Proceso del Formaci on de Im agenes - Tec1 5 exp C2 T 1 (1) En rango de luz visible (1) se simpli ca...

Fuentes de Energıa (cont.)Objetos y escena

Proceso delFormacion de Imagenes

Leccion 02.2

Dr. Pablo Alvarado Moya

CE5201 Procesamiento y Analisis de Imagenes DigitalesArea de Ingenierıa en Computadores

Tecnologico de Costa Rica

I Semestre, 2017

P. Alvarado — TEC — 2017 Formacion de Imagenes 1 / 30


Contenido

1 Fuentes de Energıa (cont.)Energıa electromagnetica

2 Objetos y escena



Cuatro elementos de la formacion de imagenes

z

x y

y’

x’

Fuente de energıa

Imagen/SensorObjeto Camara



Energıa electromagnetica

1. Fuentes de Energıa




Fuentes de energıa

Energıa acustica

Energıa cinetica en haces de partıculas

Energıa mecanica en barrido por contacto






Onda transversal

Campos E y H ortogonales entre sı y a direccion depropagacion

λf = c

Rango de frecuencias: 24 decadas

Todo el rango usado en visualıstica.




Espectro electromagnetico

102

102

104

104

106

106

108

108

1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024

1

1

10−2 10−4 10−6 10−8 10−10 10−12 10−14 10−16

Ondas largas Radio Microondas IR UV Rayos X Rayos γ

λ[m]

f [Hz]

Espectro visible

400 nm700 nm

Longitud de onda

Frecuencia




Cuerpo negro

Fuente lumınica: distribucion espectral de energıa C (λ)

Potencia total emitida (flujo irradiado):

P =

∫ ∞

0C (λ) dλ

Modelo de cuerpo negro (energıa emitida en funcion de T ,Ley de Planck):

C (λ) =C1

λ5(

exp(

C2λT

)− 1) (1)

En rango de luz visible (1) se simplifica en la Ley de Wien:

C (λ) =C1

λ5 exp(

C2λT

)P. Alvarado — TEC — 2017 Formacion de Imagenes 9 / 30



Ley de Wien

λ [nm]

C(λ)

T = 3500K

T = 4000K

T = 4500K

T = 5000K

T = 5500K

00

200

400

500

600

800

1000 1500 2000

Temperatura del Sol:T ≈ 6000 K




Otros modelos lumınicos

Modelo de cuerpo negro insuficiente para describir tecnologıasactuales como

Fluorescencia

LED




Fluorescente

Líneas de mercurio

Longitud de onda [nm]

Espectro de un fluorescente Philips 48” (“luz solar natural”)




LED

Espectro de LED monocromaticos y blanco)




Otras caracterısticas de la radiacion electromagnetica

Ademas de la composicion espectral

Coherencia (LASER, Light Amplification by StimulatedEmission of Radiation)

Polarizacion

Orden de la iluminacion (directa o indirecta)

Puntual o difusa (relacionado con produccion de sombras)




Polarizacion

Polarización lineal

Polarización circular

Luz no polarizada

Placa de cuarto de onda

Polarizador lineal

Dave3457, Wikipedia



2. Objetos



Interaccion de radiacion emitida con las superficies de losobjetos a observar “impregna” a radiacion resultante deinformacion sobre el entorno.

Cadena radiometrica de formacion de imagenes: todo elproceso desde emision radiacion hasta arribo a la camara

Emision

EscenaEscena

Superficie

Deteccion

Conocer detalles de interacion sustenta eleccion deconfiguracion de escena para resaltar detalles de interes



Interaccion de la energıa irradiada con la materia

Interaccion modifica la energıa irradiada

Cambios incluyen: alteracion de direccion de propagacion ycomposicion espectral, atenuacion/amplificacion, polarizacion,etc.Radiacion Incidente

Absorcion

Emision

Reflexion

Transmision



Interaccion superficial o con objetos

Emision, transmision, reflexion y absorcion se pueden referir ainteracciones con superficies o con objetos de espesor finito.

Se usa sufijo -ividad para propiedades superficiales

Se usa sufijo -ancia para propiedades volumetricas



Definiciones (1)

Flujo radiante Φ: potencia total emitida por una fuente orecibida por un detector, [W].

Excitancia radiante M: potencia emitida por unidad de area,[W/m2].

Irradiancia: potencia recibida por unidad de area, [W/m2].



Definiciones (2)

Siguientes magnitudes adimensionales dependen de λ, direccion ypolarizacion de flujo incidente:

Reflectividad ρ (o reflectancia): tasa de flujo radiantereflejado Φr contra el flujo radiante incidente Φi :

ρ =Φr

Φi

Absortividad α (o absortancia): flujo radiante absorvido Φa

entre flujo radiante incidente Φi .

α =Φa

Φi



Definiciones (3)

Transmisividad τ (o transmitancia): cuanto del flujo radianteincidente Φi se mantiene como flujo radiante transmitido Φt .

τ =Φt

Φi

Emisividad ε (o emitancia) desempeno de un objetoactivamente radiante comparado con un cuerpo negro:

ε =Me(T )

Mcn(T )

Me exitancia de la fuente emisora, Mcn exitancia del cuerponegro a una temperatura T .ε < 1 pues modelo de cuerpo negro describe la exitanciamaxima de objeto a temperatura T .



Tipos de superficies

En equilibrio termodinamico se cumple

Φi = Φa + Φr + Φt

y por tantoα + ρ+ τ = 1



Tipos de superficies

Objetos y superficies idealizadas

Objeto Propiedad Descripcion

Cuerpo opacoε(λ) + ρ(λ) = 1τ(λ) = 0

No puede ser penetradopor radiacion. Toda radia-cion es emitida o reflejada.

Ventana idealε(λ) = ρ(λ) = 0τ(λ) = 1

Toda la energıa es trans-mitida sin atenuacion y nohay emision.

Espejoε(λ) = τ(λ) = 0ρ(λ) = 1

Toda la energıa es refleja-da y no hay emision.

Cuerpo negroρ(λ) = τ(λ) = 0ε(λ) = 1

Toda la energıa es absor-bida y tiene la exitanciamaxima posible.



Propiedades de interfaces y superficies

Interfaz: discontinuidad en propiedades opticas en distancia� longitud de onda λ.

Propiedades

RefraccionReflexion

Reflexion especular (asperesas � λ)Reflexion difusa (asperesas ≈ λ)Reflexion subsuperficial

Propiedades intramateriales

Atenuacion (absorcion, dispersion)Emision volumetrica



Refraccion

n1

n2 > n1

rayo incidente rayo reflejado

rayo refractado

θ1θ1

θ2

normal

Ley de Snell

sen θ1

sen θ2=

n2

n1



Reflexion

θrθi

Especular Difusa Subsuperficial

Ambiente Difusa SubsuperficialJahne, 1999



Propiedades intramateriales

Atenuacion (absorcion, dispersion)

Emision volumetrica



Configuracion de escenaIluminador — objeto — camara

Retroiluminacion Campo oscuro Campo claro direccionalBacklight Darkfield Directional brightfield

(National Instruments)

Domo de difusion Difusion axialDome diffuse On-axis diffuse


http://www.ni.com/white-paper/6903/en


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© 2005-2017 Pablo Alvarado-Moya Area de Ingenierıa en Computadores Instituto Tecnologico de Costa Rica


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