Dr inż. Krzysztof Petelczyc Optyka Widzenia

• Literatura:

– http://webvision.med.utah.edu/book

– A. Valberg „Light Vision Color”

– D. Atchison, G. Smith „Optics of Human eye”

– M. Zając „Optyka okularowa”

Plan wykładu

1. Wstęp – Filozofia widzenia, złudzenia optyczne 2. Fotometria i kolorymetria 3. Optyczne układy obrzazujące 4. Budowa ludzkiego oka 5. Modele ludzkiego oka 6. Akomodacja 7. Siatkówka i kodowanie nerwowe 8. Algorytmy kodowania obrazów 9. Mechanizmy adaptacyjne 10. Widzenie barwne 11. Widzenie przestrzenne 12. Psychofizyka 13. Wady wzroku i okulistyka 14. Chirurgia optyczna 15. Zaliczenie

Wykład 1

Wstęp - Filozofia widzenia, złudzenia optyczne

Co widzimy?

• Świat takim jakim jest?

• Nasze wyobrażenie świata?

• Światło docierające do naszych oczu?

• Reprezentację, odbicie rzeczywistości?

Co otrzymują oczy - bodziec?

• Natężenie światła w poszczególnych punktach przestrzeni

• Widmo spektralne tego światła

• 2 płaskie obrazy

• Wszystko się rusza

• Obraz odwrócony

Co widzimy - wrażenie?

• Trójwymiarowy, spójny i ciągły nieodwrócony obraz

• Twarze, zwierzęta, przedmioty, litery

• Kolory, perspektywa, ruch, głębia, jasność

Pytanie

• Czy właściwości jakościowe (np. kolory) których doświadczamy bezpośrednio i natychmiastowo to właściwości świata czy wytwory naszego postrzegania, tj. mózgu?

• „jeżeli wrażenie które nazywamy kolorem ma jakiekolwiek prawa, musi być coś w naszej naturze, co determinuje formę tych praw” – James Clerk Maxwell

Promienie widzenia

• Euklides: oczy wysyłają promienie, które dotykają obiektów i wracają do oczu z informacją o nich – widzenie czynne

• Aparat fotograficzny: oczy odbierają światło które stanowi kompletną informację o widzianej scenie – widzenie bierne

• Widziana scena jest jedynie hipotezą obrazu odbieranego przez oczy? Kolor, głębia, ruch

Bodźce a qualia (wrażenia, odczucia)

• Światło o długości fali nie jest ani koniecznym ani wystarczającym warunkiem odczucia czerwieni

• Wrażenia są niedostępne bezpośrednio i czysto subiektywne

• Potencjały elektryczne -> wrażenie jak??

• Wrażenia są przypisywane przedmiotom na zewnątrz

Proces psychofizyczny widzenia

• Obrazowanie – układ optyczny oka • Detekcja i rozpoznanie – fotoreceptory • Kodowanie nerwowe i transmisja sygnału

– 100 mln 2 mln

• Adaptacja • Zróżnicowanie i struktura

– 40 różnych obszarów widzenia w mózgu

• Identyfikacja, rozpoznanie i interpretacja – inne zmysły i wyższa aktywność myślowa, taka jak

pamięć, kontekst, wola itp

Ścieżka nerwowa widzenia

100 mln czopków + 6 mln pręcików

2 mln komórek nerwowych w siatkówce i podobna ilość włókien nerowych w nerwie wzrokowym

500 mln komórek nerwowych w ośrodku widzenia mózgu

Kontrast

• Najważniejszą cechą środowiska wzrokowego są różnice w jasności i kolorze - które zwykle nazywamy kontrastem. Kontrast w odniesieniu do tła jest warunkiem zasadniczym dla widzenia w ogóle. Bez kontrastu, ani kształt obiektu ani jego ruch nie zostałby wykryty (identyfikacja obiektu wymaga zwykle nawet większych kontrastów niż detekcja)

Analiza sygnału

• światło -cień - jasność - ciemność - jaskrawość - kontrast - kolor -tekstura - linie, kontury - forma -orientacja - głębia - odległość - wielkość - pozycja przestrzenna - pierwszy plan -tło - ruch - kierunek - prędkość - zmiany czasowe itp.

