Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Wstęp do Multimediów Wzrok i właściwości widzenia Wykład 2.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Wstęp do Multimediów Wzrok i właściwości widzenia Wykład 2."— Zapis prezentacji:

1 Wstęp do Multimediów Wzrok i właściwości widzenia Wykład 2

2 A. Wieczorkowska2 Bodziec wzrokowy/słuchowy – mierzalna cecha fizyczna: luminancja, długość fali, ciśnienie (dźwięk) etc. Wrażenie – natychmiastowy efekt pobudzenia fizycznego Percepcja – efekt zjawiska zmysłowego; na efekt ten wpływają procesy wyższego rzędu, takie, jak pamięć, uwaga, doświadczenie Podstawowe pojęcia

3 A. Wieczorkowska3 Psychofizyka – nauka wrażeniach i percepcji wywoływanych przez bodźce fizyczne (np. jasność, głośność, barwa) Podstawowe pojęcia

4 A. Wieczorkowska4 Barwa Barwa jest psychofizyczną cechą percepcji wzrokowej –jest wrażeniem wytwarzanym w mózgu jako reakcja na światło dopływające do siatkówki oka Wrażenie barwy jest zależne od rodzaju światła emitowanego przez źródła światła lub odbijanego przez obiekty

5 A. Wieczorkowska5 Barwa Wrażenie subiektywne – ocena obserwatora, który odbiera (i przetwarza) bodziec Metameryzm – wiele różnych widm jest postrzeganych jako ta sama barwa Barwa jest opisywana w przestrzeni trójwymiarowej

6 A. Wieczorkowska6 Atrybuty barwy Barwa postrzegana w terminach obserwatora: Kolor – –kolor widziany przez człowieka (żółty itp.) Jasność/intensywność/luminancja Nasycenie/chrominancja

7 A. Wieczorkowska7 Jasność/intensywność/luminancja ilość światła emitowanego lub odbijanego – „ile czerni jest wmieszane w kolor” –Luminancja – achromatyczny składnik barwy (ilość światła emitowanego lub odbitego) –Intensywność dotyczy barw achromatycznych. Jest wielkością fizyczną (cd/m 2 ), ale czasem używana jest zamiennie z terminami perceptualnymi, psychofizycznymi –Jasność: lightness, brightness

8 A. Wieczorkowska8 Jasność lightness odnosi się do obiektów i jest związana z ilością odbijanego światła. Opisy słowne: bardzo jasny, jasny, średni, ciemny, bardzo ciemny brightness odnosi się do źródeł światła i jest związana z ilością światła emitowanego. Opisy: bardzo przyćmiony, przyćmiony, średni, jasny, bardzo jasny

9 A. Wieczorkowska9 Nasycenie/chrominancja Określa czystość (w terminach zmieszania z bielą) lub żywość barwy. Jest to stopień zróżnicowania w stosunku do szarości dla różnych barw o tej samej jasności

10 A. Wieczorkowska10 Nasycenie/chrominancja Nasycenie dotyczy jasności barwy - zwiększenie jasności jest postrzegane jako zmniejszenie nasycenia i na odwrót Chrominancja – porównanie z bielą; nie zmienia się przy zmianie jasności. Opisy słowne: szarawa, średnia, mocna, żywa

11 A. Wieczorkowska11 Atrybuty barwy Barwa specyfikowana w terminach światła –Dominująca długość fali –Luminancja –Czystość

12 A. Wieczorkowska12 Barwa w terminach światła Dominująca długość fali – określa, jaki „kolor” widzimy. Odpowiada subiektywnemu wrażeniu koloru Luminancja – określa ilość światła/światła odbitego. Dla światła achromatycznego jest to intensywność światła, dla chromatycznego odpowiada subiektywnemu pojęciu jasności

13 A. Wieczorkowska13 Barwa w terminach światła Czystość – określa rozkład widmowy, jaki powoduje powstanie światła o danej barwie. Jest to proporcja dominującej długości fali i światła białego, niezbędnego do zdefiniowania tej barwy. Czystość odpowiada perceptualnemu pojęciu nasycenia

