A Motion compensated filtering approach to remove sunlight flicker in shallow water images

A common problem in video surveys in very shallow waters is the presence of strong light fluctuations, due to sun light refraction. Refracted sunlight casts fast moving patterns, which can significantly degrade the quality of the acquired data. Motivated by the growing need to improve the quality of shallow water imagery, we propose a method to remove sunlight patterns in video sequences. The method exploits the fact that video sequences allow several observations of the same area of the sea floor, over time. It is based on computing the image difference between a given reference frame and the temporal median of a registered set of neighboring images. A key observation is that this difference will have two components with separable spectral content. One is related to the illumination field (lower spatial frequencies) and the other to the registration error (higher frequencies). The illumination field, recovered by lowpass filtering, is used to correct the reference image. In addition to removing the sunflickering patterns, an important advantage of the approach is the ability to preserve the sharpness in corrected image, even in the presence of registration inaccuracies. The effectiveness of the method is illustrated in image sets acquired under strong camera motion containing non-rigid benthic structures. The results testify the good performance and generality of the approach

Visual processing of concentric sine-wave gratings in adolescents and adults

The aim of this study was to compare the contrast visual processing of concentric sinusoidal gratings stimuli between adolescents and adults. The study included 20 volunteers divided into two groups: 10 adolescents aged 13-19 years (M=16.5, SD=1.65) and 10 adults aged 20-26 years (M=21.8, SD=2.04). In order to measure the contrast sensitivity at spatial frequencies of 0.6, 2.5, 5 and 20 degrees of visual angle (cpd), it was used the psychophysical method of two alternative forced choice (2AFC). A One Way ANOVA performance showed a significant difference in the comparison between groups: F [(4, 237)=3.74, p<.05]. The post-hoc Tukey HSD showed a significant difference between the frequencies of 0.6 (p <.05) and 20 cpd (p<.05). Thus, the results showed that the visual perception behaves differently with regard to the sensory mechanisms that render the contrast towards adolescents and adults. These results are useful to better characterize and comprehend human vision development.

Stereoscopic acuity and observation distance

The amount of depth perceived from a fixed pattern of horizontal disparities varies with viewing distance. We investigated whether thresholds for discriminating stereoscopic corrugations at a range of spatial frequencies were also affected by viewing distance or whether they were determined solely by the angular disparity in the stimulus prior to scaling. Although thresholds were found to be determined primarily by disparity over a broad range of viewing distances, they were on average a factor of two higher at the shortest viewing distance (28.5 cm) than at larger viewing distances (57 to 450 cm). We found the same pattern of results when subjects' accommodation was arranged to be the same at all viewing distances. The change in thresholds at close distances is in the direction expected if subjects' performance is limited by a minimum perceived depth.

Application of Gaussian multi-scale representation to feature tracking in meteorological satellite imagery

Gaussian multi-scale representation is a mathematical framework that allows to analyse images at different scales in a consistent manner, and to handle derivatives in a way deeply connected to scale. This paper uses Gaussian multi-scale representation to investigate several aspects of the derivation of atmospheric motion vectors (AMVs) from water vapour imagery. The contribution of different spatial frequencies to the tracking is studied, for a range of tracer sizes, and a number of tracer selection methods are presented and compared, using WV 6.2 images from the geostationary satellite MSG-2.

Enhanced multiwavelength holographic profilometry by laser mode selection

A method for improving the accuracy of surface shape measurement by multiwavelength holography is presented. In our holographic setup, a Bi12TiO20 photorefractive crystal was the holographic recording medium, and a multimode diode laser emitting in the red region was the light source in a two-wave mixing scheme. on employing such lasers the resulting holographic image appears covered with interference fringes corresponding to the object relief, and the interferogram spatial frequency is proportional to the diode laser's free spectral range (FSR). Our method consists in increasing the effective free spectral range of the laser by positioning a Fabry-Perot etalon at the laser output for mode selection. As larger effective values of the laser FSR were achieved, higher-spatial-frequency interferograms were obtained and therefore more sensitive and accurate measurements were performed. The quantitative evaluation of the interferograms was made through the phase-stepping technique, and the phase map unwrapping was carried out through the cellular-automata method. For a given surface, shape measurements with different interferogram spatial frequencies were performed and compared with respect to measurement noise and visual inspection. (c) 2007 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers.

