PROSÓDIA E SINTAXE: UM ESTUDO PERCEPTIVO SOBRE ESTRUTURAS ...
José Braz 2003 Visão por Computador Formação da Imagem Processo Perceptivo Geometria Radiometria...
Transcript of José Braz 2003 Visão por Computador Formação da Imagem Processo Perceptivo Geometria Radiometria...
José Braz 2003
Visão por Computador
Formação da Imagem
Processo Perceptivo
Geometria
Radiometria
Lentes e Sensores
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
Porquê estudar a visão?
Porque é um sentido poderoso que permite:
Identificar Objectos
Determinar a posição de Objectos
Determinar relações entre Objectos
Interagir com o mundo sem contacto físico
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
Array Óptico:A percepção inicia-se não com a imagem na retina mas com um array óptico de raios de luz que chegam ao observador
Ausência de representação:A observação do array óptico traduz directamente informação sobre a estrutura do ambiente, do movimento dos objectos e do observador
Observador Activo:O observador amostra activamente o array óptico para detectar os invariantes que lhe permitam concluir a sua acção
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
A sistematização do processo perceptivo passa por 3 níveis:
Teoria da computação:Construção de modelos matemáticos da relação entre os dados observados (imagens) e as características que se pretende determinar. (estudar aspectos como : O problema tem solução? É ùnica?)
Algoritmos e Estruturas de dadosDesenhar algoritmos e estruturas de dados que, aplicados aos dados de entrada produzam a saída desejada. ( Com atenção a aspectos como a estabilidade e robustez dos Algs. e Ests.)
Implementação:Passar os algoritmos para uma máquina (série ou paralela)
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
Percepção de profundidade
A percepção do espaço que nos rodeia é possível devido à conjunção de várias pistas visuais:
Estereoscopia
Movimento
Distribuição de Sombras
Texturas (gradientes)
Conhecimento Prévio
Foco (acomodação)
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.2.1 Projecções Geometricas Planas
Paralelas Perspectivas
Ortogonais Obliquas
Multivistas
Axonométricas
Cavaleira
Gabinete
Paralela
1 ponto de fuga
Angular
2 pontos de fuga
Obliqua
3 pontos de fuga
Isométrica
Dimétrica
Trimétrica
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.2.1 Projecções Geometricas Planas
As projecções geométricas planas podem distinguir-se em duas grandes classes, quando comparamos a posição dos centros de projecção, definindo-se centro de projecção como o ponto de intersecção de todas as projectantes.
Projecção ParalelaAs projectantes são rectas paralelas, isto é, o centro de projecção está colocado no infinito...
Projecção PerspectivaO centro de projecção está situado a uma distancia finita do plano de projecção e todas as projectantes concorrem no centro de projecção
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
a
b
a'
b'
Objecto
ImagemProjectante
Centro deProjecção
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.2.1 Projecções Geometricas Planas
ProjecçãoParalela
Projecção Perspectiva
a
b
a'
b'
Objecto
Imagem
Projectante
Centro deProjecção no
Infinito
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.2.2 Projecção Perspectiva
Considerando:O Sistema de Coordenadas do Mundo (X,Y,Z)
Y
(x,y,z)
X
Z
U
V
f
O plano de projecção (U,V) - ortogonal ao eixo Z- deslocado em f da origem de coordenadas do SCM, no eixo dos Z.
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.2.2 Projecção Perspectiva
Temos (numa visualização do plano ZY)
Z-Z
Y
-Y
(0,0,0)
P (x,y,z)
(xp,yp,f)
Plano de Projecção
f
Pretendemos determinar as coordenadas (xp,yp,f) da projecção do ponto P no plano de projecção
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.2.2 Projecção Perspectiva
Recorrendo à equivalência de triângulos:
Z-Z
Y
-Y
(0,0,0)
P (x,y,z)
pp
y y yfy
f z z
pp
x x xfx
f z z
(xp,yp,f)f
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.2.2 Projecção Perspectiva
Para obtermos a representação matricial da transformação em coordenadas homogeneas
? ? ? ?
? ? ? ?
? ? ? ?
