Sistema Visual Humano (SVH)

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1 Sistema Visual Humano (SVH)
Imagens são focadas na retina. Retina: arranjo bidimensional de células fotoreceptoras (luz  impulsos eléctricos) Acuidade visual: depende da densidade de células fotoreceptoras (Exemplos: Homem – 0.5 min; Falcão – 0.2 min) Dois tipos de células fotoreceptoras: Cones (sensibilidade à cor) Bastonetes (sensibilidade à luminância) no. de cones  7106 (visão diurna ou fotópica) no. de bastonetes  120106 (visão nocturna ou escotópica) Gama de intensidades visíveis  (mas de cada vez)

2 Acuidade visual A  B Para conseguir distinguir A de B é necessário que  > min ~ 0.5 minutos.  é possível reproduzir uma imagem através de um número finito e contínuo de linhas, suficientemente próximas. Acuidade visual: V=1/ min

3 Sensibilidade do SVH aos vários comprimentos de onda

4 TELEVISÃO MONOCROMÁTICA

5 Sensibilidade Média do Sistema Visual Humano
Intensidade luminosa JL = d /d= = 1380/4= = cd   potência em W Um mau rendimento é consequência do espectro de potência da radiação emitida ter apenas uma pequena fracção da potência no espectro visível.

6 Acuidade Visual versus Número de Linhas
A acuidade visual é a capacidade do olho distinguir ou ‘resolver’ detalhe (informação espacial) numa imagem. Mede-se com a ajuda de imagens especiais, designadas miras. A acuidade visual determina o número mínimo de linhas que a imagem deve ter para que o observador colocado a uma dada distância não as ‘distinga’ ou seja tenha uma sensação de continuidade espacial. O número máximo de linhas que o sistema visual humano consegue distinguir numa mira de Foucault é dado por Nmáx ~ 3400 h / dobs Para dobs /h ~ 8 tem-se Nmáx ~ 425 linhas  tg=dmin/dobs N=h/dmin

7 A Cintilação O fenómeno da cintilação ou flicker torna indispensável a adopção de uma frequência de imagem superior à frequência crítica. Para os écrans de TV usuais, a variação da luminância no tempo é exponencial decrescente, com constantes de tempo entre 3 e 5 ms.

8 Fracção útil dos varrimentos horizontal e vertical
Tu TL  linhas=N1  linhas=N2  linhas=N3  linhas=N4 Número total de linhas: NT=N1+N2+N3+N4 Número útil de linhas: NU=N1+N3 Fracção útil do varrimento vertical: V= NU/ NT V típicos: 0.91 a 0.94 Duração total da linha: TL Duraração útil da linha: TU Fracção útil do varrimento horizontal: H= TU/ TL H típicos: a 0.826

9 Número total de linhas Atendendo à acuidade visual: Nu=425 (linhas úteis) Nu=V N´T; com V [0.91,0.94] fracção útil do varrimento vertical se V=0.92  N´T=462 (número total de linhas sem considerar o factor de Kell) Devido ao factor de Kell (K ~ 0.7), NT= N´T/K se N´T=462  NT=660 (número total de linhas) Nos sistemas “standard” NT=625 (Europa: PAL, SECAM) NT=525 (América: NTSC)

10 Sincronismo Horizontal e Vertical
Devido às limitações dos dispositicos usados, é necessário que decorra algum tempo entre o final de cada linha e o início da linha seguinte e entre o final de uma campo e o início do campo seguinte -> retornos horizontal e vertical. Estes retornos são assinalados pelos pulsos de sincronismo horizontal e vertical, respectivamente.

11 Sincronismo Horizontal e Vertical (cont.)
Retorno Horizontal Retorno Vertical O sincronismo vertical é bastante mais complexo e longo que o horizontal, necessitando de garantir o entrelaçamento adequado dos 2 campos de cada imagem.

12 Correcção do Factor Gama
A correcção do factor gama é introduzida para compensar o facto das câmaras e dos tubos de raios catódicos serem dispositivos não lineares. Sendo Yorig a luminância da cena original, a câmara produz à saída uma tensão V1 = K1 Yorig  1 ( 1 ~ ) Por outro lado, a luminância reproduzida pelo tubo de raios catódicos tem uma variação semelhante YTV = K2 V1  ( 2 ~ 2 - 3) ou seja a luminância original e reproduzida relacionam-se por YTV = K2 K1  2 Yorig  1 2 Para obter um gama do sistema ( 1  2) entre 1 e 1.3, introduz-se um dispositivo não linear à saída da câmara que faz a correcção do factor gama com  1  2  cor ~ 1.3 Luminância (Yorig) Tensão (V1) Tensão (V2~V1) Luminância (YTV) Cena real

