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PERCEPCIÓN VISUAL & IMAGEN DIGITAL
Juan Domingo Gispert Ló[email protected]
Institut d’Alta TecnologiaParc de Recerca Biomèdica de Barcelona
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Índice
• Introducción• Fisiología del ojo
humano– La retina
• Fotorreceptores• Células de la Retina
• Imagen en el Cerebro– El Núcleo Geniculado
Lateral– El córtex visual
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Introducción
• Visión– Principal sentido en el ser humano– El más complejo
• ¼ del córtex cerebral
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Fisiología del ojo humano
Punto ciego
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El punto ciego
Punto ciego
Fóvea
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La Retina
Transducción
Regularización
Acentuación
Integración
Detección
Selectividad
Movimiento
Adaptación
Capa Plexiforme Externa
Capa Plexiforme Interna
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La Retina
Transducción
Regularización
Acentuación
Integración
Detección
Selectividad
Movimiento
Adaptación
Capa Plexiforme Externa
Capa Plexiforme Interna
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Fotorreceptores
• Bastones (B/N)– Muy sensibles
• Visión Nocturna– Lentos
• Conos (Color)– Menos sensibles
• Visión diurna– Rápidos
• 1/10 s. antes en igualdad de condiciones lumínicas y activación simultánea
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La Fóvea
• Sólo conos – Mayor detalle
• Movemos los ojos para proyectar detalles de interés en la fóvea
– Mayor densidad de conos– Cuerpos neuronales
desplazados y desmielinizados(transparentes)
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Halftoning
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Células Retinales• 130 M fotorreceptores vs 1 M células ganglionares
– Compresión de información
• Tipos de células retinales– de Müller
• Soporte de la estructura retiniana– Bipolares (ON/OFF)
• Proyección directa de CPE a CPI– Horizontales
• Interacción espacial en la CPE– Amacrinas
• Integración espacial y temporal en CPI– Ganglios
• Sensibles a velocidad y orientación del movimiento• Salida hacia centros superiores (CFG y Cerebro)
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La Retina
Transducción
Regularización
Acentuación
Integración
Detección
Selectividad
Movimiento
Adaptación
Capa Plexiforme Externa
Capa Plexiforme Interna
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Capa Plexiforme Externa
• Bipolares– Excitatorias
• Horizontales– Inhibitorias
• Inhibición Lateral (ON/OFF)– ON
• Sinapsis excitatorias de los conos/bastones• Sinapsis inhibitorias de las células horizontales
– OFF• Sinapsis inhibitorias de los conos/bastones• Sinapsis excitatorias de las células horizontales
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Inhibición lateral
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Bandas de Mach
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Bandas de Mach
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Rejilla de Hermann
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Rejilla de Hermann
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Inhibición Lateral
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La Retina
Transducción
Regularización
Acentuación
Integración
Detección
Selectividad
Movimiento
Adaptación
Capa Plexiforme Externa
Capa Plexiforme Interna
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Fotoreceptores
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Procesamiento del Color• Cada cono
– 1 color primario• Respuesta diferencial• Antagonismo
– Rojo / Verde– Amarillo / Azul– Blanco / Negro
• Contraste simultaneo– Colores antagónicos se resaltan mutuamente
• Constancia– Percepción del color indep. de las condiciones de
iluminación
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Procesamiento del Color
• Oposición del color
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Daltonismo
3 o 5 ? 73 ?
5 ? 26
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+
Color Negative Afterimages
+
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La Retina
Transducción
Regularización
Acentuación
Integración
Detección
Selectividad
Movimiento
Adaptación
Capa Plexiforme Externa
Capa Plexiforme Interna
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Capa Plexiforme Interna
• Células Amacrinas– Responden a cambios de
estímulos• Detección de ‘bordes
temporales’
• Células Ganglionares– Vía de salida de la Retina
• CG ON/OFF• Respuesta no estacionaria
– CG Transitoria– CG Sostenida
• Sensibles a dirección y velocidad del movimiento
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Dirección de Movimiento
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Ilusión de Movimiento
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Ilusión de Movimiento
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Campo Visual
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Respuesta no-estacionaria
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Capa Plexiforme Interna• Señales ganglionales
– Magno (señal X) “parasol cells”• Responden a objetos grandes y en movimiento• Alta sensibilidad al contraste• Rápidas. Respuesta transitoria a la iluminación• Gran campo receptivo (árbol dendrítico)• No Magno en la fóvea
– Parvo (señal Y) “midget cells”• Más pequeñas y numerosas• Campo receptivo pequeño• Lentas• Implicadas en visión en color• Detalle fino en la imagen
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La Retina
Transducción
Regularización
Acentuación
Integración
Detección
Selectividad
Movimiento
Adaptación
Capa Plexiforme Externa
Capa Plexiforme Interna
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Acondicionamiento
• Combinación de dos procesos
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Retinas artificiales
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Camino Visual
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El núcleo GLD
• Núcleo geniculadolateral dorsal– Redirige cada tipo de
señal a las capas corticales adecuadas (V1)
