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1 画像処理システム論 Image Media Systems 加藤俊一 Toshi KATO 人間の目 vs 機械の目 人間の目の役割と仕組み vs 機械の目の役割と仕組み 人間の目だから 経験する現象 できること (= 機械には難しいこと ) 通用すること (=だませること) 側抑制 ( 明るさに対する対比 ) 側抑制 On-center 型 : 正刺激 ( 明 ) に対する反応 Off-center 型 : 負刺激 ( 暗 ) に対する反応 刺激の微小変化を検出する仕組み G- R+ On-center 側抑制 ( 色彩に対する対比 ) G+ R- 色彩に対する側抑制 R- G+ R+ G- Y-B B-Y Off-center [ 実験 ] 色対比 テストパターンを見比べて それぞれどのような 色 に感じられる? 1

2 [ 実験 ] 色の恒常性 ( 同化 ) それぞれの板の 色 は? [ 実験 ] 明るさに対する順応 テストパターンを見つめていると何が見えてくるか? 2

3 [ 実験 4] 明るさに対する順応 このシーンでは? 1. オジサンが立っていたのは何の前? 2. オジサンは何をしようとしている? 3. オジサンの服装は? 4. オジサンの帽子の模様は? 5. オジサンのかけてたメガネは? 明暗順応 明暗順応 環境光 ( 刺激強度 ) が急に変わると 暗 : 暗くて何も見えない 明 : 明るすぎて何も見えない ある時間が経過すると 知覚 (=コントラストの違いを検出) できるようになる 暗 : 数分 ~ 数十分 明 : 数秒 ~ 数分 3

4 順応機構の必要性 ある定常状態では 受容できる刺激強度 ( ダイナミックレンジ ) が限られる Weber-Fechner 則 感度は刺激強度の対数に比例 は 中間のレンジに対して成り立つ 順応 ( 明暗順応 ) 刺激が弱い ( 暗い ) ときには S 字型の応答特性曲線を左にシフトさせる 暗さに目がなれる V I src V = I src +σ i = log I src 刺激強度に対する電位応答 刺激が強い ( 明るい ) ときには S 字型の応答特性曲線を右にシフトさせる 傾きの大きなところで識別能力が良い 明るさに目がなれる 明暗順応 暗順応の過程 感度を調整する curve shifting ( 補足 ) 感度曲線のモデル ( 補足 ) 感度曲線のモデル シグモイド関数 Naka-Rashotonの式 いたるところで微分可能 4

5 [ クイズ ] ロウソクの灯 時には か弱く 時には 暖かい元気をくれるロウソク ( 蝋燭 ) の灯ですが 東京タワーのロウソクの灯はどこまで知覚できるでしょうか? 東京タワーの足元? 芝公園? 大門? JR 浜松町駅? 東京ビッグサイト? 東京ディズニーランド? 川崎? 横浜? 千葉? 成田? [ 実験 ] 色に対する順応 テストパターンを見つめているとそれぞれの色は どう感じられるか? 5

6 [ 実験 5] 色に対する順応 それぞれの 色 は? 1. 正面の壁 2. ダイニングテーブルのマット 3. ダイニングチェアの背もたれ & 座布団 4. カジュアルチェアの背もたれ 5. 床 ( 絨毯 ) 順応 ( 色順応 ) 照明 ( 環境光 ) の変化によって知覚される色が大幅に変化しない (= 色恒常性 ) ように 色の感じ方を調節する仕組み 白熱灯 + 昼光用フィルム 人間に知覚される色 運動視 実際運動 : 連続的な動きを検出 仮現運動 : 離散的な刺激から動きを検出 応用例 映画 テレビ アニメ イルミネーション 時間周波数に対する視覚特性 時間周波数 高い file(movie/hitf.mov) 低い file(movie/lotf.mov) 6

