Percepção Visual
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Guido Stolfi 1/89
Percepção Visual
• Curso: Televisão Digital
• Guido Stolfi – 4 / 2008
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Guido Stolfi 2/89
Estrutura do Olho Humano
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Guido Stolfi 3/89
Estrutura da Retina
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Guido Stolfi 4/89
Características da Retina
• 7.000.000 de Cones – células sensíveis à intensidade e à cor (visão Fotópica)
• 130.000.000 de Bastonetes – sensíveis apenas à intensidade (Visão Escotópica)
• 1.000.000 de fibras nervosas no Nervo Óptico
• Fisiologicamente, é uma extensão do córtex cerebral
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Guido Stolfi 5/89
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
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Guido Stolfi 6/89
Elementos de Neurologia
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Guido Stolfi 7/89
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
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Guido Stolfi 8/89
Propagação do Impulso Nervoso
Na+
K+
Na+
Na+
Na+Na+
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+K+K+
Fibra em repouso:Potencial de –75 mV
Na+
K+Na+
Na+
Na+Na+
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+K+K+
Início do impulso (Paredes da fibra permitem ingresso de Sódio):Potencial de Ação de + 55 mV
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Guido Stolfi 9/89
Propagação do Impulso Nervoso
Propagação (paredes da fibra tornam-se permeáveis ao potássio):Potencial retorna a –70 mV
Fim do impulso (paredes tornam-seimpermeáveis): Potencial de polarização – 70 mV
Na+
K+
Na+Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+
K+
K+
Na+
K+
Na+Na+
Na+ Na+Na+
Na+
Na+K+
K+
K+
K+
K+
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Guido Stolfi 10/89
Propagação do Impulso Nervoso
Bomba Sódio-Potássio entra em ação (período refratário): Potencial de –70 mV
Na+
K+
Na+Na+
Na+ Na+Na+
Na+
Na+K+
K+
K+
K+
K+
Na+
K+
Na+
Na+
Na+Na+
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+K+K+ Fibra em repouso:
Potencial de –75 mV
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Guido Stolfi 11/89
Modelo de um Elemento de Fibra Nervosa
g(Na) g(Cl) g(K)
69 mVE(Cl)
75 mVE(K)
55 mVE(Na)
I(K) I(Na) Cm
Exterior
Interior
g(K) = 20 g(Na)0 = 4 g(Cl) g(Na)P = 500 g(Na)0
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Guido Stolfi 12/89
Impulsos Nervosos em Células Sensoriais
E = 1000
E = 10
E = 0
T
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Guido Stolfi 13/89
Percepção de Diferenças de Intensidade
log T
PE = 0E = 1000
100102
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Guido Stolfi 14/89
Tipos de Fibras no Nervo Óptico
Estímulo Luminoso
Células “ON”
Células “OFF”
Células “ON-OFF”
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Guido Stolfi 15/89
Exemplo de Processamento Neuronal
t
1
Gânglio Bipolar
Neurônio
Estímulo
Sinapse Ativa
Sinapse Inibidora
Axônio
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Guido Stolfi 16/89
Fisiologia do Olho Humano
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Guido Stolfi 17/89
Distribuição das Células na Retina
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80Ângulo em relação à Fóvea
Bastonetes
ConesPonto Cego
Cél
ula
s p
or
mm
2
x 1000
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Guido Stolfi 18/89
Estrutura da Retina
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Guido Stolfi 19/89
Retina Ocular
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Guido Stolfi 20/89
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)
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Guido Stolfi 21/89
Modelo de Oponentes para Percepção Visual
LogLogLog
ConesVermelhos
ConesConesVerdesAzuis
BrilhoOponente OponenteAzul-Amarelo Vermelho-Verde
RGB
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Guido Stolfi 22/89
Sensibilidade Espectral da Visão
r
g
b R P F dR ( ) ( )
G P F dG ( ) ( )
B P F dB ( ) ( )
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Guido Stolfi 23/89
Distribuição de Cones e Bastonetes
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Guido Stolfi 24/89
Distribuição de Cones e Bastonetes
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Guido Stolfi 25/89
Faixa Dinâmica de Percepção de Luminosidade
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Guido Stolfi 26/89
Adaptação à Luminosidade
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Guido Stolfi 27/89
Sensibilidade da Visão para Diferenças de Cromaticidade
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Guido Stolfi 28/89
Mecanismo de Construção da Visão
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Guido Stolfi 29/89
Musculatura do Globo Ocular
