Sistema Visual Humano (SVH)

1. Sistema Visual Humano (SVH) • Imagens são focadas na retina. • Retina: arranjo bidimensional de células fotoreceptoras (luz  impulsos eléctricos) • Acuidade visual: depende da densidade de células fotoreceptoras (Exemplos: Homem – 0.5 min; Falcão – 0.2 min) • Dois tipos de células fotoreceptoras: Cones (sensibilidade à cor) Bastonetes (sensibilidade à luminância) no. de cones  7106 (visão diurna ou fotópica) no. de bastonetes  120106 (visão nocturna ou escotópica) • Gama de intensidades visíveis  1010 (mas ... 102 de cada vez)

2. Acuidade visual  A B • Para conseguir distinguir A de B é necessário que  > min~ 0.5 minutos.  é possível reproduzir uma imagem através de um número finito e contínuo de linhas, suficientemente próximas. • Acuidade visual: V=1/ min

3. Sensibilidade do SVH aos vários comprimentos de onda

4. TELEVISÃO MONOCROMÁTICA

5. Sensibilidade Média do Sistema Visual Humano Intensidade luminosa JL = d /d= = 1380/4= = 109.8 cd   potência em W Um mau rendimento é consequência do espectro de potência da radiação emitida ter apenas uma pequena fracção da potência no espectro visível.

6. Acuidade Visual versus Número de Linhas • A acuidade visual é a capacidade do olho distinguir ou ‘resolver’ detalhe (informação espacial) numa imagem. Mede-se com a ajuda de imagens especiais, designadas miras. • A acuidade visual determina o número mínimo de linhas que a imagem deve ter para que o observador colocado a uma dada distância não as ‘distinga’ ou seja tenha uma sensação de continuidade espacial. • O número máximo de linhas que o sistema visual humano consegue distinguir numa mira de Foucault é dado por Nmáx ~ 3400 h / dobs • Para dobs /h ~ 8 tem-se Nmáx ~ 425 linhas  tg=dmin/dobs N=h/dmin

7. A Cintilação • O fenómeno da cintilação ou flicker torna indispensável a adopção de uma frequência de imagem superior à frequência crítica. • Para os écrans de TV usuais, a variação da luminância no tempo é exponencial decrescente, com constantes de tempo entre 3 e 5 ms.

8. Fracção útil dos varrimentos horizontal e vertical Tu TL • Número total de linhas: NT=N1+N2+N3+N4 • Número útil de linhas: NU=N1+N3 • Fracção útil do varrimento vertical: V= NU/ NT V típicos: 0.91 a 0.94 • Duração total da linha: TL • Duraração útil da linha: TU • Fracção útil do varrimento horizontal: H= TU/ TL H típicos: 0.805 a 0.826  linhas=N1  linhas=N3  linhas=N2  linhas=N4

9. Número total de linhas • Atendendo à acuidade visual: Nu=425 (linhas úteis) • Nu=V N´T; com V [0.91,0.94] fracção útil do varrimento vertical se V=0.92  N´T=462(número total de linhas sem considerar o factor de Kell) • Devido ao factor de Kell (K ~ 0.7), NT= N´T/K se N´T=462  NT=660(número total de linhas) • Nos sistemas “standard” • NT=625 (Europa: PAL, SECAM) • NT=525 (América: NTSC)

10. Sincronismo Horizontal e Vertical Devido às limitações dos dispositicos usados, é necessário que decorra algum tempo entre o final de cada linha e o início da linha seguinte e entre o final de uma campo e o início do campo seguinte -> retornos horizontal e vertical. Estes retornos são assinalados pelos pulsos de sincronismo horizontal e vertical, respectivamente.

11. Sincronismo Horizontal e Vertical (cont.) Retorno Horizontal Retorno Vertical • O sincronismo vertical é bastante mais complexo e longo que o horizontal, necessitando de garantir o entrelaçamento adequado dos 2 campos de cada imagem.

12. Cena real Correcção do Factor Gama A correcção do factor gama é introduzida para compensar o facto das câmaras e dos tubos de raios catódicos serem dispositivos não lineares. • Sendo Yorig a luminância da cena original, a câmara produz à saída uma tensão V1 = K1 Yorig 1 ( 1 ~ 0.3 - 1) • Por outro lado, a luminância reproduzida pelo tubo de raios catódicos tem uma variação semelhante YTV = K2V1 2( 2 ~ 2 - 3) ou seja a luminância original e reproduzida relacionam-se por YTV = K2 K1 2 Yorig 1 2 • Para obter um gama do sistema ( 1 2) entre 1 e 1.3, introduz-se um dispositivo não linear à saída da câmara que faz a correcção do factor gama com  1  2  cor ~ 1.3 Tensão (V2~V1) Luminância (YTV) Luminância (Yorig) Tensão (V1)

13. O Sinal de Vídeo Composto • Designa-se por sinal de vídeo composto o sinal de vídeo incluindo os sinais de sincronismo

