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PERCEPCIÓN DEL BRILLO,
CLARIDAD Y CONTRASTE
3.Percepción del brillo, claridad y contraste
3.1 La luz
La luz es una radiación electromagnética emitida por incandescencia o por luminiscencia que al incidir sobre los objetos lo hace mas visible. Radiación : Es la emisión o propagación de la energía en forma de ondas o partículas sub- atómicas. Incandescencia: Es la propiedad de los cuerpos de emitir luz por aumento de su temperatura. Luminiscencia: Es la propiedad de alguna substancias de emitir luz bajo el efecto de una excitación, la cual puede se de origen: a) Luminoso (fotoluminonisiencia,fluorescencia,fosforescencia)
b) Mecánico (triboluminiscencia)
c) Térmico (termo_ luminiscencia)
d) Eléctrico (electroluminiscencia)
e) Orgánico (bioluminiscencia)
f) Por fenómenos químicos (quimioluminiscencia)
g) Por radiaciones de onda corta (radio_ luminiscencia)
La especificación de la intensidad de energía luminosa puede realizarse en términos físicos (radiométricos)
sin embargo, dado que en las escalas físicas no se tiene en cuenta al observador, se elaboró una escala derivada de esta, conocida como fotométrica. Y teniendo en cuenta que los observadores evalúan la intensidad de la energía radiante de modo subjetivo, sin que exista unidades de medida constantes y universales, la psicofísica desarrolló escalas que relacionan lo objetivo (físico) con lo subjetivo (sensación ).
3.1.1 Medición de la intensidad luminosa
MAGNITUDES RADIOMETRICAS (FISICAS) Flujo radiante : Cantidad de energía total emitida por una fuente. Se mide en watios. Intensidad radiante : Es la energía radiante canalizada en una cierta dirección. Se mide en estereorradianes (o ángulos sólidos) Irradianza : Es la energía radiante que impacta sobre una superficie. Se mide en watios/m Radianza : es la intensidad radiante por unidad de superficie. Es decir, la intensidad radiante mide la energía radiante de una fuente puntual, mientras que la radianza mide la energía radiante de una fuente extensa. Se mide en watios/estereoradiantes por m2.
MAGNITUDES FOTOMETRICAS Flujo luminoso : Es la luminosidad total o eficacia lumínica de una fuente. Su unidad de medida es el Lumen.
Intensidad luminosa: Es la energía lumínica que incide sobre una superficie. Su unidad de medida es la Candela, que equivale a 1 Lumen por cada estereorradián.
Iluminancia (o iluminación): Cantidad de luz incidente sobre una superficie. La unidad de medida es el Lux, que equivale a 1 Lumen/1m2. Aparato de medida: Fotómetro o Luxometro. Luminancia: Intensidad de luz emitida por una fuente en una cierta dirección por cada unidad de superficie iluminante. La unidad de medida es el Lambert = 1 candela/1m2. Otras magnitudes de interés que permiten cuantificar la intensidad de la luz son: Reflectancia : Porcentaje de luz reflejada por una superficie opaca. Transmitancia: Cantidad de luz capaz de atravesar una superficie transparente. Albedo: Indica la proporción de luz reflejada por un objeto. Por tanto es una propiedad del objeto e independiente de la intensidad de luz que incide sobre él. Ej:Si el valor de albedo fuese próximo a 1 en una hoja en blanco reflectaría casi toda la energía luminosa mientras que si fuese próximo a 0 apenas reflejaría la energía luminosa que llega. Ello implica que la percepción de la luminosidad no depende solo de la intensidad de luz incidente, sino también de las propiedades reflectantes de las superficies.
MAGNITUDES PSICOFISICAS Brillantez o brillo: es la luminancia de una superficie juzgada por un sujeto, es decir, es la estimación subjetiva de la luminancia o, también, la luminancia percibida. Existe una escala de brillo que va del mínimo brillo o invisible al máximo brillo o deslumbrante.
