Detekce světla
Aplikovaná optika 2 - přednáška
- křivka zčernání, expozice
- světlocitlivá emulze, CCD
- komprese signálu zrakovou dráhou
Detektory světla
Fotocitlivá emulze
- fotocitlivá vrstva halogenidů sříbra (např. AgBr)
- reakcí na osvětlení je redukce stříbra do formy kationtů
(latentní, neviditelný obraz)
- funkcí vývojky (např thiosíran sodný, Na2S2O3.5H2O)
se množství redukovaného stříbra znásobí miliardkrát
ustalovač redukuje zbylé AgBr na vodorozpustnou sůl,
která je následně vymita vodou
- křivka zčernání a vliv délky vyvíjení obrazu
Oko
reakční doba 0,1s
elektrochemické změny
lze použít i v rtg oblasti
nesenzibilované vrstvy (necitlivé na zelenou),
ortochromatické, panchromatické
barevný film: tři vhodné vrstvy pod sebou
Uvažujme detektor o citlivosti s[ASA]. Expoziční potřebu , [EV] , pro danou scénu při použití tohoto
detektoru zavádíme prostřednictvím vztahu
zjevně, posun o 1 EV představuje prodloužení/zkrácení expoziční doby t faktorem 2, při zachování clony c
použitého objektivu.
V praxi je výhodné opírat se o expoziční potřebu vztaženou k pevně zvolené citlivosti detektoru,
zpravidla 100 ASA. Převodní vztah má tvar
Kombinací obou vztahů dostáváme předpověď potřebné délky expozice
Praktické rozsahy běžných scén se pohybují v rozsahu od
EV100=16 (sněhové plochy za slunečného dne) do
EV100=-9 (Mléčná dráha).
Kromě expoziční potřeby má každá scéna ještě expoziční
rozsah, vyjadřující kolísání světelného obsahu v rámci scény.
dynamický rozsah záznamového media
expoziční rozsah
expoziční pružnost detektoru pro danou scénu
t
cSEV
2
2 =
100
2 100
sEVEVS
=−
Detektory světla
100
2
100
2
EVs
c
t =
rozložení intenzit je nesprávné:
chybí tmavé tóny;
obraz se jeví zastřený
oprava je možná jen částečně;
způsobuje nepřirozené
rozložení barev
rozložení intenzit je esprávné:
chybí světlé tóny;
obraz se jeví zastřený
oprava je možná jen částečně;
způsobuje nepřirozené
rozložení barev
HDRI kombinace snímků
snímek exponovaný „na stíny“ snímek exponovaný „na světla“
Detektory světla
CCD (Charge Coupled Device)
pracuje na principu fotoefektu, předchůdcem je fotonka
má schopnost zachytit elektrony uvolněné z materiálu působením světla, pokud
výstupní práce A materiálu je konstatnou každého materiálu, bývají to desetiny až jednotky eV
technicky se jedná o polovodičovou součástku typu MOS:
polovodič překrytý oxidovou vrstvou a kovem, vybavený množstvím elektrod
reálné pixelové rozlišení je sníženo maskováním kvůli barevné informaci
vhodným klíčováním napětí v elektrodách jsou elektrony drženy v oblasti
kde vznikly a následně postupně transportovány na výstupní elektrodu
Zraková dráha jako neuronová síť – transformace a komprese obrazu
sítnice vzniká odštěpením z mozkového základu → je schopna samostatně (před)zpracovávat nervové signály
4 neurony mezi sítnicí a týlním lalokem
- tři z nich v rámci oka (tyčinky a čípky, bipolární buňky, gangliové buňky )
- čtvrtý v postranním kolínkovém tělísku mezimozku (křížení optických drah, odbočky ze zrakové dráhy)
+ asociační buňky (horizontální buňky a amakrinní buňky)
optický nerv obsahuje asi 1 milion nervových vláken (axonů)
čípky
- cca 6-7 milionů, 150 000/mm2 v makule, 6 000/mm2 3 mm od fovey
- jodopsiny, třetí pigment vznikl u primátů před cca 40 mil. lety
tyčinky
- cca 120 milionů, prstencové nahromadění kolem makuly, cca 160 000/mm2,
v periferních oblastech 30 000/mm2
- rodopsin
individuální spojení: 1 čípek → 1 bipolární buňka (fovea)
difůzní spojení: několik smyslových buněk → 1 bipolární buňka
několik bipolárních buněk → 1 gangliová buňka
Zraková dráha jako neuronová síť – transformace a komprese obrazu
Princip činnosti neuronů
- přenos vzruchu mezi neurony pomocí iontových kanálů
- princip vážených vstupů dendritické sítě
- nelineární odezva aktivací axonu
- myelinové pochvy pro urychlení šíření vzruchu axonem
- zřetězení neuronů umožňuje prakticky libovolnou
transformaci vstupních dat
- je možné konstruovat síť, která prakticky bezeztrátově
přenáší informaci přes vrstvu, která má velmi malý
počet neuronů → komprese
- mozek, zdá se, navíc komprimovaně data
přenáší ve formě kanálů (hrany v obrazu, pohybující
se objekty,…)
Basheer&Hajmeer,sciencedirect.com
heatonresearch.com
z Daszykowski et al, sciencedirect.com