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Tecniche di elaborazione delle immagine
Parte II:
La percezione del colore
Docente: Prof. Paolo Ugo
Università Cà Foscari di Venezia
IL MECCANISMO DELLA VISIONE UMANA
COLORE
LUCESENSAZIONE VISIVA SOGGETTIVA
SENSI E INTERPRETAZIONE
CONTESTO PERCETTIVO
CONTESTO PERCETTIVO
Percezione visiva:Percezione visiva:1.acquisizione immagine1.acquisizione immagine2.elaborazione2.elaborazione3.interpretazione3.interpretazione
PERCEZIONE VISIVA
ACQUISIZIONE IMMAGINI
ELABORAZIONE DATI
INTERPRETAZIONE
OCCHIO E CERVELLO
L’occhio umano: funzionamento
L’occhio umano, può per certi versi essere paragonato ad una macchina fotografica.
Dispone, infatti, di: un obiettivo (il cristallino);
un sistema di regolazione dell’apertura (iride e pupilla);
una superficie sensibile alla luce su cui viene messa a fuoco l’immagine (la retina);
una vera e propria camera oscura formata da un bulbo annerito all’interno, in modo che tutti i raggi vengano assorbiti e non influenzino negativamente la ricezione della retina.
Componenti “fotografiche” dell’occhio
• Tessuti trasparenti per passaggio luce
• Fondo scuro per evitare riflessi interni
• Diaframma regolabile per dosare luce
• Lente a lunghezza focale (rifrazione) variabile
• Sistema di pulizia della superficie (lacrime)
• Meccanismi di posizionamento (muscoli extraoculari)
• Segnale in uscita: nervo ottico
L’occhi = diottro (cornea, umor acqueo e umor vitreo) di indice di rifrazione 1.33 + lente biconvessa, il cristallino, di indice di rifrazione 1.44, in cui la curvatura della faccia anteriore può essere modificata dalla contrazione dei muscoli ciliari, variando in tal modo la distanza focale della lente.
Cornea e cristallino formano nel loro insieme una lente convergente (con una distanza focale variabile fra 2.4 e 1.7 cm), che proietta sulla retina le immagini rimpiccolite e capovolte.
Retina = trasduttore attivo (parte del cervello) Retina = trasduttore attivo (parte del cervello) costituito da miliardi di recettori sensibili (pellicola costituito da miliardi di recettori sensibili (pellicola o sensore digitale). o sensore digitale).
I recettori non sono distribuiti omogeneamente, I recettori non sono distribuiti omogeneamente, ma sono concentrati nella ma sono concentrati nella foveafovea. Le parti . Le parti periferiche della retina percepiscono quando un periferiche della retina percepiscono quando un oggetto entra nel campo visivo e determinano il oggetto entra nel campo visivo e determinano il movimento istintivo di testa ed occhio per movimento istintivo di testa ed occhio per “centrare” l’immagine nella fovea.“centrare” l’immagine nella fovea.
Sorgente luminosa che stimola un’area retinica
Cellule recettoriali
segnali Assone del nervo ottico
elettrodo
LUCE
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
LUNGHEZZA D’ONDA
(tonalità del colore)
AMPIEZZA
(intensità luminosa)
…………un po’ di storia….NEWTON
ESPERIMENTO DEL PRISMA
Luce bianca radiazione non monocromatica
1°modello di rappresentazione del colore
PERCEZIONE VISIVA UMANA DI TIPO SINTETICO
•Unica radiazione monocromatica
•Somma di più radiazioni
PERDITA DI INFORMAZIONE SULLA LUNGHEZZA D’ONDA intensità della luce incidente e sensibilità recettori
E’ possibile usare un unico fotorecettore ?????
È costituita da un epitelio pigmentato monostratificato e dallo strato nervoso che è sensibile alla luce.
Nella parte più esterna della retina sono situate le cellule sensibili alla luce, i bastoncelli e i coni.
La retina
PRIMI ANNI DELL’800 - THOMAS YOUNG – TEORIA DELLA VISIONE - SVILUPPATA POI DA H.
