08_slika
DESCRIPTION
FAX - MMK Multimedijske tehnologije ITRANSCRIPT
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Slika in človeški vid
dr. Urban Burnik
delni vir gradiva: Tomaž Korošec, Marko Tkalčič
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Vid
Temeljno človeško čutilo.
>70% informacije.
Neposrednost. Opis
Podoba
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Svetloba
Elektromagnetno valovanje
Oko zaznava ozek spekter
400-700nm = sončna svetloba
Oko zaznava sliko objekta na podlagi
sprejete porazdelitve svetlobne
energije
)()()( LI
)(I
)(L
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Človeško oko
Slika je 2D projekcija 3D sveta.
Sistem vida (HVS) je optični sistem
2D projekcija preko leče in zenice na mrežnico.
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Zgradba očesa
Glavni sestavni deli očesa:
Roženica in leča – sistem lečRoženica grobo usmerja žarkeLeča izostri sliko (fokus)
Šarenica – zaslonkaUravnava količino vpadne svetlobe.
Mrežnica – senzorPretvarja svetlobo z leče v nevronski signal.Svetloba potuje v možgane, kjer celotno sliko zaznamo.
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Fotoreceptorji
Mrežnica:
Paličice
– 120 milijonov na oko
– skotopično gledanje
– so zelo občutljive na svetlobo, zaradi česar zaznamo tudi šibkejše signale (gledanje ponoči).
– intenziteta (črno-belo)
– razporejene so po širokem območju očesa
Čepki
– 6-7 milijonov na oko
– fotopično gledanje
– z njimi zaznavamo barve
– so manj občutljivi od paličic (ponoči ne ločimo barv!)
– v središču vidnega polja (fovea, 1-2°)
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Receptorji za zaznavanje
Razporeditev čepkov in paličic Čepki in paličice pod mikroskopom
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Še o mrežnici…
Dve značilni točki na mrežnici:– Optični disk – tam je na oko priključen vidni živec,
zato tam senzorjev ni slepa pega.
– Fovea – območje, ki je zelo gosto posejano s čepki. Nahaja se v središču našega vidnega polja, skrbi pa tudi za adaptacijo očesa na trenutne svetlobne razmere (npr. pri prehodu iz svetlobe v temo).
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Relativni učinek svetlobe
Občutljivost očesa na svetlobo vzdolž valovnih
dolžin ni enakomerna.
Svetilnost (luminanca) je “obtežena vsota” svetlobne
energije vzdolž celotnega spektra:
Recepcija≠percepcija: Svetlost.
Vpliv okolice na zaznavanje svetlobe:
enaka svetilnost, različna svetlost
0
)()( dVIL
)(V
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Prostorski frekvenčni odziv (vida)
Število (periodičnih) sprememb na
enoto v prostoru
– Enota je običajno
[sprememb/stopinjo] zaradi
opazovalne razdalje
– Frekvenčna analiza
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
“Frekvenca” slike
Človeško oko: 20 sprememb/stopinjo
– fH = fv = 40 vzorcev/stopinjo
Kakšna mora biti ločljivost slike?
– Fotografija: 300 dpi
W
6W
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
MTF in LSF
MTF (frekvenčni odziv):
LTF (prostorski odziv)
in posledice:
Modulacijska prenosna funkcija (MTF)
– F-1(MTF)=PSF (oz. LSF)
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Izvedba fotografskega (CCD) senzorja
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
“prekrivanje” spektrov
50 100 150 200
20
40
60
80
100
120
140
160
180
20010 20 30 40 50
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
i(x,y)=255 cos (2 ¼(4x+ 6y))
fs = 10
fs = 40
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Barve
Fizikalna narava barv– Vsaka barva je definirana s porazdelitveno funkcijo
gostote svetlobnega toka I()
– Vidna svetloba : 380 < < 720 nm (lastnost človekovega očesa)
– Zapis• Vzorčenje po -> ločljivost 10nm = 34 komponent
• Človek: 3 tipi receptorjev
350 400 450 500 550 600 650 700 7500
1
2
3
4
5
6
7
valovna dolzina [nm]
gosto
ta s
vetlobnega t
oka [
W/m
2]
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Barve in človek
Zaznavanje barv: 3 vrste receptorjev (čepkov), tri (centralne) barvne komponente:– λR = 575 nm (rdeča)
– λG = 535 nm (zelena)
– λB = 445 nm (modra)
Odziv čepka je “obtežena vsota” (gl. utežne funkcije za posamezne barve na desni) porazdelitvene funkcije gostote svetlobnega toka
Vira slik: - http://www.ph.tn.tudelft.nl/Courses/FIP/noframes/fip-Spectral.html- http://www.sunnybrooktech.com/colour.html
BGRpdIS pp ,,)()(720
380
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Stranski učinki percepcije
Kompresija– 34->3 barvne komponente
Različne porazdelitve gostote svetlobnega toka povzročijo enak odziv R, G in B čepkov– Človek zazna različne barve kot isto barvo
– Metameri: ista barva z mešanjem različnih kombinacij
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Ujemanje barv
Kolorimetrija
Zakoni ujemanja barv
– Učinek katerikoli barve dobimo s seštevanjem največ 3 barvnih virov
– Svetilnost mešane barve je enaka vsoti svetilnosti njenih komponent
– Seštevanje barv
– Odštevanje barv
Tristimulus
– Relativna količina osnovnih barv, ki dajejo določeno barvo.
