Tema1 2

TEMA 1 INTRODUCCIÓN AL TRATAMIENTO DE IMÁGENES
1.2- LA PERCEPCIÓN VISUAL
1.2.1- EL OJO

TRATAMIENTO DISCRETO DE SEÑALES I

1.2.1- EL OJO


1.2.1- EL OJO

• 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.


1.2.2- 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/α
donde α 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 α = 1 min.



• 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 ΔI comienza a ser percibida
depende de I. La tasa ΔI /I (fracción de Weber) es prácticamente
constante (~ 0.02) para un alto rango de intensidades.



• 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.



• Umbral diferencia de crominancia. Fijamos un color C con una luminancia
fija, y vamos variando su color, C + ΔC, 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.



• 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.


1.2.3- FENÓMENOS VISUALES
- Bandas de Mach


- Percepción del nivel de gris


- Cuadrado de Kanizsa


- Enmascaramiento espacial: El ruido se percibe menos en zonas de alto contraste


- Ilusiones ópticas: Efectos de tamaño/longitud


- Ilusiones ópticas: Efectos de dirección posición


-Ilusiones ópticas: Efectos de movimiento


-Más ilusiones ópticas:
- http://www.michaelbach.de/ot/index.html
- http://www.psicoactiva.com/ilusion.htm


1.3- TEORÍA DEL COLOR

• Somos muchísimo más sensibles a las variaciones de color que a las
variaciones de niveles de gris. Podemos distinguir:
• Unos 50 niveles de gris
• Varios miles de colores


1.3.1- LUZ, LUMINANCIA Y BRILLO
• LUZ  Es la radiación electromagnética que estimula la respuesta
visual humana.
• Ocupa una región en el espectro entre 389 nm (violeta) y 780
nm (rojo).


• Distribución de energía de una onda electromagnética que
atraviesa un cierto plano espacial: C(x,y,t,λ) (flujo radiante, W/m3).
• Si consideramos un punto fijo (x’,y’), y un instante dado, t’:
C(x,y,t,λ)  C(λ) (flujo radiante por longitud de onda)


• Magnitudes asociadas a C(λ)
 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


• Las contribuciones que C(λ1) y C(λ2) aportan a la percepción del
brillo por un observador son en general bastante diferentes para
λ1≠ λ2, incluso aunque C(λ1)=C(λ2)
 Una simple integral de C(λ) sobre λ 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.

• La luminancia no es exactamente la percepción del brillo, pero se
aproxima más que C(λ).


1.3.2- COLORIMETRÍA

• Utilización del color para visualización de imágenes:
• Más agradable
• Permite apreciar más información visual

• Formas de mezclar colores  Representación de un color como
mezcla de colores primarios


• Mezcla sustractiva de colores:
• Poder transmisor de un filtro a una longitud de onda λ: Cociente entre la
intensidad de luz que transmite y la que incide (Tλ).
• 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.
• Los pigmentos actúan de filtro
paso banda.
• Los colores primarios serán el
cyan, el magenta y el amarillo.
• Sistema CMY (impresoras).


• Mezcla aditiva de colores:
• 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).
• Sistema RGB: monitores.



LEYES DE GRASSMAN
• 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 leyes
al respecto.
1. 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 = R·PR + G·PG + B·PB
2. Luminancia: La luminancia de X es la suma de las luminancias de sus componentes.
LX = LR + LG + LB
3. Proporcionalidad: Si se multiplican ambos miembros de la Eq. 1, la igualdad no se
altera
α X = α R·PR + α G·PG + α B·PB
4. Aditividad: La luminancia del color resultante de una mezcla de colores es la suma de
sus primarios.
LX = LR + LG + LB
LY = L R ’ + L G ’ + L B ’


• Para la determinación de los coeficientes que forman cada color, se usa el
colorímetro.
1. Calibración: Desde X se emite luz blanca pura. Colocamos los filtros Ni abiertos al máximo y
ajustamos Fi hasta lograr la misma sensación de color en las dos pantallas. Una vez logrado,
fijamos los filtros Fi, que quedarán al 30% (R), 59% (G) y 11% (B). Se obtiene así la
ecuación que convierte los parámetros RGB en luminancia:
Y = 0.30R + 0.59G + 0.11B EL COLORÍMETRO
2. Análisis: Sustituimos la luz blanca
por la luz coloreada que queremos
analizar. Para lograr en ambos lados
la misma sensación de color,
modificamos los filtros Ni. Sus
valores serán los coeficientes del
color:
• Luz blanca, N=(1,1,1)
• Luz roja, N=(1,0,0)
• …


• 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.


REPRESENTACIÓN DEL COLOR MEDIANTE PARÁMETROS r Y g

• 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:

R1 G1 B1
r1= g1 = b1 =
R 1 + G 1 + B1 R 1 + G 1 + B1 R 1 + G 1 + B1

R 1 + G 1 + B1
r1 + r1 + r1 =
R 1 + G 1 + B1

• 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.


REPRESENTACIÓN DEL COLOR MEDIANTE PARÁMETROS r Y g
• 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.

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.
X Y Z
x= y= z=
X+Y+Z X+Y+Z 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.


COMPONENTES
TRICROMÁTICAS
INTERNACIONALES:

Carta de color del
Sistema CIE XYZ


VALORES TRIESTÍMULO
• Los conos del ojo humano están sintonizados a tres frecuencias: 420-440nm, 530-
540nm y 560-580nm.
• Los bastones están sintonizados en torno a 490-495nm.
• En principio, tres valores deberían ser suficientes para describir una sensación de
color.
• Valores triestímulo: cantidades de tres colores primarios, en un modelo de mezcla
aditiva, necesarios para igualar un cierto color.
• Llamemos Si(λ) (o color matching functions)
a la respuesta cromática de
cada observador, para cada longitud de onda.


• Si un color dado tiene una distribución espectral de potencia C(λ), entonces sus
valores triestímulo serán:

• Los valores triestímulo dependen de los colores primarios que considere


• Espacio RGB:

• Espacio CIE XYZ:


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