Az emberi l átás

Az emberi lAz emberi látásátás

BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Elektronikus Eszközök Tanszéke

Székely Vladimír

2003 szeptember

BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Elektronikus Eszközök Tanszéke

Székely Vladimír

2003 szeptember

Segédanyag a Villamosmérnöki Szak

“A képtechnika alapjai” c. tárgyához

Belső használatra!

Segédanyag a Villamosmérnöki Szak

“A képtechnika alapjai” c. tárgyához

Belső használatra!

Az emberi látásAz emberi látásA szem felépítéseA szem felépítése

1 üvegtest

2 sugártest

3 szaruhártya

4 csarnok

5 szemlencse

6 szivárványhártya

7 ínhártya

8 érhártya

9 retina

10 központi mélyedés

12 vakfolt

Egy idegsejt felEgy idegsejt felépítéseépítése

DendritDendrit

AxonAxon

SzinapszisSzinapszis

Elektromos modellElektromos modell

Az ideghártya Az ideghártya (retina)(retina)

Érzékelő sejtek:

pálcikák, csapok

látóbíbor: rodopszin, jodopszin, cianopszin

Bipoláris sejtek

Ganglionsejtek

Érzékelők (receptor-sejtek)Érzékelők (receptor-sejtek)egy kis statisztikaegy kis statisztika

Retina:Retina: kb. 12 kb. 120 mi0 millió pálcika, ugyanennyi llió pálcika, ugyanennyi csapcsap

Látóideg:Látóideg: kb. 1 millió idegszál ( kb. 1 millió idegszál ( 2-3 mm) 2-3 mm)

Központi mélyedés:Központi mélyedés: 100 000 csap, 100 000 csap, 00 pálcika pálcika

Sárga foltSárga folt ( ( 2-3 mm): már pálcikák is vannak 2-3 mm): már pálcikák is vannak

Csapsűrűség:Csapsűrűség: 15 150 000/mm0 000/mm2 2 5000/mm 5000/mm22

Pálcika sPálcika sűrűség:űrűség: 00 16160 000/mm0 000/mm2 2 5000/mm5000/mm22

Vakfolt:Vakfolt: centrumtól 4-5 mm-re centrumtól 4-5 mm-re

A látóidegek lefutása az agybanA látóidegek lefutása az agyban

Az emberi szem látótere Az emberi szem látótere

A szem felbontA szem felbontóképességeóképessége

A mérés módja:

Snellen villa, Landoldt gyűrű

Látásélesség = 1/legfinomabb részlet látószöge (szögperc)

A szem felbontA szem felbontóképességeóképességeA felbontóképesség függése a A felbontóképesség függése a

megvilágítástólmegvilágítástól

A képközvetítés felbontás A képközvetítés felbontás igényeigénye

22330 fok l0 fok látószög,átószög,

1 fokperc felbontás:1 fokperc felbontás:

22330060=3600 pixel60=3600 pixel

TTehát az igény:ehát az igény:

363600 00 2400 2400 pixelpixel

NNézzük, mit ézzük, mit nyújtnyújt

a film, a TV!a film, a TV!

Egyes képhordozók képpont számának Egyes képhordozók képpont számának összehasonlításaösszehasonlítása

FIZIKAI HORDOZÓ p i x e l s z á m

vízszintes függőleges összes

TV szabvány 800 600 0,48 M

átlag camcorder 400 300 0,12 M

Workstation 1400 1000 1,4 M

Super-8 film (4,36mm) 1200 850 1,0 M

16 mm film (7,510,36mm) 2000 1500 3,0 M

35 mm film (1622mm) 4400 3200 14,08 M

Fényképezés (2436mm) 7200 4800 34,56 M

Profi fényképezés (6060mm) 12000 12000 144 M

A látás igénye ~3600 ~2800 10,0 M

A foto felbontóképességet 100 vonal/mm = 200 pixel/mm számolva

Egyes képhordozók képpont számának Egyes képhordozók képpont számának összehasonlításaösszehasonlítása

Villódzásérzet, fúziós frekvenciaVillódzásérzet, fúziós frekvencia

Erősen függ a Erősen függ a fényintenzitástófényintenzitástó

l!l!