Claridad: es la reflectancia de una superficie juzgada por un sujeto. La estimación subjetiva de la reflectancia o reflectancia percibida. Existe otra escala psicofísica que va del mínimo de claridad hasta el máximo de claridad, el “blanco”.
Así:
Los objetos que reflejan entre el 2-5% de la luz que reciben tienen apariencia negra.
Los que reflejan entre el 10-70% de la luz que incide tienen apariencia grisácea.
Los que reflejan entre el 80-90% de la luz tienen apariencia blanca.
Constancia de claridad : Estabilidad en los juicios perceptivos, sobre las propiedades de los objetos, a pesar de los cambios en la representación sensorial sobre los receptores y tiene una función adaptativa.
Ejemplo :Una camisa blanca, la percibimos blanca a la luz del sol, a la luz de la luna o en una sala con escasa iluminación. Esto nos indica que percibimos de forma constante la claridad de un objeto a pesar de los cambios de iluminación que capta nuestra retina.
La constancia perceptiva : Garantiza la correspondencia entre el objeto real (o estímulo distal) y el percepto (o experiencia perceptiva).
▲ Burzlaff en 1931, puso de manifiesto que el sistema visual responde a la claridad, independientemente de la iluminación existente. Veamos una esquemática descripción de dicho experimento.
Elaboró 2 conjuntos de 48 cuadros que iban del: blanco-gris-negro.
Colocó un conjunto de estos cuadros ordenado ante una pared de fondo oscuro (estímulo estandard).
Colocó el otro conjunto con los cuadros, aleatoriamente, cerca de la ventana (estímulo de comparación), de modo que este conjunto recibía 20 veces más luz que el otro.
La tarea del sujeto consistía en indicar si un cuadro del conjunto standard era más o menos oscuro que otro del conjunto de estímulos de comparación.
Resultados: un Estímulo de Comparación con una reflectancia del 78% equivalía, subjetivamente, a otro Estímulo Estandard con una reflectancia del 72%, a pesar de que uno tenía una iluminancia 20 veces mayor.
Esto determino que el sistema visual responde a la claridad independientemente de la iluminación existente. Por el contrario, la constancia de la claridad se ve afectada, entre otros factores, por el citado fenómeno del contraste simultáneo, consistente en que la percepción de la claridad puede verse afectada por la cantidad de luz reflejada por las áreas adyacentes.
El mecanismo responsable que nos permite explicar el fenómeno del contraste simultáneo acromático es la inhibición lateral de la retina, en cuanto que las sinapsis laterales extraen la proporción de iluminancia de las áreas adyacentes.
▲ (^) Experimento de Gelb influencia del contraste simultáneo en la percepción de la claridad. Así, el que nosotros percibamos un disco negro como si fuese blanco, depende de la relación existente entre las cantidades de luz reflejadas por el objeto en cuestión y los objetos próximos o colindantes.
▲ Experimento de Wallach sistema perceptivo extrae información sobre la intensidad relativa de los estímulos y las proporciones de luminancia son las claves. El mecanismo neurofisiológico de la inhibición lateral llevaría a cabo esta tarea de extraer las proporciones de iluminancia de las áreas vecinas.
3.4 Estímulo de enrejado
Los estímulos de enrejado son patrones alternantes de franjas claras y oscuras paralelas. Si pasamos un fotómetro a través de un estímulo de enrejado (en dirección ortogonal a las franjas) obtendremos los valores de luminancia de cada punto de la imagen (pixel, contracción de picture element).
La función así resultante será una onda, que vendrá caracterizada por los cinco parámetros que, a continuación, describimos:
- La luminancia media (L0): que es el promedio de luminancia de todos los puntos del enrejado, o para expresarlo en otros términos, el nivel de gris promedio del enrejado.