? ? ? ? 1
ph
ph
ph
ph
x x
y y
z z
w
Sabemos que:
p
p
xfx zyfy z
1
p
p
z f
w
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.2.2 Projecção Perspectiva
Multiplicando:
p
p
xfx zyfy z
1
p
p
z f
w
Pelo factor homogéneo zf
Obtemos os valores no sistema de coordenadas homogéneo:
ph
ph
x x
y y
ph
ph
z z
zw f
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.2.2 Projecção Perspectiva
Sabemos que:
ph
ph
x x
y y
ph
ph
z z
zw f
1 0 0 0
0 1 0 0
0 0 1 0
10 0 0 1
ph
ph
ph
ph
x x
y y
z z
w f
Então a matriz de transformação é:
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.2.2 Projecção Perspectiva
O valor das coordenadas no sistema de coordendas do mundo é
ph
ph
ph
ph
ph
ph
xwp
ywp
zwp
zfph
x
y
z
w
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.3.1 Brilho
Como determinar o brilho de um ponto na imagem?
Brilho da imagem versus Brilho da cena (superfície/mundo real)
Brilho = f (radiância, irradiância)
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.3.2 Irradiância (E)
Fluxo que atravessa uma (incide numa) superficie por unidade de área [W m-2].
Fluxo: potência radiante, ou seja a quantidade de energia por unidade de tempo que atravessa uma (incide numa) superficie [Js-1 = W]
O escurecimento de uma película fotográfica depende da irradiância.
Fala-se em irradiância ambiente.
A irradiância da imagem depende da radiância da superficie e do sistema óptico E= f (L, SO)
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.3.3 Radiância (intensidade especifica)
Potência emitida por unidade de área num cone de direcção com angulo sólido unitário.
(Quociente entre a intensidade observada num certo elemento de superficie, numa dada direcção, e a area da projecção ortogonal deste elemento de superficie num plano perpendicular àquela direcção)
A radiância de uma superfície depende, normalmente, do ângulo de observação.
Fala-se em radiância da superfície ou do objecto.
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.4.1 Modelo de Camera pinhole
Situação ideal: modelo de câmara pontual (pinhole)Só a luz vinda do furo atinge o plano de imagemCada ponto na imagem corresponde a um único ponto 3D
Distância Focal
O Eixo óptico
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.4.2 Problema da Câmara pin-hole
Se a abertura do “pinhole” é infinitesimal não chega luz suficiente ao plano da imagem
Se aumentarmos a abertura do furo dá-se refracção no bordo e a luz é espalhada por toda a imagem: um ponto é projectado num círculo!
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.4.3 Lentes
A solução para o problema da câmara pinhole passa pelo recurso a lentes
A utilização de lentes permite:1. A mesma projecção da câmara pontual2. Captar uma quantidade de luz não nula.
(Quanto maior a lente maior o angulo sólido que ocupa quando vista do objecto)
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.4.4 Lente Ideal
O raio que passa pelo centro da lente não é deflectidoOs restantes raios intersectam-se num ponto único, juntamente com o raio central
Z’ Z
f distância focal(parâmetro da lente)Só é focado um plano!
1 1 1
z z f
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.4.5 Focagem de um Plano
Um ponto a distância Z1 só ficará focado se deslocarmos o plano de imagem em:
Z’ Z
Z’1 Z1
)()( 11
1 ZZfZ
f
fZ
fZZ
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.4.6 Circulo de Confusão
Se uma lente estiver focada para a distância Z, os pontos a uma distância Z’ originam círculos de diâmetro:
Z
d
Z’
δ
δ = (d/Z’)|Z’-Z|
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.4.7 Circulo de Confusão
A Profundidade de campo é o intervalo de distâncias bem focadas, ou seja quando o círculo de confusão é menor do que a resolução do sensor de imagem
A Profundidade de campo depende do sensor, e é tanto menor quanto maior a abertura da lente
José Braz, 2003
2. Formação da Imagem
2.1 Processo Perceptivo
2.2 Geometria
2.3 Radiometria
2.4 Lentes e Sensores
2.4.8 Sensores – Eficiência Quântica
O fluxo incidente de electrões gera pares electrão- lacuna
Alguns fotões atravessam o sensor sem o afectar, outros são reflectidos ou perdem energia de várias formas.
q() - A Eficiência Quântica é a relação entre o fluxo de fotões incidente e o fluxo de electrões dele resultante.
Depende da energia do fotão (), do material do sensor e do método de medição de corrente.
Tubos de vácuo q() - baixo
Fotografia q() – baixo
CCD’s q() - elevado