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PERCEPCIÓN VISUAL & IMAGEN DIGITAL
Juan Domingo Gispert Lópezjgispert@crccorp.es
Institut d’Alta TecnologiaParc de Recerca Biomèdica de Barcelona
Índice
• Introducción• Fisiología del ojo
humano– La retina
• Fotorreceptores• Células de la Retina
• Imagen en el Cerebro– El Núcleo Geniculado
Lateral– El córtex visual
Introducción
• Visión– Principal sentido en el ser humano– El más complejo
• ¼ del córtex cerebral
Fisiología del ojo humano
Punto ciego
El punto ciego
Punto ciego
Fóvea
La Retina
Transducción
Regularización
Acentuación
Integración
Detección
Selectividad
Movimiento
Adaptación
Capa Plexiforme Externa
Capa Plexiforme Interna
La Retina
Transducción
Regularización
Acentuación
Integración
Detección
Selectividad
Movimiento
Adaptación
Capa Plexiforme Externa
Capa Plexiforme Interna
Fotorreceptores
• Bastones (B/N)– Muy sensibles
• Visión Nocturna– Lentos
• Conos (Color)– Menos sensibles
• Visión diurna– Rápidos
• 1/10 s. antes en igualdad de condiciones lumínicas y activación simultánea
La Fóvea
• Sólo conos – Mayor detalle
• Movemos los ojos para proyectar detalles de interés en la fóvea
– Mayor densidad de conos– Cuerpos neuronales
desplazados y desmielinizados(transparentes)
Halftoning
Células Retinales• 130 M fotorreceptores vs 1 M células ganglionares
– Compresión de información
• Tipos de células retinales– de Müller
• Soporte de la estructura retiniana– Bipolares (ON/OFF)
• Proyección directa de CPE a CPI– Horizontales
• Interacción espacial en la CPE– Amacrinas
• Integración espacial y temporal en CPI– Ganglios
• Sensibles a velocidad y orientación del movimiento• Salida hacia centros superiores (CFG y Cerebro)
La Retina
Transducción
Regularización
Acentuación
Integración
Detección
Selectividad
Movimiento
Adaptación
Capa Plexiforme Externa
Capa Plexiforme Interna
Capa Plexiforme Externa
• Bipolares– Excitatorias
• Horizontales– Inhibitorias
• Inhibición Lateral (ON/OFF)– ON
• Sinapsis excitatorias de los conos/bastones• Sinapsis inhibitorias de las células horizontales
– OFF• Sinapsis inhibitorias de los conos/bastones• Sinapsis excitatorias de las células horizontales
Inhibición lateral
Bandas de Mach
Bandas de Mach
Rejilla de Hermann
Rejilla de Hermann
Inhibición Lateral
La Retina
Transducción
Regularización
Acentuación
Integración
Detección
Selectividad
Movimiento
Adaptación
Capa Plexiforme Externa
Capa Plexiforme Interna
Fotoreceptores
Procesamiento del Color• Cada cono
– 1 color primario• Respuesta diferencial• Antagonismo
– Rojo / Verde– Amarillo / Azul– Blanco / Negro
• Contraste simultaneo– Colores antagónicos se resaltan mutuamente
• Constancia– Percepción del color indep. de las condiciones de
iluminación
Procesamiento del Color
• Oposición del color
Daltonismo
3 o 5 ? 73 ?