Se calcula mediante la fórmula: L0= (Lmax + Lmin)/
3.5 Análisis frecuencia de imágenes
El análisis de Fourier de una imagen, es precisamente determinar la frecuencia espacial, orientación, amplitud y fase que debe tener cada uno de los enrejados sinusoidales componentes, susceptibles de sintetizar la imagen. Por tanto, cualquierimagen puede expresarse como una específica combinación lineal de infinitos enrejados sinusoidales orientados, denominados componentes espectrales de la imagen. Teorema de Fourier :Cualquier onda puede descomponerse en infinitos componentes con forma de onda sinusoidal. Ejemplo:La Primera figura muestra una onda cuadrada y su perfil de luminancia (la variacon de la luminancia se obtiene al pasar un fotómetro en dirección perpendicular a las barras)
La segunda imagen es la representación con el análisis de Fourier (nos permite analizar ondas en sus ondas componenes de diferente fecuencia o componentes armónicos elementales) representa unos componentes sinusoidales que son la suma de ondas.
Estos componentes sinusoidales, como veremos, satisfacen unas determinadas propiedades. Así, los componentes armónicos elementales: Tienen unas frecuencias que son múltiplos impares de la frecuencia fundamental.
Tienen unas amplitudes que varían inversamente, en función de su orden. Concretamente:
- La frecuencia f1 (la más baja frecuencia) es la frecuencia fundamental o primer armónico, cuya frecuencia y amplitud es la misma que la de la onda cuadrada.
- La frecuencia f3 es el tercer armónico, cuya frecuencia es el triple de la frecuencia fundamental y su amplitud 1/3 de la amplitud de la fundamental.
- La frecuencia f5 es el quinto armónico, cuya frecuencia es el quíntuplo de la frecuencia fundamental y su amplitud 1/5 de la amplitud de ésta.
- La frecuencia f7 es el séptimo armónico, cuya frecuencia es el séptuplo de la frecuencia fundamental y su amplitud 1/7 de la amplitud de ésta.
Finalmente el conjunto de todos los armónicos o componentes frecuenciales recibe el nombre de espectro bidimensional de frecuencia o espectro de Fourier: Podemos ver la cantidad de energía o amplitud de cada armónico contribuye a la síntesis total de la imagen.
En este caso podemos ver la energía correspondiente al 11º armónico=freq 11 es muy pequeña i por tanto esta energía continuara disminuyendo para los armónicos de mayor frecuencia
6. Sistemas lineales
- (^) Es un mecanismo tal que ante ciertas señales de entrada(señales del entorno) x1 x responden con determinadas salida(manipulación interior emite otra señal) y1 y.
- (^) No obstante, teórica y empíricamente, se ha demostrado que las células ganglionares tipo- X de la retina se comportan como filtros bidimensionales lineales 'paso-bajo' o 'paso- banda' y no orientados. También las células tipo-X del NGL parecen comportarse como filtros bidimensionales lineales, pero su anchura de banda responde a un rango más estrecho de frecuencias espaciales que las ganglionares. Las células simples del córtex visual funcionan linealmente, comportándose como filtros lineales 'paso-banda' (de banda estrecha) de frecuencias espaciales y orientaciones espacialmente localizados.
7. El filtrado de imágenes
Un filtro es un dispositivo tal que al pasar una señal compleja separa o selecciona las subseñales componentes para satisfacer ciertas propiedades.
Los filtros se pueden clasificar en dos grandes grupos:
Filtros lineales: si satisface los principios de linealidad y superposición. Es decir, el filtro lineal se caracteriza por el hecho de que el resultado de cada pixel se obtiene como combinación lineal de sus vecinos. Para aplicar un filtro lineal multiplicamos el entorno de cada pixel (submatriz NxN) por una máscara (que contiene los pesos de cada pixel del entorno con que se pondera la media), la media ponderada será el nuevo valor del pixel cuyo entorno operábamos. Esto es lo mismo que convolucionar la imagen original por una máscara (submatriz NxN) que contiene los pesos conque cada vecino del entorno contribuye al resultado final o valor del pixel en la imagen filtrada.
- Filtros lineales que operan en el dominio espacial. Que hacen uso de la operación de convolución, manipulando directamente los pixels de la imagen original.
- Filtros lineales que operan en el dominio frecuencial. Que hacen uso de la Transformada de Fourier de la imagen.
