odległe Wskazówka ta wynika z optyki i tworzenia obrazów na siatkówce (tj. z paralaksy) Wskazówka paralaksy ruchu jest bardzo ważna w widzeniu niektórych zwierząt i kontekście systemów wizyjnych robotów, jest także podstawowym sposobem prezentacji głębi w kreskówkach

Wskazówki związane z ruchem przedmiotów w polu widzenia Znikanie i pojawianie się Jeśli przesuwamy dwie powierzchnie względem siebie (np. dłonie), różne części znikają się (poprzez przysłonięcie) a potem pojawiają dając wnioskować o względnej odległości powierzchni

Wielkość obiektów a ich odległość Najlepszym parametrem do określenia bezwzględnej wielkości widzianych obiektów jest ich wielkość kątowa Księżyc i Słońce mają wielkość kątową 0,5 Szerokość kciuka na wyciągniętej ręce ma wielkość kątową 2 Percepcyjna wielkość liniowa jest zależna od kontekstu!

Percepcja wielkości Jeśli układ wzrokowy ma dobre informacje o głębi percepcja wielkości jest bliska rozmiarom liniowym stałość wielkości Jeśli brakuje informacji o głębi percepcja wielkości bazuje na rozmiarach kątowych

Kontekst

Kontekst

Kontekst

Kontekst