880 Hz f0 Hz fölött ölött 00!!

A modulációs mélység A modulációs mélység értelmezéséhezértelmezéséhez

Villódzásérzet, fúziós frekvenciaVillódzásérzet, fúziós frekvencia

Világítás

fU = 50 Hz ffény = 100 Hz

Világítás

fU = 50 Hz ffény = 100 Hz

Mozifilm

24 kocka/sec

2-3 ágú pilla

Mozifilm

24 kocka/sec

2-3 ágú pilla

Villódzásérzet, fúziós frekvenciaVillódzásérzet, fúziós frekvencia

Televízió

Váltottsoros letapogatás

25 kép/sec =

50 félkép/sec

Televízió

Váltottsoros letapogatás

25 kép/sec =

50 félkép/sec

Számítógépi monitornak nem alkalmas!Számítógépi monitornak nem alkalmas!

Az adaptációAz adaptációMechanizmusai:Mechanizmusai:

pupilla méret változtatáspupilla méret változtatáslátóbíbor mennyiség csökkenéselátóbíbor mennyiség csökkenésepálcikák csoport-képzésepálcikák csoport-képzése

Spektrális érzékenység, színlátás

Spektrális érzékenység, színlátás

Színlátás, színmérésSzínlátás, színmérés

Young, Helmholtz,

Maxwell

Young, Helmholtz,

Maxwell

R G B Hullámhossz [nm] 700,0 546,1 435,8 Intenzitás [rel] 1 4,59 0,06

Az RGB alapszínek:

CIE (Commission Internationale d'Éclairage) 1931CIE (Commission Internationale d'Éclairage) 1931

A spektrális alapszín-összetevő függvények

A spektrális alapszín-összetevő függvények

Az RGB összetevők számításaAz RGB összetevők számítása

folytonos x() hullámhosszeloszlású fény eseténfolytonos x() hullámhosszeloszlású fény esetén

λdλrλxR )()(

λdλgλxG )()(

λdλbλxB )()(

Grassmann törvény, metamer színek

Grassmann törvény, metamer színek

Additív színkeverésAdditív színkeverés

Vektoros összegzés !Vektoros összegzés !

Legyen x() = x1() + x2() !Legyen x() = x1() + x2() !

2121

21

)()()()(

)())()(()()(

RRλdλrλxλdλrλx

λdλrλxλxλdλrλxR

Additív színkeverés, r,g koordinaták

Additív színkeverés, r,g koordinaták

BGR

Rr

BGR

Gg

BGR

Bb

1 bgr

Az r,g koordinatákAz r,g koordinaták

1 bgr

Fehér: r=g=b=0,33

Színek összegzéseSzínek összegzése

Két szín összege az r,g síkon a

két színt összekötő egyenesen

fekszik

Két szín összege az r,g síkon a

két színt összekötő egyenesen

fekszik

Az X,Y,Z színrendszerAz X,Y,Z színrendszer

Homogén lineáris transzformáció.

Szempontok: minden valós színingernek pozitív

szín-összetevők feleljenek meg, az R=G=B fehérnek X=Y=Z feleljen

meg, az Y összetevő egyúttal adja ki a

fény-sűrűséget.

Homogén lineáris transzformáció.

Szempontok: minden valós színingernek pozitív

szín-összetevők feleljenek meg, az R=G=B fehérnek X=Y=Z feleljen

meg, az Y összetevő egyúttal adja ki a

fény-sűrűséget.