14 A. Wieczorkowska14 Cechy fizyczne a cechy perceptualne barwy –Odpowiedniość między fizycznymi (opartymi na świetle) i perceptualnymi (postrzeganymi przez obserwatora) terminami opisu barwy FizycznePerceptualne (psychofizyczne) LuminancjaJasność: źródła światła – światło emitowane; obiekty – światło odbite Dominująca długość faliKolor (koło barw; czerwony/fioletowy, itp.) CzystośćNasycenie (żywy/pastelowy)

15 A. Wieczorkowska15 Cechy fizyczne a cechy perceptualne barwy Uwaga : Oko ludzkie jest bardziej czułe na zmiany luminancji niż na zmiany chrominancji, co wykorzystano w standardzie JPEG

16 A. Wieczorkowska16 Wzrok i widzenie człowieka

17 A. Wieczorkowska17 Wzrok i widzenie człowieka Źrenica kontroluje ilość światła dochodzącą do oka (analogicznie jak przesłona aparatu fotograficznego) Dwie soczewki powodują dostosowanie wzroku do odległości: rogówka (stała) i soczewka o zmiennej ogniskowej Ruchy oka - istotne dla widzenia człowieka, dla podtrzymania wrażenia wzrokowego 6 mięśni ukierunkowuje oko na przedmiot obserwacji

18 A. Wieczorkowska18 Siatkówka Siatkówka zawiera 5 warstw komórek Pierwsza warstwa zawiera 4 typy fotoreceptorów (komórek wrażliwych na światło) Pręciki – około 120 milionów – wrażliwe na światło achromatyczne (widzenie czarno-białe) –Działają przy słabym świetle, nie dają wrażeń barwnych – widzenie skotopowe (pręcikowe) Czopki – około 8 milionów – odpowiadają za widzenie barw w świetle dziennym. Wyróżniamy 3 typy, działające jako filtry o różnych zakresach –Widzenie fotopowe (czopkowe)

19 A. Wieczorkowska19 Czopki Dla krótkich fal (typ S), o maksymalnej czułości dla 440 nm, tj. fiolet, zwykle opisywany jako „niebieski” Dla średniej długości fal (typ M), o maksymalnej czułości dla 550 nm, tj. żółtawo-zielony, zwykle opisywany jako „zielony” Dla długich fal (typ L), o maksymalnej czułości dla 570 nm, tj. żółty, zwykle opisywany jako „czerwony”

20 A. Wieczorkowska20 Czopki 1nm=1/ mm Zakres: nm Czopki są skoncentrowane głównie w plamce żółtej –w tzw. dołku środkowym plamki żółtej brak pręcików W plamce ślepej brak fotoreceptorów

21 A. Wieczorkowska21 Czułość a rozdzielczość wzroku Czułość wzroku – zdolność ekstrakcji informacji przy niskich poziomach luminancji Rozdzielczość wzroku – zdolność rozróżniania małych detali przestrzennych

22 A. Wieczorkowska22 Czułość a rozdzielczość wzroku Połączenie 1:1 czopków w plamce żółtej poprzez nerw wzrokowy z komórkami zwojowymi daje dobrą rozdzielczość wzroku, ale przy dostatecznie dużych poziomach jasności Połączenie n:1 pręcików na obrzeżach siatkówki poprzez nerw wzrokowy z komórkami zwojowymi daje najwyższą czułość

23 A. Wieczorkowska23 Czułość a rozdzielczość wzroku Stąd znacznie silniejsza czułość wzroku na zmiany „jasno-ciemno” w widzeniu peryferyjnym, kosztem zdolności rozróżniania detali Widzenie peryferyjne charakteryzuje się również większą czułością czasową, tj. na zmiany luminancji w czasie

24 A. Wieczorkowska24 Podstawowe mechanizmy widzenia Prawo Webera-Fechnera: percepcja w postępie arytmetycznym zależy od geometrycznego postępu faktów fizycznych –Np. percepcja równomiernego przyrostu stopni szarości

25 A. Wieczorkowska25 Podstawowe mechanizmy widzenia Prawo Bezolda-Brückego: w zakresie widzenia fotopowego wraz ze zmianą jasności zachodzą zmiany barwy postrzeganej –Przy znacznym zwiększeniu jasności barwy (rozjaśnienie monitora) kolory pasma czerwono-pomarańczowego ulegają przesunięciu w kierunku żółtych, a pasma niebiesko-fioletowego w kierunku błękitu –Przy zmniejszeniu jasności poniżej granicy widzenia fotopowego następuje stopniowe znikanie kolorów żółtych i błękitnych