Enhanced multi-wavelength holographic profilometry by laser mode selection

The application of multi-wavelength holography for surface shape measurement is presented. In our holographic setup a Bi12TiO 20 (BTO) photorefractive crystal was the holographic recording medium and a multimode diode laser emitting in the red region was the light source in a two-wave mixing scheme. The holographic imaging with multimode lasers results in multiple holograms in the BTO. By employing such lasers the resulting holographic image appears covered of interference fringes corresponding to the object relief and the interferogram spatial frequency is proportional to the diode laser free spectral range (FSR). We used a Fabry-Perot étalon at the laser output for laser mode selection. Thus, larger effective values of the laser FSR were achieved, leading to higher-spatial frequency interferograms and therefore to more sensitive and accurate measurements. The quantitative evaluation of the interferograms was performed through the phase stepping technique (PST) and the phase map unwrapping was carried out through the Cellular-Automata method. For a given surface, shape measurements with different interferogram spatial frequencies were performed and compared, concerning measurement noise and visual inspection.

Measurement of phase and amplitude modulations in Sb-Based Films

In this work we studied the changes of the optical constants of films in the binary system Sb2O3-Sb2S3 induced by light in the VIS-UV. The measurements were performed before and after homogeneous irradiation of the films to a Hg lamp and in real time during the holographic exposure of the samples (at 458nm). Changes of the absorption coefficient (amplitude grating) and refractive index (phase grating) were measured simultaneously using the self-diffraction using the holographic setup. Besides the films presented a strong photodarkening effect under homogeneous irradiation, the samples holographically exposed presented only refractive index modulations. None amplitude modulation was measured in real time for spatial frequencies of about 1000 l/mm. © 2009 SPIE.

Mercury toxicity in the Amazon: contrast sensitivity and color discrimination of subjects exposed to mercury

We measured visual performance in achromatic and chromatic spatial tasks of mercury-exposed subjects and compared the results with norms obtained from healthy individuals of similar age. Data were obtained for a group of 28 mercury-exposed subjects, comprising 20 Amazonian gold miners, 2 inhabitants of Amazonian riverside communities, and 6 laboratory technicians, who asked for medical care. Statistical norms were generated by testing healthy control subjects divided into three age groups. The performance of a substantial proportion of the mercury-exposed subjects was below the norms in all of these tasks. Eleven of 20 subjects (55%) performed below the norms in the achromatic contrast sensitivity task. The mercury-exposed subjects also had lower red-green contrast sensitivity deficits at all tested spatial frequencies (9/11 subjects; 81%). Three gold miners and 1 riverine (4/19 subjects, 21%) performed worse than normal subjects making more mistakes in the color arrangement test. Five of 10 subjects tested (50%), comprising 2 gold miners, 2 technicians, and 1 riverine, performed worse than normal in the color discrimination test, having areas of one or more MacAdam ellipse larger than normal subjects and high color discrimination thresholds at least in one color locus. These data indicate that psychophysical assessment can be used to quantify the degree of visual impairment of mercury-exposed subjects. They also suggest that some spatial tests such as the measurement of red-green chromatic contrast are sufficiently sensitive to detect visual dysfunction caused by mercury toxicity.