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Guido Stolfi 30/89
Movimentos Sacádicos
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Guido Stolfi 31/89
Movimentos Sacádicos
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Guido Stolfi 32/89
Movimentos Sacádicos
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Guido Stolfi 33/89
Mecanismo de Formação da Imagem
A7
8
45
9
6
10
1
32
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
t 50 ms
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Guido Stolfi 34/89
Percepção de Intensidade
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Guido Stolfi 35/89
Lei de Weber para Percepção Sensorial
Diferença ApenasPerceptível de
Brilho
Y
YLei de Weber0 02. ( )Y Y+Y
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Guido Stolfi 36/89
Fração de Weber
0,01
0,1
1
-20 -10 0 10 20
Ln da Luminância (cd/m2)
Fra
ção
de
Web
er
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Guido Stolfi 37/89
Limiar de Percepção Sensorial
log T
P
100102
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Guido Stolfi 38/89
Faixa Dinâmica de Percepção de Luminosidade (Geral e Local)
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Guido Stolfi 39/89
Sensação de Brilho em Torno de um Ponto de Acomodação
Brilho Aparente
Y Y se Y Y
Y Y caso contrario
n n
n
116 16 0 008856
9033
1
3( / ) / .
. ( / )
0
20
40
60
80
100
0 0.5 1
Luminância relativa (Y/Yn)
Bri
lho
Ap
aren
teL* = “Lightness”
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Guido Stolfi 40/89
Correção Gama
Câmera CorretorGama T.R.C
BrilhoAparente
Canal deTransmissão
OY 45.0YV Y V 2 2.OYY
( = 2,2 )
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Guido Stolfi 41/89
Efeito da Não-linearidade do TRC
01020304050
60708090
100
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Tensão na Grade do TRC
Saí
da
Rel
ativ
a
Brilho Aparente
Luminância do TRC
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Guido Stolfi 42/89
Ruído Aditivo e Correção Gama
= 2,2
= 0
Original
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Guido Stolfi 43/89
Exemplo: Sistema sem Correção Gama
Escala uniforme de intensidades aparentes (“Lightness”)
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Guido Stolfi 44/89
Exemplo: Sistema sem Correção Gama
Luminância correspondente à escala uniforme
![Page 45: Percepção Visual](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062309/5681378d550346895d9f29eb/html5/thumbnails/45.jpg)
Guido Stolfi 45/89
Exemplo: Sistema sem Correção Gama
Sinal proporcional à Luminância sujeito a ruído aditivo
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Guido Stolfi 46/89
Exemplo: Sistema sem Correção Gama
Percepção visual do sinal sujeito a ruído aditivo
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Guido Stolfi 47/89
Exemplo: Sistema com Correção Gama
Escala uniforme de intensidades aparentes (“Lightness”)
![Page 48: Percepção Visual](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062309/5681378d550346895d9f29eb/html5/thumbnails/48.jpg)
Guido Stolfi 48/89
Exemplo: Sistema com Correção Gama
Sinal proporcional à Luminosidade aparente, com ruído aditivo
![Page 49: Percepção Visual](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062309/5681378d550346895d9f29eb/html5/thumbnails/49.jpg)
Guido Stolfi 49/89
Exemplo: Sistema com Correção Gama
Luminância reconstruída a partir do sinal com ruído
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Guido Stolfi 50/89
Exemplo: Sistema com Correção Gama
Percepção visual final do sinal sujeito a ruído aditivo
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Guido Stolfi 51/89
Resolução Espacial
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Guido Stolfi 52/89
Resolução Espacial da Visão
1
10
100
1000
0,01 0,1 1 10 100Freqüência Espacial (Ciclos/grau)
Luminância
Vermelho-Verde
Azul-Amarelo
Contraste
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Guido Stolfi 53/89
Bandas de Mach
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Guido Stolfi 54/89
Carta de Campbell
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Guido Stolfi 55/89
Freqüências Relevantes na Visão
4,2 mm = 1,2 ciclos/grau
1,2 mm = 4,3 ciclos/grau
0,35 mm = 7,5 ciclos/grau
0,15 mm = 17 ciclos/grau
1,5 mm = 3,5 ciclos/grau
( d = 300 mm )
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Guido Stolfi 56/89
Freqüências Relevantes na Visão
1
10
100
1000
0,1 1 10 100Freqüência Espacial (Ciclos/grau)
Luminância
Contraste
Linhasde Texto
Caracteres
Elementosgráficos
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Guido Stolfi 57/89
Resolução Temporal e Cintilação
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Guido Stolfi 58/89
Percepção de Cintilação
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0,01 0,1 1 10 100 1000
Luminância (nits)
Fre
qü
ênci
a C
ríti
ca (
Hz)
20o (perif.)