7 空間 + 時間周波数特性 空間 + 時間周波数 中間 file(movie/mid.mov) ドリフト変調 位相のシフト file(movie/drift.mov) On/off 変調 振幅の変化 file(movie/onoff.mov) 運動視 自動運動 : 静止している物もわずかに動いて見える 眼は周期的にわずかに動いている 誘導運動 : 相対的な動きから 逆方向 の動き 運動残効 : 動きに対する順応 期待 運動視 ウルマンのシリンダー 1 重 file(movie/ull1.mov) 2 重 file(movie/ull2.mov) 仮現運動 あらい file(movie/apr1.mov) 細かい file(movie/apr2.mov) 運動残効 中へ file(movie/vor1.mov) 外へ file(movie/vor2.mov) 運動視 運動 + 図と地の分離 ランダムドット file(movie/rdk.mov) 立体視 奥行きの知覚 筋肉 : 水晶体 ( レンズ厚 ) 両眼の輻輳角 画像 : 両眼視差 運動視差 画像 : 陰影 テクスチャなど ランダムドットステレオグラム 遠近法 ネッカーのキューブ 生理的立体視 両眼視差 : 左右の目に写る像の違い 両眼の像が融合して 立体認識 両眼輻湊 : 視線の交差角 つまり眼球の回転角 眼球回転角制御で 距離が認識されます 焦点調節 : 焦点を合せる為のレンズ厚さ変化 レンズの厚さ制御で 距離が認識されます 運動視差 : 移動により目に写る像の違い 物体の状態変化により位置が認識されます 7

8 感覚的立体視 大小 : 小さい物は遠く 大きい物は近くに感じる 上下 : 上に有る物は遠く 下に有る物は近くに感じる 粗密 : 密集した所は遠く 粗い所は近くに感じる 運動 : 遅く動く物は遠く 速く動く物は近くに感じる 5. 遮蔽 : 重なり隠れる物は遠く 隠す物は近くに感じる 明暗 : 暗い所は遠く 明るい所は近くに感じる 鮮明 : 霞んだ所は遠く 鮮明な所は近くに感じる 陰影 : 影 ( 光源 ) の位置による判断 濃淡 : 淡い色は遠く 濃い色は近くに感じる 色相 : 寒色は遠く 暖色は近くに感じる 立体視 両眼視差 ( 人間 ) 立体視 視差をつけた撮影 ( 機械 ) [ 実験 ] 立体視 視差をつけた画像の計算 生成 (CG) 左目画像 右目画像 [ 実験 ] 立体視 運動視差による奥行きの知覚 [ 実験 ] 奥行きと遠近感 ポンゾの錯視 奥行き知覚は 視差 だけではない 8

9 立体視 コンピュータビジョン カメラの輻輳角 対応点マッチング テクスチャ解析 立体視 バーチャルリアリティ 両眼交互刺激 刺激の限界提示時間 ( 上限 ) と解像度 ( 密 ) 両眼同時刺激 解像度 ( 粗 ) バーチャルリアリティ Head Mounted Display 両眼交互刺激 限界提示時間 ( 上限 ) 解像度 ( 密 ) 液晶シャッター 偏光メガネ 赤青メガネ ( モノクロ ) 時分割表示 + 液晶シャッターメガネ 偏光スクリーン + 偏光メガネ 9

10 CAVE( ( 多面ディスプレイ ) WALL( ( 大画面 ) +Head Tracking 裸眼立体ディスプレイ (Synthagram) バーチャルリアリティ 球状裸眼立体視ディスプレイ (prospecta) レンティキュラーレンズによる両眼同時刺激 空間解像度 ( 粗 ) 立体視と運動視の相互作用 ローゼンバッハ現象 連続 file(movie/bot1.mov) 不連続 file(movie/bot4.mov) コンピュータビジョン 運動検出のモデル 時空間プロットによる運動速度検出 バーチャルリアリティ 視差 自分の体 ( 位置 大きさ ) を基準とした量 立体に見える & 対象の 絶対的な大きさ も知覚 コンテンツ制作上の課題 10

11 [ クイズ ]Micro Adventure のヒミツ なぜ 我々 ( 観客 ) が小さくならなければならないのか? 立体に感じさせる方法 多人数参加型アトラクション 偏光グラス 右目映像 + 左目映像 Micro Adventure (Tokyo Disney Land) 感覚 視覚 聴覚触覚 ( 触 + 温 ) 映像中の人物は? なんちゃって原寸大 没入感 立体感 自分が 縮小 で 原寸 の立体映像に接する インタラクティブ性 なし ( 固定ストーリー ) Star Tours (Tokyo Disney Land) Storm Rider (Tokyo Disney Sea) 感覚 視覚 聴覚触覚 ( 加速度 ) 映像中の人物は? テレビモニタ像 (& 遠景 ) として知覚させる 没入感 立体感 舞台装置のみ インタラクティブ性 なし ( 固定ストーリー ) 教科書 参考書 岸野文郎 他 : 画像と空間の情報処理 ( 岩波 3800 円 ) 淀川英司 他 : 視聴覚の認知科学 ( 電子情報通信学会 2800 円 ) 池田光男 : 目は何を見ているか ( 平凡社 2400 円 ) 参考にした web 資料 index.htm visual/ rfree.html 講義の資料 on Web 講義資料 参考資料

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