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Barvni prostori
3 osnovne spektralne komponente za potrebe opazovanja slike zadoščajo
– 3D vektorji
Lastnosti barvnih prostorov
– Monotonost (merska razdalja med dvema barvama ustreza podobnosti barv)
– Popolnost (barvni prostor vsebuje vse barve, ki jih lahko razlikujemo)
– Kompaktnost (vsaka barva barvnega prostora je razločljiva od ostalih)
– Naravnost (barvni prostor zagotavlja razčlembo barv na tri osnovne lastnosti: svetlost, barvni odtenek in nasičenost)
Vrste barvnih prostorov
– Fizika receptorjev (RGB, ->CMYK).
– Dojemanje barv (HSV).
– Metrika (CIELab).
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Barvni prostori: RGB…
RGB (Red, Green, Blue) – ustreza percepcijskim lastnostim človeškega očesa (človeškemu načinu zaznavanja barv). Je najpogosteje uporabljen prostor v računalniških aplikacijah oz. za prikaz na zaslonu (aditivno mešanje).
CMY (Cyan, Magenta, Yellow) – ta barvni prostor je namenjen predvsem tisku. Barve pa so glede na RGB komplementarne (subtraktivno mešanje).
(CMY = 1 – RGB)
YUV – uporablja se v starejših TV napravah. Bil je definiran z namenom prehoda iz črno-bele na barvno televizijo. Y komponenta predstavlja svetlost, ostali dve komponenti pa sta barvni.
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Barvni prostor HSV
Dojemanje barv
– Barvni odtenek (H)
– Nasičenje (S)
– Svetlost(V)
(približno) monoton barvni prostor.
– Podobne barve imajo (za razliko od RGB) vrednosti H, S, V blizu skupaj.
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Barvni prostori - metrika
CIE (CIE XYZ, CIE Lab, CIE Luv ...)
– Evklidova distanca ima močno
korelacijo s subjektivno distanco
– Kromatski diagram
– Osnova za vrednotenje barvnega prikaza
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Računalniške barve
Barvni modeli
– RGB, CMYK
– #000000,
– #FFFF00,
– #FF0000
Barvne palete
– 1bit, 4bit, 8bit, 16bit
Raztros (dithering)Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Dither
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Kalibracija skenerjev
Standardni vzorci LUT
Kalibracija monitorjev
Spektrometer LUT
Kalibracija naprav za zajem in prikaz ICC color profile
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Časovne lastnosti vida Oko ne zazna hitrih nenadnih sprememb
– Film in video
– Občutljivost je odvisna od kontrasta
(večja občutljivost na utripanje pri
visokem kontrastu)
– Velja, da je občutljivost na utripanje pri
50Hz zanemarljiva (TV)
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Relativnost človeškega zaznavanja
Človek nima neke “absolutne” zaznave (št. slikovnih elementov, absolutna zaznava barve in svetlobe ipd.)
Sliko vedno dojema kot celoto – en del glede na ostale (tako barve, kot vsebina).
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Uporaba slik
Preden začnemo
Načrtovanje
Organizacija orodij
Uporaba večih monitorjev
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Statične slike
Bitne slike
– Uporaba slikovnih knjižnic (clip-art)
– Programska oprema
– Zajem in urejanje slik
– Skeniranje
Vektorske slike
– Kaj je vektorska slika
– Primerjava z bitnimi slikami
– Pretvorbe
3D risanje in interpretacija (renderiranje)
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Raster : vektor
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Datotečni formati
Windows
– BMP (DIB), PCX, TIFF
– PSD, AIX, CDR,…
Macintosh
– PICT
Cross-platform
– JPEG, GIF
– DXF
Univerza v Ljubljani ..: Fakulteta za elektrotehniko:..
[LDOS] ..: Laboratorij za digitalno obdelavo signalov, slik in videa:..
Reference
1. H.Breuer, R. Breuer, Atlas klasične in moderne fizike, Državna založba Slovenije, 1993
2. Color & vision database, http://www-cvrl.ucsd.edu/
3. Poynton, Colour FAQ
4. Symon D'O. Cotton, Colour, colour spaces and the human visual system, Technical Report,
B15-2TT, University of Birmingham, May 1996.
5. http://www.linocolor.com/colorman/colorman_frames.htm