5 ? 26
+
Color Negative Afterimages
+
La Retina
Transducción
Regularización
Acentuación
Integración
Detección
Selectividad
Movimiento
Adaptación
Capa Plexiforme Externa
Capa Plexiforme Interna
Capa Plexiforme Interna
• Células Amacrinas– Responden a cambios de
estímulos• Detección de ‘bordes
temporales’
• Células Ganglionares– Vía de salida de la Retina
• CG ON/OFF• Respuesta no estacionaria
– CG Transitoria– CG Sostenida
• Sensibles a dirección y velocidad del movimiento
Dirección de Movimiento
Ilusión de Movimiento
Ilusión de Movimiento
Campo Visual
Respuesta no-estacionaria
Capa Plexiforme Interna• Señales ganglionales
– Magno (señal X) “parasol cells”• Responden a objetos grandes y en movimiento• Alta sensibilidad al contraste• Rápidas. Respuesta transitoria a la iluminación• Gran campo receptivo (árbol dendrítico)• No Magno en la fóvea
– Parvo (señal Y) “midget cells”• Más pequeñas y numerosas• Campo receptivo pequeño• Lentas• Implicadas en visión en color• Detalle fino en la imagen
La Retina
Transducción
Regularización
Acentuación
Integración
Detección
Selectividad
Movimiento
Adaptación
Capa Plexiforme Externa
Capa Plexiforme Interna
Acondicionamiento
• Combinación de dos procesos
Retinas artificiales
Camino Visual
El núcleo GLD
• Núcleo geniculadolateral dorsal– Redirige cada tipo de
señal a las capas corticales adecuadas (V1)
– Recoge imágenes de los campos de visión para que el córtexreciba una imagen continua
Córtex• Córtex Visual (Lóbulo Occipital)
– V1, V2, V3, V4, V5/MT• Lóbulo Temporal
– Células parvo– Reconocimiento de objetos– Detalle / Color
• Lóbulo Parietal– Células magno– Feedback de movimiento– Relaciones espaciales
El córtex visual• 5 áreas visuales
– V1, V2, V3, V4, V5/MT• Células detectoras de
características– Simple
• Líneas (anchura, orientación ángulo y posición)
– Complejas• Ídem en cualquier posición del
campo de visión– Hipercomplejas
• Movimiento de bordes o líneas en direcciones específicas
• Color (V4), Movimiento (V5), Forma (Otras regiones), Profundidad (V1, V2, V3)
Estudio fMRI
Estímulo estáticoEstímulo dinámico
V1V1V5/MT
Leyes de Gestalt
• Figura-Fondo
Leyes de Gestalt
• Similitud
Leyes de Gestalt
• Continuidad
Leyes de Gestalt
• Proximidad
Leyes de Gestalt
• Cierre
Leyes de Gestalt
• Destino común
Oclusiones
• Contornos subjetivos (Triangulo de Kaniza)
Oclusiones
• Ilusión de Poggendorf
Oclusiones
• Ilusión de Poggendorf
¿Figura o fondo?
Profundidad
• Sensación de profundidad o distancia– Monocular
• Perspectiva Lineal• Gradiente de textura• Tamaño Relativo• Interposición de objetos próximos• Patrones de luz y sombra• Altura en el plano
– Binocular • Diferencia angular entre ojo I-D
Perspectiva Lineal
Consistencia en el tamaño
Consistencia en el tamaño
• Ilusión de Ponzo
Consistencia en el tamaño
• Ilusión de Müller-Lyer
Consistencia en la forma
Consistencia en la forma
• Vertical-Horizontal (Ilusión de la luna)
Consistencia en el tamaño
Gradientes de Texturas
Patrones de luz y sombra
Patrones de luz y sombra
El peso de la experiencia
El peso de la experiencia
El peso de la experiencia
El peso de la experiencia
El peso de la experiencia
El peso de la experiencia
Sensación de Profundidad
“Cardplayers in a sunlit room”Pieter de Hooch1658
Ambigüedad en el fondo
Ambigüedad en el fondo
Escher
“Ascending and Descending”M.C. Escher
“Belvedere”M.C. Escher“Belvedere”M.C. Escher
¿Suegra o nuera?
El espejo de la muerte
Dalí
“Mae West”S. Dalí1934-35
“El hombre invisible”
S. Dalí1929-30
Conclusiones
Conclusiones
Conclusiones• Fisiología del sistema visual determina los
límites de la visión humana (resolución espacial y temporal)– Es mejorable mediante dispositivos electrónicos
• Procesado de bajo nivel (retina) permite la detección de característica simples– Puede ser modelado matemáticamente
• Procesado de alto nivel (cerebro) determina la comprensión de las escenas percibidas– No es posible modelarlo matemáticamente– Información muy difícil de incluir en el procesado
de imágenes
Recursos• WebVision
– http://webvision.med.utah.edu/index.html– http://retina.umh.es/webvision (esp)
• Tutorials– http://www.graphics.cornell.edu/~jaf/teaching/teaching.htm
• Ilusiones ópticas explicadas– http://www.illusionworks.com/html/hall_of_illusions.html
• Internet Psychology Lab– http://kahuna.psych.uiuc.edu/ipl
• Sandlot Science– http://www.sandlotscience.com
¿Paralelas?
• Ilusión de Zollner
¿Espiral?
• Espiral de Fraser
Reconstrucción amodal
Mezcla de color
+
Color Negative Afterimages
+
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