14. Largura de Banda do Sinal de Vídeo TU • Na hipótese de iguais resoluções na horizontal e na vertical, RV=RH, tem-se: Nu= V K A NT (número de elementos de imagem distinguíveis na horizontal) V K NT - número de elemento de imagem distinguíveis na vertical A - relação largura altura do écran • Período da sinusóide: Ts =2TU/Nu= 2 HTL/Nu= 2 H/(fLNu)= 2 H/(FNTNu) • Se RV=RH, Ts =2 H/(F V K A N2T) LBvídeo~1/Ts=AK V F N2T/ (2H) (F: frequência de imagem)

15. O Sinal de Luminância na Frequência VHF: 30-300 MHz UHF: 300-3000 MHz • A modulação escolhida para o sinal de luminância foi a modulação de amplitude Vestigial Side Band (VSB) por ser bastante eficiente espectralmente e permitir esquemas simples de desmodulação como a detecção de envolvente. • A modulação VSB é obtida nos emissores a partir da sinal modulado em amplitude (Double Side Band - DSB), por meio de filtragem adequada. • O sinal de áudio é modulado noutra portadora, em AM ou FM (tipicamente FM).

16. TELEVISÃO POLICROMÁTICA

17. Adição e Subtracção de Cores Primárias RGB (Monitores a cores; Câmeras de vídeo) CMY (Impressoras a cores) (Supondo cores normalizadas no intervalo [0,1] )

18. Relembrar ... sensibilidade do SVH aos vários comprimentos de onda

19. Utilização dos primários RGB em TV

20. Colorímetro C • O colorímetro é um aparelho de medida utilizado na análise das cores. • O observador regula a intensidade dos primários R,G e B, até “equilibrar a cor C, i.e., até observar a mesma cor e o mesmo brilho nas duas metades do alvo. • Na calibração, escolhe-se C=W (branco de referência) e, na situação de equilíbrio, considera-se RW=GW=BW=1

21. Conceitos Básicos de Colorimetria • Seja C1 uma cor tal que: C1=R1+G1+B1 R1, G1, B1 são designados por coeficientes tri-estímulos de C1 • Lei de Grassmann Se C1=R1+G1+B1 eC2=R2+G2+B2 então: C1+ C2 =(R1+ R2 ) + (G1+G2 )+(B1 +B2) • Coordenadas Tricromáticas (r,g,b) Seja C=R+G+B; definindo r=R/(R+G+B) g=G/(R+G+B)  r+g+b=1 b=B/(R+G+B)

22. Triângulo das cores r+g+b=1

23. Diagrama de Cromaticidade Cores espectrais puras

24. Diagrama de Cromaticidade da CIE NTSC PAL, SECAM

25. Os Vários Primários • Primários ideais • Vermelho ( ~ 700 nm) com x ~ 0.74 e y ~ 0.27 • Verde ( ~ 520 nm) com x ~ 0.06 e y ~ 0.84 • Azul ( ~ 430 nm) com x ~ 0.17 e y ~ 0.1 • Primários NTSC • Vermelho com x ~ 0.67 e y ~ 0.33 • Verde com x ~ 0.21 e y ~ 0.71 • Azul com x ~ 0.14 e y ~ 0.08 • Primários PAL • Vermelho com x ~ 0.64 e y ~ 0.33 • Verde com x ~ 0.29 e y ~ 0.60 • Azul com x ~ 0.15 e y ~ 0.06

26. A Síntese da Imagem (cont.) A dimensão dos triângulos de luminóforos é tal que, à distância normal de visão, se verifica a fusão dos estímulos visuais.

27. No Tempo: Do Preto e Branco à Côr

28. Como se impede a visibilidade da sub-portadora de cor nos receptores monocromáticos? • Como fsc=(2n+1)/2 f l  Tl = (2n+1)/2 Tsc  crominância em oposição de fase em linhas consecutivas  valor médio da crominância “observada”  0 linha n linha n+1

29. O SISTEMA NTSC

30. Sensibilidade a Desvios de Côr Direcções de máxima e mínima sensibilidade Elipses de Mac Adam (representam as áreas de igual percepção à variação da cor) O olho humano não é igualmente sensível avariações de côr em todas as direcções.  LBI (~ 1.3 MHz) > LBQ (~ 400 kHz)

31. O SISTEMA PAL

32. V N A  U V P NR N  U PR  P Trocando misturas de cor por erros de saturação N=Aej = Acos  + jAsin  P=Ae-j = Acos  - jAsin  U=Re(N+P)/2=Acos  V=Im(N-P)/2=Asin  NR=N.ej PR=P.ej UR=Re(NR+PR)/2=Ucos  VR=Im(NR-PR)/2 = Vcos  ´=arctg(UR/VR)= arctg(U/V)=   mesma matiz ! A´=sqrt(UR2 + VR2 )=A cos   cor menos saturada !