• Linie – tło vs obiekt – litera – słowo - zdanie

Szkoła Gestalt

• Co odróżnia obiekt od tła?

– Symetria

– Gładka ciągłość

– Zamknięcie

– Równoległość

– Bliskość

– Podobieństwo

– Wspólny los

PRZERWA

Iluzje optyczne Wszystkie prezentowane iluzje pochodzą ze strony http://www.moillusions.com

• Platon – wszystkie nasze wrażenia świata to

iluzja. Jesteśmy mieszkańcami jaskini i nie możemy doświadczać świata na zewnątrz bezpośrednio a jedynie próbować nadać mu kształt i sens dzięki cieniom które pojawiają się na ścianach jaskini

Cienie

Cienie

Iluzje optyczne

• Iluzje optyczne dają podstawowe informacje co dzieje się w procesie widzenia, a to to gdzie percepcja popełnia „błąd” daje odbicie normalnej funkcjonalności i ograniczeń widzenia.

• Iluzje są więc używane jako narzędzie do zrozumienia jak mózg reprezentuje rzeczywistość?

„zwykłe iluzje”

http://www.youtube.com/watch?v=-zHq4UVICPI

Iluzje oceny jasności

http://www.moillusions.com/2011/05/grouping-by-contrast.html

Iluzje oceny kontrastu

Iluzje oceny koloru

Iluzje oceny ruchu

Iluzje oceny ruchu

Stałość koloru

Wypełnienie kolorem

Tło czy obiekt?

W lewo czy w prawo?

Dalej czy większe?

Widzimy co chcemy widzieć

Dalej czy mniejsze?

Rodzaje iluzji

• Fizyczne (optyczne)

• Fizjologiczne (nerwowe)

• Psychologiczne (kognitywne)

• Podział ten nie jest dobrze określony

Sztuka

Sztuka

Zadanie na zaliczenie

• Wykonać reklamę specjalności w dowolnej technice (rysunek, konstrukcja, instalacja do sfotografowania) opartą na złudzeniu optycznym (bez użycia grafiki komputerowej)

• Zasady pracy: – Zespoły 4 lub 5 osobowe w składzie losowym z wyznaczonym liderem – Lider odpowiada za koordynację pracy, rozdział zadań i zaliczenie

zadania. – Ocena opiera się na ocenie (w skali 0-5) pomysłu, jakości wykonania

oraz terminowości. Łącznie do zdobycia maksymalnie 15 punktów – Lider otrzymuje jedną trzecią punktów zespołu zaokrąglane do połowy

oceny (sposób zaokrąglenia „w górę” lub „w doł” zależy do decyzji lidera).

– Lider rozdziela sumę punktów (lub 4/3 tej wartości w przypadku zespołu 5 osobowego) między członków zespołu oceniając ich wkład pracy. Suma wyznaczonych przez niego ocen pozostałych członków zespołu nie może być wyższa niż suma punktów zdobytych przez zespół. Nie można także postawić nikomu mniej niż 3 punkty, chyba, że projekt nie został zaliczony.

Zadanie na zaliczenie

• Przykład: – Zespół uzyskał oceny:

• Terminowość: 5 • Pomysł: 4 • Wykonanie: 2 • Łącznie: 11 punktów

– Lider otrzymuje ocenę 4,0 lub 3,5 w zależności od swojej decyzji

– Członkowie zespołu mogą otrzymać oceny: • 4; 4; 3; • 5; 3; 3; • 3,5; 3,5; 3,5;

Zadanie na zaliczenie

• Termin wykonania zadania: – 12 czerwca 2012

• Każdy tydzień opóźnienia to 1 punkt mniej oceny z terminowości

• Pomysł – 3 kwietnia 2012

• Pomysły przedstawią liderzy zespołów w formie tytułu i opisu – (max. 1 strona A4)

• Każdy tydzień opóźnienia to 1 punkt mniej oceny z terminowości

– Komisja oceni pomysły tworząc ich listę rankingową • 1 miejsce 5 pkt, 2 miejsce 4 pkt itd… • możliwe pozycje ex aequo

– Komisja oceni wykonanie tworząc listę rankingową • 1 miejsce 5 pkt, 2 miejsce 4 pkt itd… • możliwe pozycje ex aequo