Visão por Computador Formação da Imagem

Apresentação em tema: "Visão por Computador Formação da Imagem"— Transcrição da apresentação:

1 Visão por Computador Formação da Imagem
Processo Perceptivo Geometria Radiometria Lentes e Sensores José Braz 2003

2 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores Porquê estudar a visão? Porque é um sentido poderoso que permite: Identificar Objectos Determinar a posição de Objectos Determinar relações entre Objectos Interagir com o mundo sem contacto físico

3 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores Array Óptico: A percepção inicia-se não com a imagem na retina mas com um array óptico de raios de luz que chegam ao observador Ausência de representação: A observação do array óptico traduz directamente informação sobre a estrutura do ambiente, do movimento dos objectos e do observador Observador Activo: O observador amostra activamente o array óptico para detectar os invariantes que lhe permitam concluir a sua acção

4 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
A sistematização do processo perceptivo passa por 3 níveis: Teoria da computação: Construção de modelos matemáticos da relação entre os dados observados (imagens) e as características que se pretende determinar. (estudar aspectos como : O problema tem solução? É ùnica?) Algoritmos e Estruturas de dados Desenhar algoritmos e estruturas de dados que, aplicados aos dados de entrada produzam a saída desejada. ( Com atenção a aspectos como a estabilidade e robustez dos Algs. e Ests.) Implementação: Passar os algoritmos para uma máquina (série ou paralela) 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria 2.4 Lentes e Sensores

5 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores Percepção de profundidade A percepção do espaço que nos rodeia é possível devido à conjunção de várias pistas visuais: Estereoscopia Movimento Distribuição de Sombras Texturas (gradientes) Conhecimento Prévio Foco (acomodação)

6 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores 2.2.1 Projecções Geometricas Planas Paralelas Perspectivas Ortogonais Obliquas Paralela 1 ponto de fuga Angular 2 pontos de fuga Obliqua 3 pontos de fuga Multivistas Axonométricas Cavaleira Gabinete Isométrica Dimétrica Trimétrica

7 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores 2.2.1 Projecções Geometricas Planas As projecções geométricas planas podem distinguir-se em duas grandes classes, quando comparamos a posição dos centros de projecção, definindo-se centro de projecção como o ponto de intersecção de todas as projectantes. Projecção Paralela As projectantes são rectas paralelas, isto é, o centro de projecção está colocado no infinito... Projecção Perspectiva O centro de projecção está situado a uma distancia finita do plano de projecção e todas as projectantes concorrem no centro de projecção

8 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores 2.2.1 Projecções Geometricas Planas Projecção Paralela Projecção Perspectiva

9 V Y (x,y,z) Z f X U 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria
2.3 Radiometria 2.4 Lentes e Sensores 2.2.2 Projecção Perspectiva Considerando: O Sistema de Coordenadas do Mundo (X,Y,Z) Y (x,y,z) X Z U V f O plano de projecção (U,V) - ortogonal ao eixo Z - deslocado em f da origem de coordenadas do SCM, no eixo dos Z.

10 Y Z -Z -Y 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores 2.2.2 Projecção Perspectiva Temos (numa visualização do plano ZY) Z -Z Y -Y (0,0,0) P (x,y,z) Plano de Projecção f (xp,yp,f) Pretendemos determinar as coordenadas (xp,yp,f) da projecção do ponto P no plano de projecção

11 Y f Z -Z -Y 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores 2.2.2 Projecção Perspectiva Recorrendo à equivalência de triângulos: Z -Z Y -Y (0,0,0) P (x,y,z) (xp,yp,f) f

12 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores 2.2.2 Projecção Perspectiva Para obtermos a representação matricial da transformação em coordenadas homogeneas Sabemos que:

13 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores 2.2.2 Projecção Perspectiva Multiplicando: Pelo factor homogéneo Obtemos os valores no sistema de coordenadas homogéneo:

14 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores 2.2.2 Projecção Perspectiva Sabemos que: Então a matriz de transformação é:

15 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores 2.2.2 Projecção Perspectiva O valor das coordenadas no sistema de coordendas do mundo é

16 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores 2.3.1 Brilho Como determinar o brilho de um ponto na imagem? Brilho da imagem versus Brilho da cena (superfície/mundo real) Brilho = f (radiância, irradiância)

17 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores 2.3.2 Irradiância (E) Fluxo que atravessa uma (incide numa) superficie por unidade de área [W m-2]. Fluxo: potência radiante, ou seja a quantidade de energia por unidade de tempo que atravessa uma (incide numa) superficie [Js-1 = W] O escurecimento de uma película fotográfica depende da irradiância. Fala-se em irradiância ambiente. A irradiância da imagem depende da radiância da superficie e do sistema óptico E= f (L, SO)

18 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores 2.3.3 Radiância (intensidade especifica) Potência emitida por unidade de área num cone de direcção com angulo sólido unitário. (Quociente entre a intensidade observada num certo elemento de superficie, numa dada direcção, e a area da projecção ortogonal deste elemento de superficie num plano perpendicular àquela direcção) A radiância de uma superfície depende, normalmente, do ângulo de observação. Fala-se em radiância da superfície ou do objecto.

19 O 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores 2.4.1 Modelo de Camera pinhole Situação ideal: modelo de câmara pontual (pinhole) Só a luz vinda do furo atinge o plano de imagem Cada ponto na imagem corresponde a um único ponto 3D Distância Focal O Eixo óptico

20 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores 2.4.2 Problema da Câmara pin-hole Se a abertura do “pinhole” é infinitesimal não chega luz suficiente ao plano da imagem Se aumentarmos a abertura do furo dá-se refracção no bordo e a luz é espalhada por toda a imagem: um ponto é projectado num círculo!

21 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores 2.4.3 Lentes A solução para o problema da câmara pinhole passa pelo recurso a lentes A utilização de lentes permite: A mesma projecção da câmara pontual Captar uma quantidade de luz não nula. (Quanto maior a lente maior o angulo sólido que ocupa quando vista do objecto)

22 Z Z’ 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores 2.4.4 Lente Ideal O raio que passa pelo centro da lente não é deflectido Os restantes raios intersectam-se num ponto único, juntamente com o raio central f distância focal (parâmetro da lente) Só é focado um plano! Z’ Z

23 Z’1 Z1 Z’ Z 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores 2.4.5 Focagem de um Plano Um ponto a distância Z1 só ficará focado se deslocarmos o plano de imagem em: Z’1 Z1 Z’ Z

24 Z’ δ d Z 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores 2.4.6 Circulo de Confusão Se uma lente estiver focada para a distância Z, os pontos a uma distância Z’ originam círculos de diâmetro: Z’ δ Z d δ = (d/Z’)|Z’-Z|

25 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores 2.4.7 Circulo de Confusão A Profundidade de campo é o intervalo de distâncias bem focadas, ou seja quando o círculo de confusão é menor do que a resolução do sensor de imagem A Profundidade de campo depende do sensor, e é tanto menor quanto maior a abertura da lente

26 2.1 Processo Perceptivo 2.2 Geometria 2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores 2.4.8 Sensores – Eficiência Quântica O fluxo incidente de electrões gera pares electrão- lacuna Alguns fotões atravessam o sensor sem o afectar, outros são reflectidos ou perdem energia de várias formas. q() - A Eficiência Quântica é a relação entre o fluxo de fotões incidente e o fluxo de electrões dele resultante. Depende da energia do fotão (), do material do sensor e do método de medição de corrente. Tubos de vácuo q() - baixo Fotografia q() – baixo CCD’s q() - elevado