20o (central)
1o (central)
1o (perif.)
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Guido Stolfi 59/89
Mecanismo de Formação da Imagem
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
7
8
45
9
6
10
1
32
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Guido Stolfi 60/89
Sensibilidade à Cintilação de Detalhes
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Guido Stolfi 61/89
Diâmetro da Pupila x Luminosidade Ambiente
01
23
45
67
8
0 0.01 0.1 1 10 100 1k 10k 100k
Luminância (nits)
Diâmetro da Pupila
(mm)
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Guido Stolfi 62/89
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
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Guido Stolfi 63/89
Questão Polêmica
• Cintilação de 60 Hz é responsável pelo sucesso da Televisão?
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Guido Stolfi 64/89
Percepção de Movimento
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Guido Stolfi 65/89
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
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Guido Stolfi 66/89
Movimento Retinal e Rastreamento Ocular
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Guido Stolfi 67/89
Mecanismos de Compensação do Movimento Ocular
-+
- +Comando
motor
Comandomotor
Sensores Informaçãocompensada
Movimento ocular
Informaçãobruta
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Guido Stolfi 68/89
Percepção de Distância
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Guido Stolfi 69/89
Mecanismos de Percepção de Distância
• Foco Ocular
• Visão Binocular (Disparidade)
• Paralaxe de Movimento
• Fator de Escala
• Texturas e Saturação
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Guido Stolfi 70/89
Foco Ocular
• Informação intensa para curtas distâncias (< 1m)
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Guido Stolfi 71/89
Visão Binocular
• Informação fortíssima para curtas distâncias (dentro do alcance físico); decresce até distâncias médias (< 100 m)
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Guido Stolfi 72/89
Paralaxe de Movimento
• Depende da amplitude do movimento; em condições de visualização normal é intensa para distâncias curtas (< 10 m)
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Guido Stolfi 73/89
Fator de Escala
• Forte para qualquer distância (centímetros a quilômetros); depende de aprendizado
1m 500m
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Guido Stolfi 74/89
Texturas / Saturação
• Estimativa razoável para distâncias longas (até vários km)
PertoLonge
Muitolonge
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Guido Stolfi 75/89
Diferenças na Percepção de Distâncias
2,5 m
0,5 m
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Guido Stolfi 76/89
Compensação da Distorção de Perspectiva
A B C
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Guido Stolfi 77/89
Distorção de Perspectiva
A B, C
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Guido Stolfi 78/89
Questão Polêmica
• A Televisão do Futuro será em 3 dimensões?
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Guido Stolfi 79/89
Ilusões Ópticas
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Guido Stolfi 80/89
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
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Guido Stolfi 81/89
Irregularidades do Campo Visual
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Guido Stolfi 82/89
Ilusão de Muller-Lyers
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Guido Stolfi 83/89
Ilusão de Muller-Lyers
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Guido Stolfi 84/89
Mesas de Shepard
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Guido Stolfi 85/89
Justificativa da Ilusão de Muller-Lyers
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Guido Stolfi 86/89
Cultura “Circular”
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Guido Stolfi 87/89
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Guido Stolfi 88/89
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Guido Stolfi 89/89
VerdeVermelhoPretoBranco
MarromAzulAmareloRoxo