Percepo Visual Curso Televiso Digital Guido Stolfi 4

Percepção Visual • Curso: Televisão Digital • Guido Stolfi – 4 / 2008 Guido Stolfi 1/89

Estrutura do Olho Humano Guido Stolfi 2/89

Estrutura da Retina Guido Stolfi 3/89

Características da Retina • 7. 000 de Cones – células sensíveis à intensidade e à cor (visão Fotópica) • 130. 000 de Bastonetes – sensíveis apenas à intensidade (Visão Escotópica) • 1. 000 de fibras nervosas no Nervo Óptico • Fisiologicamente, é uma extensão do córtex cerebral Guido Stolfi 4/89

Características da Fóvea • Área central da retina (~2 mm 2), 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 Guido Stolfi 5/89

Elementos de Neurologia Guido Stolfi 6/89

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 Guido Stolfi 7/89

Propagação do Impulso Nervoso Na+ K+ K+ K+ Na+ Na K+ Na+ Fibra em repouso: Potencial de – 75 m. V Na+ Na+ K+ K+ K+ Na+ Início do impulso (Paredes da fibra permitem ingresso de Sódio): Potencial de Ação de + 55 m. V Guido Stolfi 8/89

Propagação do Impulso Nervoso K+ Na+ + Na Na+ K+ Na+ Na+ K+ K+ K+ Na+ Na+ K+ + K+ Propagação (paredes da fibra tornam-se permeáveis ao potássio): Potencial retorna a – 70 m. V Fim do impulso (paredes tornam-se impermeáveis): Potencial de polarização – 70 m. V Na+ Guido Stolfi 9/89

Propagação do Impulso Nervoso Na+ K+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ K+ Na+ Na+ Bomba Sódio-Potássio entra em ação (período refratário): Potencial de – 70 m. V K+ + Na K+ K+ K+ Fibra em repouso: Potencial de – 75 m. V Na+ Guido Stolfi 10/89

Modelo de um Elemento de Fibra Nervosa g(K) = 20 g(Na)0 = 4 g(Cl) g(Na)P = 500 g(Na)0 Guido Stolfi 11/89

Impulsos Nervosos em Células Sensoriais E = 1000 E = 10 E=0 T Guido Stolfi 12/89

Percepção de Diferenças de Intensidade P E = 1000 102 100 E=0 log T Guido Stolfi 13/89

Tipos de Fibras no Nervo Óptico Estímulo Luminoso Células “ON” Células “OFF” Células “ON-OFF” Guido Stolfi 14/89

Exemplo de Processamento Neuronal Sinapse Ativa Neurônio 1 Estímulo t Axônio Sinapse Inibidora Gânglio Bipolar Guido Stolfi 15/89

Fisiologia do Olho Humano Guido Stolfi 16/89

Distribuição das Células na Retina Guido Stolfi 17/89

Estrutura da Retina Guido Stolfi 18/89

Retina Ocular Guido Stolfi 19/89

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) Guido Stolfi 20/89

Modelo de Oponentes para Percepção Visual Guido Stolfi 21/89

Sensibilidade Espectral da Visão Guido Stolfi 22/89

Distribuição de Cones e Bastonetes Guido Stolfi 23/89

Distribuição de Cones e Bastonetes Guido Stolfi 24/89

Faixa Dinâmica de Percepção de Luminosidade Guido Stolfi 25/89

Adaptação à Luminosidade Guido Stolfi 26/89

Sensibilidade da Visão para Diferenças de Cromaticidade Guido Stolfi 27/89

Mecanismo de Construção da Visão Guido Stolfi 28/89

Musculatura do Globo Ocular Guido Stolfi 29/89

Movimentos Sacádicos Guido Stolfi 30/89

Movimentos Sacádicos Guido Stolfi 31/89

Movimentos Sacádicos Guido Stolfi 32/89

Mecanismo de Formação da Imagem A 1 2 4 3 5 6 6 5 4 3 7 8 9 7 8 10 9 10 t 50 ms Guido Stolfi 33/89

Percepção de Intensidade Guido Stolfi 34/89

Lei de Weber para Percepção Sensorial Y Y+ Y Diferença Apenas Perceptível de Brilho Guido Stolfi 35/89

Fração de Weber Guido Stolfi 36/89

Limiar de Percepção Sensorial P 102 100 log T Guido Stolfi 37/89

Faixa Dinâmica de Percepção de Luminosidade (Geral e Local) Guido Stolfi 38/89

Sensação de Brilho em Torno de um Ponto de Acomodação L* = “Lightness” Guido Stolfi 39/89

Correção Gama ( = 2, 2 ) Guido Stolfi 40/89

Efeito da Não-linearidade do TRC Guido Stolfi 41/89

Ruído Aditivo e Correção Gama =0 Original = 2, 2 Guido Stolfi 42/89

Exemplo: Sistema sem Correção Gama Escala uniforme de intensidades aparentes (“Lightness”) Guido Stolfi 43/89

Exemplo: Sistema sem Correção Gama Luminância correspondente à escala uniforme Guido Stolfi 44/89