26 A. Wieczorkowska26 Podstawowe mechanizmy widzenia Widzenie wczesne: W dowolnym momencie, czułość oka jest ograniczona do 2 jednostek w skali logarytmicznej. Poziomy jasności poniżej dolnego poziomu są postrzegane jako najciemniejsze, a powyżej górnego poziomu – jako najjaśniejsze, co daje dynamiczną adaptację do zmian jasności

27 A. Wieczorkowska27 Podstawowe mechanizmy widzenia Postrzegana jasność nie jest liniową funkcją luminancji:

28 A. Wieczorkowska28 Podstawowe mechanizmy widzenia W skali logarytmicznej, liniowo postrzegane zmiany jasności wymagają geometrycznych zmian luminancji Postrzegana jasność: –Skala wrażliwości układu wzrokowego człowieka ma 14 poziomów (w skali logarytmicznej)

29 A. Wieczorkowska29 Kontrast Percepcja kontrastu: gdzie: C – kontrast l(O) – luminancja obiektu l(B) – luminancja tła

30 A. Wieczorkowska30 Kontrast Wrażliwość na kontrast zależy od przestrzennego rozkładu obszarów jasnych i ciemnych Minimalna modulacja konieczna do spostrzeżenia wzorca jest funkcją częstotliwości przestrzennej

31 A. Wieczorkowska31 Kontrast CSF – contrast sensitivity function Kształt funkcji CSF jest obwiednią zbioru wahań wąskopasmowych, a dodatkowo kształt tej funkcji zależy od luminancji, koloru i modulacji czasowych

32 A. Wieczorkowska32 Kontrast W kodowaniu obrazów, można osiągnąć większą wydajność poświęcając więcej uwagi danym z tych zakresów częstotliwości przestrzennej, na które oko jest najbardziej czułe Można ukryć szum kwantyzacji (kropkowane wzory) stosując zakresy częstotliwości przestrzennej, na które oko jest najmniej czułe

33 A. Wieczorkowska33 Migotanie Np. wczesne filmy, monitory, telewizory Percepcja migotania zależy od luminancji, a nie od koloru Czynniki: luminancja, częstotliwość odświeżania, przeplatanie, trwałość fosforu, wielkość monitora/tv, –a także: warunki oglądania (widzenie z udziałem plamki żółtej/widzenie peryferyjne), wiek obserwatora, leki (środki uspokajające), kofeina

34 A. Wieczorkowska34 Migotanie Przeplot w tv –W tv w ciągu każdej sekundy razy odbierana jest tzw. ramka (w uproszczeniu pozioma linia) –pierwsza 1/50 sekundy zawiera ramek, które jednak są wyświetlane na pozycjach 1, 3, 5... (nieparzystych) i tworzą one półobraz nieparzysty –kolejna, druga 1/50 sekundy zawiera również ramek, wyświetlanych na pozycjach parzystych; tworzą one półobraz parzysty –W trakcie 2/50 czyli 1/25 sekundy widzimy obraz o rozdzielczości 625 linii poziomych, gdyż oko ludzkie zachowuje bezwładność przez ok. 80ms, tj. 2/25 s.

35 A. Wieczorkowska35 Migotanie

36 A. Wieczorkowska36 Migotanie Ciemne szkło redukuje luminancję i zwiększa kontrast; Może posłużyć do redukcji dostrzeganego migotania

37 A. Wieczorkowska37 Widzenie barw Trójchromatyczność – czopki w siatkówce oka stanowią filtry pasmowoprzepustowe trzech rodzajów: „niebieski”, „zielony” i „czerwony” Każdy z mechanizmów czopka jest „ślepy na kolor”: sygnał z filtru (czopka) będzie identyczny, niezależnie od tego, czy jest w zakresie lewej części szczytu filtru, czy prawej

38 A. Wieczorkowska38 Widzenie barw

39 A. Wieczorkowska39 Widzenie barw Zaobserwowany kolor zależy od trójwymiarowego wektora sygnałów wykrytych przez czopki i jest kombinacją tych sygnałów

