Percepção Visual PTC2547 – Princípios de Televisão Digital

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1 Percepção Visual PTC2547 – Princípios de Televisão Digital
Guido Stolfi – 8/2013

2 Percepção Visual Elementos de Neurologia: impulsos nervosos
Fisiologia do Olho Humano Características da Visão Mecanismo da formação da imagem Percepção de Intensidade e Fator Gama Resolução Espacial Resolução Temporal e Cintilação Percepção de Movimento Percepção de Distância Ilusões Ópticas

3 Estrutura do Olho Humano

4 Estrutura da Retina

5 Características da Retina
de Cones – células sensíveis à intensidade e à cor (visão Fotópica) de Bastonetes – sensíveis apenas à intensidade (Visão Escotópica) de fibras nervosas no Nervo Óptico Fisiologicamente, é uma extensão do córtex cerebral

6 Características da Fóvea
Área central da retina (~2 mm2), responsável pela Visão Central Abrange ângulo visual de ~2 graus Resolução Angular para Luminância: 1 a 2 minutos de grau (1 a 2 mm x 3 metros) Resolução Angular para Crominância: 5 a 10 minutos de grau Freqüência Crítica de Cintilação: 40 a 85 Hz

7 Elementos de Neurologia

8 Elementos de Neurologia
Fibras nervosas transmitem impulsos químicos Potencial elétrico é conseqüência do impulso químico Impulsos têm sempre mesma amplitude Intensidade do estímulo afeta taxa de repetição dos impulsos Cada fibra nervosa transmite apenas uma qualidade de estímulo

9 Propagação do Impulso Nervoso
Na+ Na+ Na+ Na+ Fibra em repouso: Potencial de –75 mV K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Início do impulso (Paredes da fibra permitem ingresso de Sódio): Potencial de Ação de + 55 mV K+ K+ Na+ K+ K+ Na+ K+ K+ Na+ Na+ Na+

10 Propagação do Impulso Nervoso
K+ Na+ Na+ Propagação (paredes da fibra tornam-se permeáveis ao potássio): Potencial retorna a –70 mV Na+ K+ K+ Na+ K+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ K+ K+ K+ Na+ Fim do impulso (paredes tornam-se impermeáveis): Potencial de polarização – 70 mV Na+ K+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ K+

11 Propagação do Impulso Nervoso
K+ K+ Na+ Bomba Sódio-Potássio entra em ação (período refratário): Potencial de –70 mV Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Fibra em repouso: Potencial de –75 mV K+ K+ K+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+

12 Modelo de um Elemento de Fibra Nervosa
g(K) = 20 g(Na)0 = 4 g(Cl) g(Na)P = 500 g(Na)0

13 Impulsos Nervosos em Células Sensoriais
T

14 Percepção de Diferenças de Intensidade
log T P E = 0 E = 1000 100 102

15 Tipos de Fibras no Nervo Óptico
Estímulo Luminoso Células “ON” Células “OFF” Células “ON-OFF”

16 Exemplo de Processamento Neuronal
Sinapse Ativa Neurônio  1 Estímulo Axônio t Sinapse Inibidora Gânglio Bipolar

17 Fisiologia do Olho Humano

18 Distribuição das Células na Retina

19 Estrutura da Retina

20 Retina Ocular

21 Pré-processamento da Retina
Agrupamento: várias células contribuem para uma unidade de percepção (ex.: bastonetes) Inibição Lateral: estímulos locais dessensibilizam células vizinhas (filtro passa-altas espacial) Inibição temporal: estímulos “ON”, “OFF” (filtro passa-altas temporal)