Influência de parâmetros espaciais sobre potenciais corticais provocados visuais gerados por estimulação pseudoaleatória

As contribuições dos mecanismos de detecção de contraste ao potencial cortical provocado visual (VECP) têm sido investigadas com o estudo das funções de resposta ao contraste e de resposta à frequência espacial. Anteriormente, o uso de sequências-m para o controle da estimulação era restrito à estimulação eletrofisiológica multifocal que, em alguns aspectos, se diferencia substancialmente do VECP convencional. Estimulações únicas com contraste espacial controlado por sequências-m não foram extensivamente estudadas ou comparadas às respostas obtidas com as técnicas multifocais. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da frequência espacial e do contraste de redes senoidais no VECP gerado por estimulação pseudoaleatória. Nove sujeitos normais foram estimulados por redes senoidais acromáticas controladas por uma sequência-m binária pseudoaleatória em 7 frequências espaciais (0,4 a 10 cpg) em 3 tamanhos diferentes (4º, 8º e 16º de ângulo visual). Em 8º, foram testados adicionalmente seis níveis de contraste (3,12% a 99%). O kernel de primeira ordem não forneceu respostas consistentes com sinais mensuráveis através das frequências espaciais e dos contrastes testados – o sinal foi muito pequeno ou ausente – enquanto o primeiro e o segundo slice do kernel de segunda ordem exibiram respostas bastante confiáveis para as faixas de estímulo testadas. As principais diferenças entre os resultados obtidos com o primeiro e o segundo slice do kernel de segunda ordem foram o perfil das funções de amplitude versus contraste e de amplitude versus frequência espacial. Os resultados indicaram que o primeiro slice do kernel de segunda ordem foi dominado pela via M, porém para algumas condições de estímulo, pôde ser percebida a contribuição da via P. Já o segundo slice do kernel de segunda ordem refletiu contribuição apenas da via P. O presente trabalho estende achados anteriores sobre a contribuição das vias visuais ao VECP gerado por estimulação pseudoaleatória para uma grande faixa de frequências espaciais.

Entropia conjunta de espaço e reqüência espacial estimada através da discriminação de estímulos espaciais com luminância e cromaticidade moduladas por funções de Gábor: implicações para o processamento paralelo de informação no sistema visual humano