Exemplo: Sistema sem Correção Gama Sinal proporcional à Luminância sujeito a ruído aditivo Guido Stolfi 45/89

Exemplo: Sistema sem Correção Gama Percepção visual do sinal sujeito a ruído aditivo Guido Stolfi 46/89

Exemplo: Sistema com Correção Gama Escala uniforme de intensidades aparentes (“Lightness”) Guido Stolfi 47/89

Exemplo: Sistema com Correção Gama Sinal proporcional à Luminosidade aparente, com ruído aditivo Guido Stolfi 48/89

Exemplo: Sistema com Correção Gama Luminância reconstruída a partir do sinal com ruído Guido Stolfi 49/89

Exemplo: Sistema com Correção Gama Percepção visual final do sinal sujeito a ruído aditivo Guido Stolfi 50/89

Resolução Espacial Guido Stolfi 51/89

Resolução Espacial da Visão Guido Stolfi 52/89

Bandas de Mach Guido Stolfi 53/89

Carta de Campbell Guido Stolfi 54/89

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 1, 2 mm = 4, 3 ciclos/grau ( d = 300 mm ) Guido Stolfi 55/89

Freqüências Relevantes na Visão Caracteres Linhas de Texto Elementos gráficos Guido Stolfi 56/89

Resolução Temporal e Cintilação Guido Stolfi 57/89

Percepção de Cintilação Guido Stolfi 58/89

Mecanismo de Formação da Imagem 1 2 1 3 2 4 3 5 6 6 5 4 7 7 8 9 10 10 Guido Stolfi 59/89

Sensibilidade à Cintilação de Detalhes Guido Stolfi 60/89

Diâmetro da Pupila x Luminosidade Ambiente Guido Stolfi 61/89

Luminância x Cintilação Luminância da Tela (Nits) Área da Pupila (mm 2) Iluminamento Retinal (Trolands) Freqüência Crítica p/ 10 o (Hz) Freqüência Crítica p/ 70 o (Hz) 300 10. 75 19. 63 9. 08 15. 21 8. 04 11. 34 7. 07 9. 62 1000 6. 16 12320 88. 9 102. 4 3000 4. 52 27120 96. 7 110. 5 10 30 10000 3. 14 215 392 48. 4 54. 4 60. 6 66. 9 544 912 57. 6 62. 8 70. 2 75. 5 1608 2268 68. 9 71. 9 81. 8 84. 9 4242 5772 78. 2 81. 3 91. 4 94. 6 62800 105. 1 119. 2 Relação entre Luminância da Tela de Monitores de Vídeo e Freqüências Críticas de Cintilação, para 95% da População (ISO/TC 159/1987) - Campos de Visão de 10 e 70 graus Guido Stolfi 62/89

Questão Polêmica • Cintilação de 60 Hz é responsável pelo sucesso da Televisão? Guido Stolfi 63/89

Percepção de Movimento Guido Stolfi 64/89

Percepção de 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 Guido Stolfi 65/89

Movimento Retinal e Rastreamento Ocular Guido Stolfi 66/89

Mecanismos de Compensação do Movimento Ocular Movimento ocular Comando motor Sensores + Informação bruta + Informação compensada Guido Stolfi 67/89

Percepção de Distância Guido Stolfi 68/89

Mecanismos de Percepção de Distância • • • Foco Ocular Visão Binocular (Disparidade) Paralaxe de Movimento Fator de Escala Texturas e Saturação Guido Stolfi 69/89

Foco Ocular • Informação intensa para curtas distâncias (< 1 m) Guido Stolfi 70/89

Visão Binocular • Informação fortíssima para curtas distâncias (dentro do alcance físico); decresce até distâncias médias (< 100 m) Guido Stolfi 71/89

Paralaxe de Movimento • Depende da amplitude do movimento; em condições de visualização normal é intensa para distâncias curtas (< 10 m) Guido Stolfi 72/89

Fator de Escala • Forte para qualquer distância (centímetros a quilômetros); depende de aprendizado 1 m 500 m Guido Stolfi 73/89

Texturas / Saturação • Estimativa razoável para distâncias longas (até vários km) Muito longe Longe Perto Guido Stolfi 74/89

Diferenças na Percepção de Distâncias 0, 5 m 2, 5 m Guido Stolfi 75/89

Compensação da Distorção de Perspectiva A B C Guido Stolfi 76/89

Distorção de Perspectiva A B, C Guido Stolfi 77/89

Questão Polêmica • A Televisão do Futuro será em 3 dimensões? Guido Stolfi 78/89

Ilusões Ópticas Guido Stolfi 79/89

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 Guido Stolfi 80/89

Irregularidades do Campo Visual Guido Stolfi 81/89

Ilusão de Muller-Lyers Guido Stolfi 82/89

Ilusão de Muller-Lyers Guido Stolfi 83/89

Mesas de Shepard Guido Stolfi 84/89

Justificativa da Ilusão de Muller-Lyers Guido Stolfi 85/89

Cultura “Circular” Guido Stolfi 86/89

Guido Stolfi 87/89

Guido Stolfi 88/89

Verde Vermelho Preto Branco Marrom Azul Amarelo Roxo Guido Stolfi 89/89