Filtros no-lineales: si no satisface los principios de linealidad y superposición. Su importancia deriva de los siguientes hechos. Por una parte, los filtros lineales muestran un bajo rendimiento cuando el ruido no es aditivo, o cuando este no se distribuyen según la función gaussiana. Por otra parte, al parecer, el procesamiento temprano no satisface la propiedad de la linealidad. Como consecuencia de esto último, el resultado de un filtro no-lineal no se puede obtener mediante la convolución de la señal (imagen original) con la función de respuesta al impulso unidad. Ello da lugar a mayor complejidad del cálculo de los diferentes filtros no-lineales que, hasta la fecha, se han propuesto. Entre los que destacaremos por su mayor simplicidad el filtro de mediana.
Para caracterizar un filtro, es preciso conocer la forma de la FTM del sistema (Ganancia en función de las frecuencias orientadas en u, v) y los cuatro parámetros siguientes:
- La frecuencia espacial óptima.
- (^) La orientación óptima.
- La anchura de banda en frecuencia espacial (rango de frecuencias en la orientación óptima al que se halla sintonizado el filtro).
- La anchura de banda en orientación (rango de orientaciones en la frecuencia espacial óptima al que se halla sintonizado el filtro).
Según el rango o intervalo de frecuencias espaciales un filtro puede ser:
a. Filtro paso-bajo: cuando deja pasar todas las frecuencias espaciales iguales o inferiores a una dada, incluyendo al componente continuo (origen de coordenadas, índice de la luminancia media de la imagen o nivel medio de brillo) y elimina las superiores a ella.
b. Filtro paso-alto: cuando deja pasar todas las frecuencias espaciales iguales o mayores que una frecuencia dada y elimina las inferiores a ella.
c. Filtro paso-banda: cuando sólo deja pasar un rango de frecuencias espaciales y elimina todas las que se hallan fuera de tal rango.
Según la orientación los filtros pueden ser:
- Filtro orientado : cuando sólo deja pasar las frecuencias espaciales que se hallan en un determinado rango de orientación.
- Filtro no-orientado: cuando deja pasar las frecuencias espaciales de un determinado rango en cualquier orientación.
Existen dos métodos para realizar filtrados de imágenes.
- El primer método y mayormente empleado ( dominio espectral) consiste en, dada una imagen que deseamos filtrar y un filtro que elegimos en función de los resultados que pretendemos lograr, se calcula el producto del espectro de amplitud por el filtro (FTM), con lo que obtenemos la imagen filtrada.
- El segundo método (dominio espacial), de uso más restringido, consiste en, dada una imagen y un filtro, se halla la fpp (función de pesos del punto o función de respuesta al impulso), mediante la aplicación de la IFT (Transformada inversa de Fourier) al filtro y el resultado se convoluciona con la imagen, con lo que obtenenmos la imagen filtrada.
3.10 Modelos basados en canales psicofísicos
Despues de varias investigaciones de Campbell y Robison,Blakemore,Granham y Nachmias,Kulikowsky y king-Smith y Daugman.Aparecen modelos alternativos del S.V.H el modelo unicanal y multicanal.
Unicanal: considera que el S.V. se comporta como un filtro espacial, cuyas características vienen definidas por la Función de Sensibilidad al Contraste (o FTM= Función de Transferencia de Modulación del S.V.H.). Por tanto, ante cualquier señal bidimensional (o imagen) que se introduzca en el sistema se producirá como respuesta una versión filtrada de la forma de onda de esta señal original. Además, la detectabilidad de un enrejado dependerá del umbral de percepción del contraste de alguno de sus componentes armónicos
multicanal : La FSC sería un reflejo de la actividad de un cierto número de canales psicofísicos especializados , cada uno responde a un estrecho rango de frecuencias espaciales. En consecuencia el modelo multicanal presupone que el SVH ejecuta algo parecido al análisis de Fourier de la imagen de entrada y que cada canal analiza unos determinados componentes espectrales.
3.11 Pruebas sobre existencia psicofísica (mirar web)
3.12 Características de los canales psicofísicos
