PERCEPCIÓN VISUAL & IMAGEN DIGITAL

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

+