13 O Sinal de Vídeo Composto
Designa-se por sinal de vídeo composto o sinal de vídeo incluindo os sinais de sincronismo

14 Largura de Banda do Sinal de Vídeo
TU Na hipótese de iguais resoluções na horizontal e na vertical, RV=RH, tem-se: Nu= V K A NT (número de elementos de imagem distinguíveis na horizontal) V K NT - número de elemento de imagem distinguíveis na vertical A relação largura altura do écran Período da sinusóide: Ts =2TU/Nu= 2 H TL /Nu= 2 H /(fLNu)= 2 H /(FNTNu) Se RV=RH, Ts =2 H /(F V K A N2T) LBvídeo~1/Ts=AK V F N2T/ (2H) (F: frequência de imagem)

15 O Sinal de Luminância na Frequência
VHF: MHz UHF: MHz A modulação escolhida para o sinal de luminância foi a modulação de amplitude Vestigial Side Band (VSB) por ser bastante eficiente espectralmente e permitir esquemas simples de desmodulação como a detecção de envolvente. A modulação VSB é obtida nos emissores a partir da sinal modulado em amplitude (Double Side Band - DSB), por meio de filtragem adequada. O sinal de áudio é modulado noutra portadora, em AM ou FM (tipicamente FM).

16 TELEVISÃO POLICROMÁTICA

17 Adição e Subtracção de Cores Primárias
RGB (Monitores a cores; Câmeras de vídeo) CMY (Impressoras a cores) (Supondo cores normalizadas no intervalo [0,1] )

18 Relembrar ... sensibilidade do SVH aos vários comprimentos de onda

19 Utilização dos primários RGB em TV

20 Colorímetro O colorímetro é um aparelho de medida utilizado na análise das cores. O observador regula a intensidade dos primários R,G e B, até “equilibrar a cor C, i.e., até observar a mesma cor e o mesmo brilho nas duas metades do alvo. Na calibração, escolhe-se C=W (branco de referência) e, na situação de equilíbrio, considera-se RW=GW=BW=1 C

21 Conceitos Básicos de Colorimetria
Seja C1 uma cor tal que: C1=R1+G1+B1 R1, G1, B1 são designados por coeficientes tri-estímulos de C1 Lei de Grassmann Se C1=R1+G1+B1 e C2=R2+G2+B2 então: C1+ C2 =(R1+ R2 ) + (G1+ G2 )+(B1 +B2) Coordenadas Tricromáticas (r,g,b) Seja C=R+G+B; definindo r=R/(R+G+B) g=G/(R+G+B)  r+g+b=1 b=B/(R+G+B)

22 Triângulo das cores r+g+b=1

23 Diagrama de Cromaticidade
Cores espectrais puras

24 Diagrama de Cromaticidade da CIE
NTSC PAL, SECAM

25 Os Vários Primários Primários ideais Primários NTSC Primários PAL
Vermelho ( ~ 700 nm) com x ~ 0.74 e y ~ 0.27 Verde ( ~ 520 nm) com x ~ 0.06 e y ~ 0.84 Azul ( ~ 430 nm) com x ~ 0.17 e y ~ 0.1 Primários NTSC Vermelho com x ~ 0.67 e y ~ 0.33 Verde com x ~ 0.21 e y ~ 0.71 Azul com x ~ 0.14 e y ~ 0.08 Primários PAL Vermelho com x ~ 0.64 e y ~ 0.33 Verde com x ~ 0.29 e y ~ 0.60 Azul com x ~ 0.15 e y ~ 0.06

26 A Síntese da Imagem (cont.)
A dimensão dos triângulos de luminóforos é tal que, à distância normal de visão, se verifica a fusão dos estímulos visuais.

27 No Tempo: Do Preto e Branco à Côr

28 E na frequência, quem bem arruma ...
Espectro da luminância Espectro da crominância fl – frequência de linha fsc – frequência da sub-portadora de cor é necessário que fsc=(2n+1)/2 f l

29 Como se impede a visibilidade da sub-portadora de cor nos receptores monocromáticos?
Como fsc=(2n+1)/2 f l  Tl = (2n+1)/2 Tsc  crominância em oposição de fase em linhas consecutivas  valor médio da crominância “observada”  0 linha n linha n+1

30 O SISTEMA NTSC

31 Sensibilidade a Desvios de Côr
O olho humano não é igualmente sensível a variações de côr em todas as direcções. Direcções de máxima e mínima sensibilidade Elipses de Mac Adam (representam as áreas de igual percepção à variação da cor)  LBI (~ 1.3 MHz) > LBQ (~ 400 kHz)

32 O SISTEMA PAL

33 Trocando misturas de cor por erros de saturação
V P N A  N=Aej = Acos  + jAsin  P=Ae-j = Acos  - jAsin  U=Re(N+P)/2=Acos  V=Im(N-P)/2=Asin  NR=N.ej PR=P.ej UR=Re(NR+PR)/2=Ucos  VR=Im(NR-PR)/2 = Vcos  ´=arctg(UR/VR)= arctg(U/V)=   mesma matiz ! A´=sqrt(UR2 + VR2 )=A cos   cor menos saturada ! U V P N PR NR 