B

G

R

Z

Y

X

599,5057,00

060,0590,4000,1

130,1752,1769,2

Az X,Y,Z színrendszerAz X,Y,Z színrendszer

ZYX

Xx

ZYX

Yy

ZYX

Zz

1 zyx

CIE színdiagram “Patkódiagram”CIE színdiagram “Patkódiagram”

A fekete test sugárzás vonala a

patkódiagramon

A CIE x,y,z spektrális színösszetevő függvények

A CIE x,y,z spektrális színösszetevő függvények

Valós szűrőkkel megvalósíthatók!Valós szűrőkkel megvalósíthatók!

Színekre bontás képfelvételkorSzínekre bontás képfelvételkor

Állókép: színszűrők váltása is megoldás

Mozgókép: a fényút háromfelé hasítása, három felvevő eszköz

Fotodióda mátrix képfelvevő IC, mikro színszűrő

elemekkel

Állókép: színszűrők váltása is megoldás

Mozgókép: a fényút háromfelé hasítása, három felvevő eszköz

Fotodióda mátrix képfelvevő IC, mikro színszűrő

elemekkelMilyen legyen a szűrő?

• RGB szűrő (közvetlenül használható, de a negatív r() ág miatt tökéletlen)

• XYZ szűrő (csak transzformálás után vezérelheti az RGB megjelenítőt)

Milyen legyen a szűrő?

• RGB szűrő (közvetlenül használható, de a negatív r() ág miatt tökéletlen)

• XYZ szűrő (csak transzformálás után vezérelheti az RGB megjelenítőt)

A katódsugár

-csöves monitor

szín-visszaadás

a

A katódsugár

-csöves monitor

szín-visszaadás

a

FCC alapszínek,

~ átlagos fénypor

FCC alapszínek,

~ átlagos fénypor

(FCC = Federal Connunications Commission, USA) (FCC = Federal Connunications Commission, USA)

A C,M,Y színkoordinatákA C,M,Y színkoordinaták

C = 1 - R

M = 1 - G

Y = 1 - B

C = Cyan, M = Magenta, Y = Yellow

Komplementer színek

A szubtraktív színkeverés alapszínei

C = Cyan, M = Magenta, Y = Yellow

Komplementer színek

A szubtraktív színkeverés alapszínei

Ha R,G,B az egységkockában vanHa R,G,B az egységkockában van

Színrendszerek a számítógépes grafikában

Színrendszerek a számítógépes grafikában

Hue, Saturation, LightnessHue, Saturation, Lightness

Az I,H,S színrendszerAz I,H,S színrendszer

I = intensity, H = hue, S = saturation

Hasonlóak: HLS, HSV

I = intensity, H = hue, S = saturation

Hasonlóak: HLS, HSV

B

G

R

v

v

I

0816,0408,0

816,0408,0408,0

333,0333,0333,0

2

1

12 /arctan vvH

22

21 vvS

Ez nemlineáris transzformáció!Ez nemlineáris transzformáció!

A HLS színrendszerA HLS színrendszer

Rh = R - min(R,G,B)

Gh = G - min(R,G,B)

Bh = B - min(R,G,B)

Ha Rh = Gh = Bh = 0 nincs szín

Ha kettő zérus a harmadik a szín

(R 0o, G 120o, B 240o)

Ha egy zérus (pl. az Rh)

Rh = R - min(R,G,B)

Gh = G - min(R,G,B)

Bh = B - min(R,G,B)

Ha Rh = Gh = Bh = 0 nincs szín

Ha kettő zérus a harmadik a szín

(R 0o, G 120o, B 240o)

Ha egy zérus (pl. az Rh)

BhGh

BhGhH

240120

A HLS színrendszerA HLS színrendszer

2

),,min(),,max( BGRBGRL

5,0

),,min(),,max(2

),,min(),,max(

5,0),,min(),,max(

),,min(),,max(

LhaBGRBGR

BGRBGR

LhaBGRBGR

BGRBGR

S

R,G,B a [0,1] tartományba normálva!R,G,B a [0,1] tartományba normálva!