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Sumário • Princípios óticos, geométricos e radiométricos na formação de imagens de intensidade • Natureza de imagens de intensidade, aquisição e modelos matemáticos • Modelos matemáticos de câmeras • Range images (imagens de profundidade).

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Variantes

Mais variantes

Iluminação • Fontes de luz emitem luz: – Espectro eletro-magnético – Posição e direção • Superfícies refletem luz – Reflectância – Geometria (posição, orientação, micro-estrutura) – Absorção – Transmissão • Iluminação é determinada pela interação entre fontes de luzes e superfícies

O que é cor? • Refere-se à radiancia ou irradiância medida em 3 comprimentos de onda diferentes. • Cor da cena: radiância vinda das superfícies (para iluminação). • Cor da imagem: irradiância, usado para renderização. • Quantidades com diferentes unidades, não devem ser confundidas.

O que é uma imagem? • Irradiância: cada pixel mede a luz incidente em um ponto do filme • Proporcional à integral da radiância da cena que chega àquele ponto

O que é uma imagem? • Para nós, a grosso modo, efetivamente, imagem é formada por três matrizes bidimensionais de picture elements (pixels) que codificam a radiação eletromagnética emitida ou refletida por cada ponto correspondente da cena medida em três comprimentos de onda diferente, quantizados em valores, geralmente, de fácil manipulação (inteiros, char).

Percepção de iluminação • A luz recebida de um objeto pode ser expressa por I( ) = ( )L( ) • onde ( ) representa a reflectividade ou transmissividade do objeto (albedo) e L( ) é a distribuição de energia incidente. • Intervalo de iluminação do sistema visual humano: 1 a 1010

Luminância de um objeto • A luminância ou intensidade de luz de um objeto espacialmente distribuído, com distribuição de luz I(x, y, ), é definida como: • V( ) é a função de eficiência luminosa relativa do sistema visual.

Luminância e brilho • Luminância de um objeto é independente da luminância dos objetos ao seu redor. • Brilho de um objeto também chamado de brilho aparente, é a luminância percebida e depende da luminância ao redor do objeto. • Duas regiões com mesma luminância, cujas regiões ao redor de ambas possuem diferentes luminâncias terão diferentes brilhos aparentes.

Tipos de imagens • Imagens de intensidade – Similar a fotografias – Codifica intensidade, cor – Adquiridas por câmeras • Imagens de profundidade (range images) – Codifica forma e distância – Adquiridas por sensores especiais (sonar, câmeras laser)

Características comuns • Matriz 2 D de valores (números) • Conseqüências: – Relação exata da imagem com a cena (física) é determinada pelo processo de aquisição que depende em última análise do sensor usado – Qualquer informação contida nas imagens pode ser ultimamente extraída (calculada) a partir de uma matriz 2 D na qual está codificada

Parâmetros físicos • No sistema visual humano, o processo de formação de imagem começa com os raios de luz vindos da cena projetando nos fotoreceptores da retina • Uma variedade de parâmetros físicos afetam a formação das imagens num sistema artificial

Parâmetros óticos • Caracterizam a ótica do sistema – tipo de lentes; – distância focal; – campo de vista; – abertura angular.

Parâmetros fotométricos • Caracterizam o modelo da luz que chega ao sensor após reflexão nos objetos da cena – tipo, intensidade e direção de iluminação – propriedades de reflectância das superfícies visualizadas – efeitos da estrutura do sensor na quantidade de luz chegando aos fotoreceptores

Parâmetros geométricos • Posição na imagem na qual um ponto 3 D é projetado – tipos de projeção – posição e orientação da câmera no espaço – distorções de perspectiva e outras introduzidas no processo de imageamento

Outros parâmetros • Propriedades físicas da matriz foto-sensitiva da câmera • Natureza discreta dos fotoreceptores • Quantização da escala de intensidade • Outro erros que não podem ser modelados (erro não sistemáticos)

Ótica básica • Formação da imagem em VC começa com o raio de luz que entra na câmera através da abertura angular (pupila num humano) • Raio bate numa tela (ou plano imagem) e o sensor foto-receptivo registra a intensidade da luz • Muitos raios vem de luz refletida e alguns de luz direta, outros de luz refratada

Focando uma imagem • Qualquer ponto numa cena pode refletir raios vindos de várias direções • Muitos raios vindos do mesmo ponto podem entrar na câmera. • Para termos imagens nítidas, todos os raios vindos de um mesmo ponto P da cena devem convergir para um ponto único p no plano de imagem.

Reduzindo abertura • Apenas um raio de cada ponto entra na câmera • Imagens nítidas, sem distorções, mesmo à distâncias diferentes

Problemas com pin-hole • Tempo de exposição longo • Quantidade mínima de luz • Difração

Introduzindo um sistema ótico • Lentes e abertura resolvem o problema – Introduz outros elementos para que um raio vindo do mesmo ponto 3 D convirja para um único ponto na imagem – Mesma imagem que uma pin-hole mas com tempo de exposição bem menor e abertura maior

Duas restrições básicas • 1) Qualquer raio que entra no sistema de lentes paralelo ao eixo ótico, sai na direção do foco no outro lado • 2) Qualquer raio que entra na lente vindo da direção do foco, sai paralelo ao eixo ótico do outro lado

Lentes finas Lente fina Eixo ótico Fl Fr f f

Lentes finas Lente fina Eixo ótico Fr Fl f f

Lentes finas Lente fina P Q Eixo ótico s O S Fl Fr p R Z f f z

Modelo básico • Propriedade 1) a PQ e propriedade 2) a PR • Defletem para se encontrar em algum ponto do outro lado • Uma vez que o modelo de lente fina foca todos os raios vindos de P para convergirem para o mesmo ponto, PQ e PR se Lente fina P intersectam em p Q S O Fl Z f R f Eixo ótico s p Fr z

Equação fundamental P • Usando similaridade entre os pares de triângulo (<PFl. S>, <ROFl>) e (<ps. Fr>, <QOFr>), obtém-se: Zz = f 2 • Fazendo Z´=Z+f e z´= z+f, encontramos: Lente fina 1 /Z´ + 1/z´ = 1/f Q S O Fl Z f R f Eixo ótico s p Fr z

Campo de vista • Seja d o diâmetro efetivo das lentes (periferia pode não ser visível) • Juntamente com f, determinam o campo de vista: tan w = d/(2 f) • Metade do ângulo subentendido pelo diâmetro, visto a partir do foco

Projeção ortográfica • Ponto focal no infinito (raios são paralelos e ortogonais ao plano imagem) • Bom modelo para lentes de telescópios • (x, y, z) é mapeado em (x, y, 0) (se xy é plano imagem)

Projeção Perspectiva (homografia) • Projeta radialmente cada ponto na imagem • Linhas são projetadas apenas por seus pontos finais • Não queremos imagem invertida