O objetivo deste estudo foi estimar a entropia conjunta do sistema visual humano no domínio do espaço e no domínio das freqüências espaciais através de funções psicométricas. Estas foram obtidas com testes de discriminação de estímulos com luminância ou cromaticidade moduladas por funções de Gábor. A essência do método consistiu em avaliar a entropia no domínio do espaço, testando-se a capacidade do sujeito em discriminar estímulos que diferiam apenas em extensão espacial, e avaliar a entropia no domínio das freqüências espaciais, testando-se a capacidade do sujeito em discriminar estímulos que diferiam apenas em freqüência espacial. A entropia conjunta foi calculada, então, a partir desses dois valores individuais de entropia. Três condições visuais foram estudadas: acromática, cromática sem correção fina para eqüiluminância e cromática com correção para eqüiluminância através de fotometria com flicker heterocromático. Quatro sujeitos foram testados nas três condições, dois sujeitos adicionais foram testados na condição cromática sem eqüiluminância fina e um sétimo sujeito também fez o teste acromático. Todos os sujeitos foram examinados por oftalmologista e considerados normais do ponto de vista oftálmico, não apresentando relato, sintomas ou sinais de disfunções visuais ou de moléstias potencialmente capazes de afetar o sistema visual. Eles tinham acuidade visual normal ou corrigida de no mínimo 20/30. O trabalho foi aprovado pela Comissão de Ética em Pesquisa do Núcleo de Medicina Tropical da UFPA e obedeceu às recomendações da Declaração de Helsinki. As funções de Gábor usadas para modulação de luminância ou cromaticidade compreenderam redes senoidais unidimensionais horizontais, moduladas na direção vertical, dentro de envelopes gaussianos bidimensionais cuja extensão espacial era medida pelo desvio padrão da gaussiana. Os estímulos foram gerados usando-se uma rotina escrita em Pascal num ambiente Delphi 7 Enterprise. Foi utilizado um microcomputador Dell Precision 390 Workstation e um gerador de estímulos CRS VSG ViSaGe para exibir os estímulos num CRT de 20”, 800 x 600 pixels, 120 Hz, padrão RGB, Mitsubishi Diamond Pro 2070SB. Nos experimentos acromáticos, os estímulos foram gerados pela modulação de luminância de uma cor branca correspondente à cromaticidade CIE1931 (x = 0,270; y = 0,280) ou CIE1976 (u’ = 0,186; v’= 0,433) e tinha luminância média de 44,5 cd/m2. Nos experimentos cromáticos, a luminância média foi mantida em 15 cd/m2 e foram usadas duas series de estímulos verde-vermelhos. Os estímulos de uma série foram formados por duas cromaticidades definidas no eixo M-L do Espaço de Cores DKL (CIE1976: verde, u’=0,131, v’=0,380; vermelho, u’=0,216, v’=0,371). Os estímulos da outra série foram formados por duas cromaticidades definidas ao longo de um eixo horizontal verde-vermelho definido no Espaço de Cores CIE1976 (verde, u’=0,150, v’=0,480; vermelho, u’=0,255, v’=0,480). Os estímulos de referência eram compostos por redes de três freqüências espaciais diferentes (0,4, 2 e 10 ciclos por grau) e envelope gaussiano com desvio padrão de 1 grau. Os estímulos de testes eram compostos por uma entre 19 freqüências espaciais diferentes em torno da freqüência espacial de referência e um entre 21 envelopes gaussianos diferentes com desvio padrão em torno de 1 grau. Na condição acromática, foram estudados quatro níveis de contraste de Michelson: 2%, 5%, 10% e 100%. Nas duas condições cromáticas foi usado o nível mais alto de contraste agregado de cones permitidos pelo gamut do monitor, 17%. O experimento consistiu numa escolha forçada de dois intervalos, cujo procedimento de testagem compreendeu a seguinte seqüência: i) apresentação de um estímulo de referência por 1 s; ii) substituição do estímulo de referência por um fundo eqüiluminante de mesma cromaticidade por 1 s; iii) apresentação do estímulo de teste também por 1 s, diferindo em relação ao estímulo de referência seja em freqüência espacial, seja em extensão espacial, com um estímulo sonoro sinalizando ao sujeito que era necessário responder se o estímulo de teste era igual ou diferente do estímulo de referência; iv) substituição do estímulo de teste pelo fundo. A extensão espacial ou a freqüência espacial do estímulo de teste foi mudada aleatoriamente de tentativa para tentativa usando o método dos estímulos constantes. Numa série de 300 tentativas, a freqüencia espacial foi variada, noutra série também de 300 tentativas, a extensão espacial foi variada, sendo que cada estímulo de teste em cada série foi apresentado pelo menos 10 vezes. A resposta do indivíduo em cada tentativa era guardada como correta ou errada para posterior construção das curvas psicométricas. Os pontos experimentais das funções psicométricas para espaço e freqüência espacial em cada nível de contraste, correspondentes aos percentuais de acertos, foram ajustados com funções gaussianas usando-se o método dos mínimos quadrados. Para cada nível de contraste, as entropias para espaço e freqüência espacial foram estimadas pelos desvios padrões dessas funções gaussianas e a entropia conjunta foi obtida multiplicando-se a raiz quadrada da entropia para espaço pela entropia para freqüência espacial. Os valores de entropia conjunta foram comparados com o mínimo teórico para sistemas lineares, 1/4π ou 0,0796. Para freqüências espaciais baixas e intermediárias, a entropia conjunta atingiu níveis abaixo do mínimo teórico em contrastes altos, sugerindo interações não lineares entre dois ou mais mecanismos visuais. Este fenômeno occorreu em todas as condições (acromática, cromática e cromática eqüiluminante) e foi mais acentuado para a frequência espacial de 0,4 ciclos / grau. Uma possível explicação para este fenômeno é a interação não linear entre as vias visuais retino-genículo-estriadas, tais como as vias K, M e P, na área visual primária ou em níveis mais altos de processamento neural.

