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)
Sistemas de Telecomunicações
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
Sistemas de Telecomunicações
Sensibilidade do SVH aos vários
comprimentos de onda
Sistemas de Telecomunicações
TELEVISÃO
MONOCROMÁTICA
Sistemas de Telecomunicações
Sensibilidade Média do Sistema Visual Humano
Rendimento luminoso para vários tipos de lâmpadas a 220 V
Tipo de
lâmpada
Incandescente
Incandescente
Incandescente
Vapor mercúrio
Vapor mercúrio
Fluorescente
Fluorescente
Potência
(W)
40
100
200
80
250
20
40
Fluxo luminoso
(lm)
430
1380
2950
3100
11500
1000
2000
Rendimento
(lm/W)
11
14
15
39
46
50
50
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.
Sistemas de Telecomunicações
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


tg=dmin/dobs
N=h/dmin
Para dobs /h ~ 8 tem-se Nmáx ~ 425 linhas
Sistemas de Telecomunicações
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.
Sistemas de Telecomunicações
Fracção útil dos varrimentos horizontal e
vertical
Tu
TL
 linhas=N1






 linhas=N2
 linhas=N3
 linhas=N4
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
Sistemas de Telecomunicações
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)
Sistemas de Telecomunicações
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.
Sistemas de Telecomunicações
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.
Sistemas de Telecomunicações
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.
Luminância (Yorig)
Tensão (V1)
Tensão (V2~V1)
Luminância (YTV)
Cena real

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 = K2 V1  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 ~
Sistemas de Telecomunicações
1.3
O Sinal de Vídeo Composto

Designa-se por sinal de vídeo composto o sinal de vídeo incluindo os
sinais de sincronismo
Sistemas de Telecomunicações
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 H TL /Nu= 2 H /(fLNu)= 2 H /(FNTNu)

Se RV=RH,
Ts =2 H /(F V K A N2T)
(F: frequência de imagem)
LBvídeo~1/Ts=AK V F N2T/ (2H)
Sistemas de Telecomunicações
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).
Sistemas de Telecomunicações
TELEVISÃO
POLICROMÁTICA
Sistemas de Telecomunicações
Adição e Subtracção de Cores Primárias
RGB
(Monitores a cores;
Câmeras de vídeo)
CMY
(Impressoras a cores)
C  1  R 
 M   1  G 
    
Y  1  B 
(Supondo cores normalizadas
no intervalo [0,1] )
Sistemas de Telecomunicações
Relembrar ... sensibilidade do SVH aos
vários comprimentos de onda
Sistemas de Telecomunicações
Utilização dos primários RGB em TV
Sistemas de Telecomunicações
Colorímetro

O colorímetro é um aparelho de medida utilizado na análise das cores.
C

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
Sistemas de Telecomunicações
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 e C2=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)
b=B/(R+G+B)

r+g+b=1
Sistemas de Telecomunicações
Triângulo das cores
r+g+b=1
Sistemas de Telecomunicações
Diagrama de Cromaticidade
Cores espectrais puras
Sistemas de Telecomunicações
Diagrama de Cromaticidade da CIE
NTSC
PAL, SECAM
Sistemas de Telecomunicações
Os Vários Primários

Primários ideais




Primários NTSC




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
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
Sistemas de Telecomunicações
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.
Sistemas de Telecomunicações
No Tempo: Do Preto e Branco à Côr
Sistemas de Telecomunicações
Como se impede a visibilidade da subportadora 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
Sistemas de Telecomunicações
O SISTEMA NTSC
Sistemas de Telecomunicações
Sensibilidade a Desvios de Côr
O olho humano não é igualmente sensível a variações de
côr em todas as direcções.
Elipses de Mac Adam
(representam as áreas de igual percepção
à variação da cor)
Direcções de máxima e mínima
sensibilidade
 LBI (~ 1.3 MHz) > LBQ (~ 400 kHz)
Sistemas de Telecomunicações
O SISTEMA PAL
Sistemas de Telecomunicações
Trocando misturas de cor por erros de saturação
V
A
N=Aej = Acos  + jAsin 
P=Ae-j = Acos  - jAsin 
N

U
U=Re(N+P)/2=Acos 
V=Im(N-P)/2=Asin 
P
NR=N.ej
PR=P.ej
V
NR
UR=Re(NR+PR)/2=Ucos 
VR=Im(NR-PR)/2 = Vcos 
N


U
P
PR
´=arctg(UR/VR)= arctg(U/V)=  
mesma matiz !
A´=sqrt(UR2 + VR2 )=A cos   cor menos saturada !
Sistemas de Telecomunicações