40 A. Wieczorkowska40 Widzenie barw - metameryzm Wrażenie tego samego koloru może powstać w wyniku działania wielu różnych wektorów trójwymiarowych Np. pobudzenie falami długimi i średnimi – światłem bichromatycznym o długościach 530nm i 630nm, o równych energiach, wywoła wrażenie światła żółtego To samo wrażenie uzyskane zostanie poprzez dowolne pobudzenie światłem monochromatycznym o długości fali 550nm

41 A. Wieczorkowska41 Widzenie barw Każdą barwę można otrzymać poprzez nieskończoną liczbę kombinacji fal różnej długości

42 A. Wieczorkowska42 Widzenie barw Dowolną barwę można otrzymać jako kombinację 3 barw podstawowych (pierwotnych, głównych - niezależnych kolorymetrycznie) – 3 barwy wystarczą do otrzymania milionów kolorów –Stanowi to podstawę tv kolorowej i monitorów kolorowych –Dowolny kolor otrzymywany jest jako kombinacja 3 barw pierwotnych: RGB

43 A. Wieczorkowska43 Widzenie barw Podstawy mieszania barw: Dowolne 3 barwy liniowo niezależne (tj. takie, że żadnej z nich nie można otrzymać jako mieszaniny pozostałych) mogą być barwami pierwotnymi

44 A. Wieczorkowska44 Widzenie barw Mieszanie addytywne – proces mieszania emisji ze źródeł światła, pokrywających różne części widma. Czerń otrzymywana jest, gdy nie miesza się żadnych barw (zerowa energia emisji), zaś biel otrzymywana jest jako zmieszanie 3 barw podstawowych z maksymalną energią Przykład – tv kolorowa i kolory podstawowe RGB (Red-Green-Blue, tj. czerwony- zielony-niebieski)

45 A. Wieczorkowska45 Widzenie barw Mieszanie subtraktywne – proces filtracji odbijanych części widma; mieszanie farb (druk). W tym procesie rozkład widmowy światła ulega selektywnej redukcji. Użyta w mieszaniu farba usuwa ze światła białego te składowe, które pochłonęła, a odbija fale odpowiadające jej barwie –Biel – brak mieszania (odbijanie całego widma; nieprzezroczysta biała powierzchnia odbija i rozprasza wszystkie długości fal) –Czerń – mieszanie 3 kolorów podstawowych w maksymalnych ilościach (czarna powierzchnia pochłania wszystkie długości fal) Przykład – druk kolorowy i CMY (Cyan-Magenta- Yellow, tj. zielonkawoniebieski-purpurowy-żółty), CMYK(CMY-Black, tj. dodany barwnik czarny)

46 A. Wieczorkowska46 Widzenie barw Mieszanie subtraktywne CMY są odpowiednio dopełnieniami barw, używanych do opisu RGB do światła białego –Barwy procesowe to takie barwy, które powstały w procesie druku przez mieszanie barw podstawowych CMYK –Barwy miejscowe (spotowe) to takie barwy, które powstały poprzez mieszanie farb wg ściśle określonej receptury producenta Do druku używana jest farba o barwie specjalnej wyprodukowana przez producenta, a nie poprzez mieszanie subtraktywne barw głównych

47 A. Wieczorkowska47 Kombinacje barw Wyjścia fotoreceptorów oka łączą się w nerwie optycznym, gdzie są konwertowane do 3 kanałów –R+G –R-G –Y-B

48 A. Wieczorkowska48 Kombinacje barw R+G: achromatyczna zawartość barwy (jasność). Błękit jest z tego kanału wykluczany – nie wpływa na percepcję jasności; zmiany błękitu nie są wystarczające do dostrzeżenia zmian barwy, a zatem nie jest konieczne ich kodowanie

49 A. Wieczorkowska49 Kombinacje barw R-G: jeden z kanałów chromatycznych („czerwony-lub-zielony”, „czerwony-minus- zielony”). Stąd nie jest możliwe uzyskanie wrażenia koloru czerwono-zielonego, w odróżnieniu od możliwości zobaczenia koloru zielono-żółtego, zielono- niebieskiego, czerwono-niebieskiego)