22 Modelo de Oponentes para Percepção Visual

23 Sensibilidade Espectral da Visão

24 Distribuição de Cones e Bastonetes

25 Distribuição de Cones e Bastonetes

26 Faixa Dinâmica de Percepção de Luminosidade

27 Adaptação à Luminosidade

28 Sensibilidade da Visão para Diferenças de Cromaticidade

29 Mecanismo de Construção da Visão

30 Musculatura do Globo Ocular

31 Movimentos Sacádicos

32 Movimentos Sacádicos

33 Movimentos Sacádicos

34 Mecanismo de Formação da Imagem
1 1 2 2 3 3 4 5 6 5 4 7 6 7 9 8 10 8 9 10 t  50 ms

35 Percepção de Intensidade

36 Lei de Weber para Percepção Sensorial
Y Y+Y Diferença Apenas Perceptível de Brilho

37 Fração de Weber

38 Limiar de Percepção Sensorial
102 100 log T

39 Faixa Dinâmica de Percepção de Luminosidade (Geral e Local)

40 Sensação de Brilho em Torno de um Ponto de Acomodação
L* = “Lightness”

41 Correção Gama (  = 2,2 )

42 Efeito da Não-linearidade do TRC

43 Ruído Aditivo e Correção Gama
 = 0 Original  = 2,2

44 Exemplo: Sistema sem Correção Gama
Escala uniforme de intensidades aparentes (“Lightness”)

45 Exemplo: Sistema sem Correção Gama
Luminância correspondente à escala uniforme

46 Exemplo: Sistema sem Correção Gama
Sinal proporcional à Luminância sujeito a ruído aditivo

47 Exemplo: Sistema sem Correção Gama
Percepção visual do sinal sujeito a ruído aditivo

48 Exemplo: Sistema com Correção Gama
Escala uniforme de intensidades aparentes (“Lightness”)

49 Exemplo: Sistema com Correção Gama
Sinal proporcional à Luminosidade aparente, com ruído aditivo

50 Exemplo: Sistema com Correção Gama
Luminância reconstruída a partir do sinal com ruído

51 Exemplo: Sistema com Correção Gama
Percepção visual final do sinal sujeito a ruído aditivo

52 Resolução Espacial

53 Resolução Espacial da Visão

54 Bandas de Mach

55 Carta de Campbell

56 Freqüências Relevantes na Visão
4,2 mm = 1,2 ciclos/grau 1,5 mm = 3,5 ciclos/grau 0,15 mm = 17 ciclos/grau 0,35 mm = 7,5 ciclos/grau ( d = 300 mm ) 1,2 mm = 4,3 ciclos/grau

57 Freqüências Relevantes na Visão
Caracteres Elementos gráficos Linhas de Texto

58 Resolução Temporal e Cintilação

59 Percepção de Cintilação

60 Mecanismo de Formação da Imagem
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 7 8 4 5 9 6 10 1 3 2

61 Sensibilidade à Cintilação de Detalhes

62 Diâmetro da Pupila x Luminosidade Ambiente

63 Luminância x Cintilação
10 10.75  19.63 215  392 48.4  54.4 60.6  66.9 30 9.08  15.21 544  912 57.6  62.8 70.2  75.5 100 8.04  11.34 1608  2268 68.9  71.9 81.8  84.9 300 7.07  9.62 4242  5772 78.2  81.3 91.4  94.6 1000 6.16 12320 88.9 102.4 3000 4.52 27120 96.7 110.5 Luminância da Tela (Nits) Área da Pupila (mm2) Iluminamento Retinal (Trolands) Freqüência Crítica p/ 10o (Hz) Freqüência Crítica p/ 70o (Hz) 10000 3.14 62800 105.1 119.2 Relação entre Luminância da Tela de Monitores de Vídeo e Freqüências Críticas de Cintilação, para 95% da População (ISO/TC159/1987) - Campos de Visão de 10 e 70 graus

64 Questão Polêmica Cintilação de 60 Hz é responsável pelo sucesso da Televisão?

65 Percepção de Movimento

66 Percepção de Movimento
Movimento Retinal Imagem do objeto se move em relação à retina Sujeita às características temporais da visão Baixa definição espacial, visão periférica Rastreamento Ocular Olho acompanha a trajetória do objeto Sujeita às características espaciais da visão Alta definição espacial, visão central

67 Movimento Retinal e Rastreamento Ocular

68 Mecanismos de Compensação do Movimento Ocular
- + Comando motor Sensores Informação compensada Movimento ocular bruta

69 Percepção de Distância

70 Mecanismos de Percepção de Distância
Foco Ocular Visão Binocular (Disparidade) Paralaxe de Movimento Fator de Escala Texturas e Saturação

71 Foco Ocular Informação intensa para curtas distâncias (< 1m)

72 Visão Binocular Informação fortíssima para curtas distâncias (dentro do alcance físico); decresce até distâncias médias (< 100 m)

73 Paralaxe de Movimento Depende da amplitude do movimento; em condições de visualização normal é intensa para distâncias curtas (< 10 m)

74 Fator de Escala Forte para qualquer distância (centímetros a quilômetros); depende de aprendizado 1m 500m

75 Texturas / Saturação Estimativa razoável para distâncias longas (até vários km) Muito longe Longe Perto

76 Diferenças na Percepção de Distâncias
2,5 m 0,5 m

77 Compensação da Distorção de Perspectiva
B C

78 Distorção de Perspectiva
B, C

79 Questão Polêmica A Televisão do Futuro será em 3 dimensões?

80 Ilusões Ópticas

81 Ilusões Ópticas (Visuais)
Quando a percepção entra em contradição com a realidade física Estudo dos mecanismos da percepção visual Ilusões fisiológicas (intrínsecas) e cognitivas (culturais) Teste de hipóteses

82 Irregularidades do Campo Visual

83 Ilusão de Muller-Lyers

84 Ilusão de Muller-Lyers

85 Mesas de Shepard

86 Justificativa da Ilusão de Muller-Lyers

87 Cultura “Circular”

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90 Verde Vermelho Preto Branco Marrom Azul Amarelo Roxo