HELMHOLTZ- TEORIA TRICROMATICA DEL COLORE
TRE TIPI DI FOTORECETTORI
CONI S
(short wavelength)
Picco di assorbimento circa a 437 nm
CONI M(middle wavelength
Picco di assorbimento ca 533 nm
CONI L
(long wavelength
Picco di assorbimento circa a 564 nm
Coni sensibili ai colori (visione diurna) e bastoncelli (visione notturna, in B&W)
CONI VISIONE DIURNA (fotopica)
BASTONCELLI VISIONE NOTTURNA (scotopica)
In entrambi i fotorecettori è presente:
•Segmento esterno
•Segmento interno
•Nucleo
•Terminale simpatico
PIGMENTO DI CONI E BASTONCELLI COSTITUITO DA:•PROTEINA (OPSINA) + MOLECOLA DI 11-CIS RETINALE
IODOPSINA(coni)
RODOPSINA(bastoncelli)
LUCE MODIFICAZIONE CONFORMAZIONALE
ATTIVITA’ ENZIMATICASEGNALE NERVOSO
Se proteina e cofattore sono identici, perché i Se proteina e cofattore sono identici, perché i coni assorbono a lunghezze d’onda diverse???coni assorbono a lunghezze d’onda diverse???
CONI:
•Zona centrale della retina (fovea)
•Associazione uno ad uno con le fibre nervose acuità visivaBASTONCELLI:
•Zona periferica
•Legati a gruppi alle cellule nervose minor acuità visiva, maggiore sensibilità alla luce
SENSIBILITA’ DEI CONI
SENSIBILITA’ DEI CONI
I coni S,M,L, sono presenti in proporzioni relative diverse nella retina:
•coni S: 3-5% dei coni foveali, 15% dei coni ai lati della fovea e 8% nelle altre regioni•coni M e L: difficili da distinguere
VISIONE TRICROMATICA DA UN PUNTO DI VISTA EVOLUTIVO
Proteine che costituiscono i pigmenti derivino da un comune gene progenitore che ha prodotto gli altri
SI SUPPONE CHE:
Meccanismo di duplicazione genica
1. Rodopsina + progenitore del gene codificante per i tre pigmenti
2. Rod+gene codificante per il pig. Blu + progenitore del gene codificante per i restanti 2 pigmenti
3. Duplicazione dell’ultimo gene progenitore
Grado di somiglianza tra geni è proporzionale al tempo intercorso dalla
loro separazione
sequenze aminoacidiche dei pigmenti sensibili al verde e al rosso sono identiche al 96% origine piuttosto recente
il grado di somiglianza per i geni del blu e Rosso/verde è pari al 43%.
ANOMALIE DELLA VISIONE CROMATICA
DALTONISMO
pratanopia deuteranopia
tritanopia
La rodopsina
Quando la luce viene assorbita dal pigmento produce una modificazione conformazionale della molecola di retinale associata all'opsina che passa dalla forma «cis» alla forma «trans», il cui ingombro sterico è minore. Ciò da il via ad una specifica attività enzimatica dell’opsina associata che cessa con il ripristino del pigmento nello stato di partenza. Le molteplici reazioni chimiche che avvengono finiscono con la produzione di un segnale nervoso.
• The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1967
• "for their discoveries concerning the primary physiological and chemical visual processes in the eye"
• Ragnar Granit • Haldan Keffer Hartline • George Wald
Meccanismo fototrasduttivo della visione
La retina agisce da fototrasduttore, vale a dire permette la trasformazione dell’energia luminosa dei fotoni in impulsi elettrici, i quali vengono convogliati, già parzialmente elaborati, al cervello: tale passaggio da segnale luminoso a segnale elettrico si chiama fototrasduzione.
Curiosità: La visione dei gattiNormalmente la luce che sfugge, quando è assorbita da un bastoncello sensibile, trapassa la retina e si perde; dietro la retina di un gatto esiste un tessuto che fa da specchio naturale, che si chiama tapetum (tappeto lucido): esso riflettendo la luce dispersa verso l'occhio, permette di recuperare il fascio luminoso verso la cellula nervosa e questo aiuta il gatto a ricevere un'immagine accettabile della preda attribuendole la caratteristica lucentezza degli occhi, come ad altri animali notturni.