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 SENSAZIONE VISIVA SOGGETTIVA LUCE SENSI E INTERPRETAZIONE CONTESTO PERCETTIVO

CONTESTO PERCETTIVO Percezione visiva: 1.acquisizione immagine 2.elaborazione 3.interpretazione

PERCEZIONE VISIVA OCCHIO E CERVELLO 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) costituito da miliardi di recettori sensibili (pellicola o sensore digitale). I recettori non sono distribuiti omogeneamente, ma sono concentrati nella fovea. Le parti periferiche della retina percepiscono quando un oggetto entra nel campo visivo e determinano il movimento istintivo di testa ed occhio per “centrare” l’immagine nella fovea.

Sorgente luminosa che stimola un’area retinica Cellule recettoriali segnali Assone del nervo ottico elettrodo

RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA LUCE RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA LUNGHEZZA D’ONDA (tonalità del colore) AMPIEZZA (intensità luminosa)

…………un po’ di storia…. NEWTON ESPERIMENTO DEL PRISMA 1°modello di rappresentazione del colore Luce bianca radiazione non monocromatica

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 ?????

La retina 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.

TRE TIPI DI FOTORECETTORI PRIMI ANNI DELL’800 - THOMAS YOUNG – TEORIA DELLA VISIONE - SVILUPPATA POI DA H. HELMHOLTZ- TEORIA TRICROMATICA DEL COLORE TRE TIPI DI FOTORECETTORI CONI L (long wavelength Picco di assorbimento circa a 564 nm CONI S (short wavelength) Picco di assorbimento circa a 437 nm CONI M (middle wavelength Picco di assorbimento ca 533 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 SEGNALE NERVOSO ATTIVITA’ ENZIMATICA Se proteina e cofattore sono identici, perché i coni assorbono a lunghezze d’onda diverse???

CONI: Zona centrale della retina (fovea) Associazione uno ad uno con le fibre nervose acuità visiva BASTONCELLI: 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 SI SUPPONE CHE: Proteine che costituiscono i pigmenti derivino da un comune gene progenitore che ha prodotto gli altri Meccanismo di duplicazione genica Rodopsina + progenitore del gene codificante per i tre pigmenti Rod+gene codificante per il pig. Blu + progenitore del gene codificante per i restanti 2 pigmenti 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 tritanopia pratanopia deuteranopia

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 gatti Normalmente 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.