50 A. Wieczorkowska50 Kombinacje barw Y-B: drugi z kanałów chromatycznych („żółty-lub-niebieski”, „żółty-minus- niebieski”). Stąd nie jest możliwe uzyskanie wrażenia koloru żółto-niebieskiego

51 A. Wieczorkowska51 Widzenie barw Około 8% mężczyzn (w mniejszym procencie Azjaci) oraz ok. 1% kobiet cierpi na genetyczne zaburzenia widzenia barw Najczęstszą wadą (5% mężczyzn, 0.5% kobiet) jest niezdolność lub słabe rozróżnianie kolorów czerwonego i zielonego (ang. deuteranomaly)

52 A. Wieczorkowska52 Widzenie barw Deuteronomia –Przyczyną jest anomalia czopków typu M, co powoduje słabe rozróżnianie fal średnich (M) i długich (L), ze względu na szczyt czułości takich czopków przypadający znacznie bliżej szczytu czopków L

53 A. Wieczorkowska53 Widzenie barw Podobny efekt wywołuje anomalia czopków typu L, gdy szczyt czułości czopków L jest przesunięty bliżej w stronę szczytu czułości czopków typu M

54 A. Wieczorkowska54 Widzenie barw Poważniejszą przyczyną nierozróżniania kolorów zielonego i czerwonego jest całkowity brak czopków typu M. Podobny efekt daje brak czopków typu L –Taka wada wzroku jest jednak znacznie rzadsza W bardzo niewielkim odsetku populacji zdarza się całkowity brak percepcji barw, najczęściej jako rezultat urazu głowy

55 A. Wieczorkowska55 Widzenie barw a ich wyświetlanie Projektując np. strony www wskazane jest uwzględnienie użytkowników mających trudności w rozróżnianiu kolorów Najważniejsze informacje powinny być wyświetlane nie tylko w wyróżnionym kolorze, ale również z dodatkową różnicą w luminancji

56 A. Wieczorkowska56 Widzenie barw a ich wyświetlanie Należy unikać wyświetlania różnic używając barw z jednego kanału chromatycznego, w szczególności z kanału R-G, gdyż odpowiada on za najczęstszą wadę rozróżniania kolorów Np. zamiast kodować zakres wartości za pomocą odcieni czerwonego i zielonego, lub żółtego i niebieskiego, należy wybrać kombinację kolorów z kanału R-G oraz Y-B

57 A. Wieczorkowska57 Widzenie barw a ich wyświetlanie Wiele osób nie zdaje sobie sprawy ze swojej wady rozróżniania barw Odrębnym problemem jest nazywanie kolorów (brak słownictwa, nieumiejętność właściwego nazwania koloru)

58 A. Wieczorkowska58 Interakcje kolor-luminancja Mechanizmy percepcji koloru i luminancji uzupełniają się nawzajem; szczególnie dotyczy to rozdzielczości wzroku Luminancja a rozdzielczość kolorów –System percepcji luminancji może rozróżniać bardzo drobne szczegóły. Szczyt czułości przypada na 2-4 cykle na stopień, z częstotliwością odcięcia 60 cykli na stopień

59 A. Wieczorkowska59 Interakcje kolor-luminancja System percepcji koloru może rozróżnić jedynie zgrubne zmiany przestrzenne. Szczyt czułości dla krat o stałej luminancji przypada dla niskich częstotliwości, a częstotliwość odcięcia – około cykli na stopień

60 A. Wieczorkowska60 Luminancja a rozdzielczość kolorów 1.Mechanizm postrzegania luminancji pośredniczy w postrzeganiu wysokiej częstotliwości przestrzennej 2.Mechanizm luminancji ma szersze pasmo 3.Mechanizm widzenia kolorów pośredniczy w postrzeganiu niskiej częstotliwości przestrzennej

61 A. Wieczorkowska61 Luminancja a rozdzielczość kolorów 1.Mechanizm luminancji pośredniczy w postrzeganiu wysokiej częstotliwości przestrzennej –Np. trudno odczytać żółty tekst na białym tle, gdyż różnica w luminancji jest wówczas bardzo mała –Wysoka rozdzielczość przestrzenna zależy od luminancji i jest niezależna od koloru