– Recoge imágenes de los campos de visión para que el córtexreciba una imagen continua
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Córtex• Córtex Visual (Lóbulo Occipital)
– V1, V2, V3, V4, V5/MT• Lóbulo Temporal
– Células parvo– Reconocimiento de objetos– Detalle / Color
• Lóbulo Parietal– Células magno– Feedback de movimiento– Relaciones espaciales
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El córtex visual• 5 áreas visuales
– V1, V2, V3, V4, V5/MT• Células detectoras de
características– Simple
• Líneas (anchura, orientación ángulo y posición)
– Complejas• Ídem en cualquier posición del
campo de visión– Hipercomplejas
• Movimiento de bordes o líneas en direcciones específicas
• Color (V4), Movimiento (V5), Forma (Otras regiones), Profundidad (V1, V2, V3)
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Estudio fMRI
Estímulo estáticoEstímulo dinámico
V1V1V5/MT
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Leyes de Gestalt
• Figura-Fondo
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Leyes de Gestalt
• Similitud
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Leyes de Gestalt
• Continuidad
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Leyes de Gestalt
• Proximidad
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Leyes de Gestalt
• Cierre
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Leyes de Gestalt
• Destino común
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Oclusiones
• Contornos subjetivos (Triangulo de Kaniza)
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Oclusiones
• Ilusión de Poggendorf
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Oclusiones
• Ilusión de Poggendorf
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¿Figura o fondo?
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Profundidad
• Sensación de profundidad o distancia– Monocular
• Perspectiva Lineal• Gradiente de textura• Tamaño Relativo• Interposición de objetos próximos• Patrones de luz y sombra• Altura en el plano
– Binocular • Diferencia angular entre ojo I-D
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Perspectiva Lineal
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Consistencia en el tamaño
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Consistencia en el tamaño
• Ilusión de Ponzo
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Consistencia en el tamaño
• Ilusión de Müller-Lyer
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Consistencia en la forma
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Consistencia en la forma
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• Vertical-Horizontal (Ilusión de la luna)
Consistencia en el tamaño
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Gradientes de Texturas
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Patrones de luz y sombra
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Patrones de luz y sombra
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El peso de la experiencia
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El peso de la experiencia
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El peso de la experiencia
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El peso de la experiencia
![Page 67: PERCEPCIÓN VISUAL & IMAGEN DIGITAL](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022022000/589320451a28abda5c8bf8c2/html5/thumbnails/67.jpg)
El peso de la experiencia
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El peso de la experiencia
![Page 69: PERCEPCIÓN VISUAL & IMAGEN DIGITAL](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022022000/589320451a28abda5c8bf8c2/html5/thumbnails/69.jpg)
Sensación de Profundidad
“Cardplayers in a sunlit room”Pieter de Hooch1658
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Ambigüedad en el fondo
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Ambigüedad en el fondo
![Page 72: PERCEPCIÓN VISUAL & IMAGEN DIGITAL](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022022000/589320451a28abda5c8bf8c2/html5/thumbnails/72.jpg)
Escher
“Ascending and Descending”M.C. Escher
“Belvedere”M.C. Escher“Belvedere”M.C. Escher
![Page 73: PERCEPCIÓN VISUAL & IMAGEN DIGITAL](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022022000/589320451a28abda5c8bf8c2/html5/thumbnails/73.jpg)
¿Suegra o nuera?
![Page 74: PERCEPCIÓN VISUAL & IMAGEN DIGITAL](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022022000/589320451a28abda5c8bf8c2/html5/thumbnails/74.jpg)
El espejo de la muerte
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Dalí
“Mae West”S. Dalí1934-35
“El hombre invisible”
S. Dalí1929-30
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Conclusiones
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Conclusiones
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Conclusiones• Fisiología del sistema visual determina los
límites de la visión humana (resolución espacial y temporal)– Es mejorable mediante dispositivos electrónicos
• Procesado de bajo nivel (retina) permite la detección de característica simples– Puede ser modelado matemáticamente
• Procesado de alto nivel (cerebro) determina la comprensión de las escenas percibidas– No es posible modelarlo matemáticamente– Información muy difícil de incluir en el procesado
de imágenes
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Recursos• WebVision
– http://webvision.med.utah.edu/index.html– http://retina.umh.es/webvision (esp)
• Tutorials– http://www.graphics.cornell.edu/~jaf/teaching/teaching.htm
• Ilusiones ópticas explicadas– http://www.illusionworks.com/html/hall_of_illusions.html
• Internet Psychology Lab– http://kahuna.psych.uiuc.edu/ipl
• Sandlot Science– http://www.sandlotscience.com
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¿Paralelas?
• Ilusión de Zollner
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¿Espiral?
• Espiral de Fraser
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Reconstrucción amodal
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Mezcla de color
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Color Negative Afterimages
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