62 A. Wieczorkowska62 Luminancja a rozdzielczość kolorów 2.Mechanizm luminancji ma szersze pasmo –Konieczne jest szersze pasmo do zakodowania przestrzennych zmian luminancji Dodanie koloru przy konwersji tv czarno-białej do kolorowej wymagało niewiele dodatkowego pasma –W kompresji obrazów barwnych należy poświęcić większe pasmo na kodowanie luminancji, aby osiągnąć wyższy stosunek kompresji nie tracąc na jakości obrazu

63 A. Wieczorkowska63 Luminancja a rozdzielczość kolorów 3.Mechanizm widzenia kolorów pośredniczy w postrzeganiu niskiej częstotliwości przestrzennej –Małe punkty kolorowe „tracą” kolor i wydają się być achromatyczne –Barwy wydają się być bardziej nasycone i intensywne na większych powierzchniach –Obraz na wielkim ekranie wydaje się być bardziej kolorowy niż na mniejszym Przy projektowaniu GUI (graphical user interfaces) małe różnice koloru między oknami są wystarczające do odróżnienia okien i nie ma potrzeby używania ostrych, nasyconych barw

64 A. Wieczorkowska64 Modele barw Przestrzeń barw jest trójwymiarowa Istnieje wiele modeli przestrzeni barw, np. HSB/HSL (kolor, nasycenie, jasność), RGB R B G K W Y M C

65 A. Wieczorkowska65 Modele barw Systemy fizyczne: RGB, CMY(K) Systemy kolorymetryczne: CIE XYZ –CIE (Commision Internationale de l'Eclairage) Systemy perceptualne: CIE La*b*, CIELUV, HSB (Munsella), HLS Systemy naturalne (nazewnicze): czerwony, zielony, niebieski; jasny, średni, ciemny

66 A. Wieczorkowska66 Modele barw Model odpowiadający określaniu barw przez artystów

67 A. Wieczorkowska67 Gamut Gamut – zakres barwowy, określa możliwości odwzorowania barw i dotyczy wszystkich urządzeń technologicznych tworzących barwy

68 A. Wieczorkowska68 Wpływ koloru na percepcję informacji Utrudnienie HZVKOLORXYBZ YTQIMOŻERSĘC JUTRUDNIĆPGW MPERCEPCJĘDB

69 A. Wieczorkowska69 Wpływ koloru na percepcję informacji Ułatwienie: HZKOLORMXAWSM YTQMOŻEYDYLGS JUŁATWIĆZPGBJ MWPERCEPCJĘBS

70 A. Wieczorkowska70 Wizualizacja danych Skale używane w wizualizacji danych Tęcza Heated-object (przejście od czerni do bieli R->G->B, poprzez kolory “zimne”, a następnie „ciepłe”) Inne (magenta: R->B->G; etc.) Ikony – połączenie koloru i tekstury

71 A. Wieczorkowska71 Barwa w internecie Standardy: CompuServe GIF (Graphics Interchange Format) JPEG (Joint Photographic Experts Group) File Interchange Format MPEG (Moving Pictures Experts Group)

72 A. Wieczorkowska72 GIF Może być użyty do przechowywania wielu obrazów typu bitmapa w jednym pliku i do przesyłania między różnymi platformami sprzętowymi Najczęściej w 1 pliku przechowywany jest 1 obraz Do 256 kolorów

73 A. Wieczorkowska73 JPEG (Joint Photographic Experts Group) File Interchange Format 6-24 bit/pixel dobrze nadaje się do kompresji obrazów o ciągłej gamie barw (zdjęcia) kompresja stratna, chroniąca przy zapisie luminancję i tracąca informację o chrominancji najlepszy obraz przy wyświetlaniu 24- bitowym

74 A. Wieczorkowska74 MPEG (Moving Pictures Experts Group) wykorzystanie podobieństw sąsiednich klatek wykorzystanie podobieństw sąsiednich fragmentów obrazu

75 A. Wieczorkowska75 Literatura H. Levkowitz, Color Theory and Modeling for Computer Graphics, Visualisation, and Multimedia Applications, Kluwer AP, London 1997 W. Pastuszak, Barwa w grafice komputerowej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000


Pobierz ppt "Wstęp do Multimediów Wzrok i właściwości widzenia Wykład 2."

Podobne prezentacje


Reklamy Google