Seletividade espacial de cor do potencial cortical provocado visual pseudoaleatório

A seletividade espacial para cor tem sido investigada usando métodos eletrofisiológicos invasivos e não invasivos, e métodos psicofísicos. Em eletrofisiologia cortical visual não invasiva este tópico foi investigado usando métodos convencionais de estimulação periódica e extração de respostas por promediação simples. Novos métodos de estimulação (apresentação pseudo-aleatória) e extração de respostas corticais não invasivas (correlação cruzada) foram desenvolvidos e ainda não foram usados para investigar a seletividade espacial de cor de respostas corticais. Este trabalho objetivou introduzir esse novo método de eletrofisiologia pseudoaleatória para estudar a seletividade espacial de cor. Foram avaliados 14 tricromatas e 16 discromatópsicos com acuidade visual normal ou corrigida. Os voluntários foram avaliados pelo anomaloscópio HMC e teste de figuras de Ishihara para caracterizar a visão de cores quanto à presença de tricromacia. Foram usadas redes senoidais, 8º de ângulo visual, vermelho-verde para 8 frequências espaciais entre 0,2 a 10 cpg. O estímulo foi temporalmente modulado por uma sequência-m binária em um modo de apresentação de padrão reverso. O sistema VERIS foi usado para extrair o primeiro e o segundo slice do kernel de segunda ordem (K2.1 e K2.2, respectivamente). Após a modelagem da resposta às frequências espaciais com função de diferença de gaussianas, extraiu-se a frequência espacial ótima e banda de frequências com amplitudes acima de ¾ da amplitude máxima da função para servirem como indicadores da seletividade espacial da função. Também foi estimada a acuidade visual cromática pelo ajuste de uma função linear aos dados de amplitude a partir da frequência espacial do pico de amplitude até a mais alta frequência espacial testada. Em tricromatas, foi encontrada respostas cromáticas no K2.1 e no K2.2 que apresentaram seletividade espacial diferentes. Os componentes negativos do K2.1 e do K2.2 apresentaram sintonia passa-banda e o componente positivo do K2.1 apresentou sintonia passa-baixa. A acuidade visual estimada de todos os componentes estudados foi próxima àquelas encontradas por Mullen (1985) e Kelly (1983). Diferentes componentes celulares podem estar contribuindo para a geração do VECP pseudoaleatório. Este novo método se candidata a ser uma importante ferramenta para a avaliação não invasiva da visão de cores em humanos.

Avaliação visual de sujeitos expostos de forma ocupacional a solventes orgânicos através de métodos psicofísicos

Os solventes orgânicos são substâncias neurotóxicas que podem causar efeitos danosos sobre as funções visuais. É comum a exposição ocupacional a esses tipos de substâncias, pois elas apresentam grande aplicabilidade em inúmeras atividades. Os efeitos podem ser quantificados por testes psicofísicos. Os testes mais usados nesse tipo de avaliação são de ordenamento de matizes, como o Teste D15 Dessaturado de Lanthony e o Teste dos 100 Matizes de Farnsworth-Munsell, e avaliação de sensibilidade ao contraste espacial de luminância, como MCT 8000 Vistech, VCTS 6500 Vistech e FACT 101. Em geral esses testes descrevem perda de discriminação de cores, afetando tanto o eixo azul-amarelo quanto o eixo verde-vermelho, e diminuição da sensibilidade ao contraste de luminância principalmente para as frequências espaciais mais baixas. Existe correlação positiva entre os resultados da avaliação psicofísica e vários marcadores biológicos e ambientais, mas essa correlação depende do marcador e do tipo de solvente ao qual os indivíduos são expostos. Fatores como alcoolismo crônico e tabagismo inveterado podem interferir no processo de correlacionar esses resultados.

Electrophysiological evidence for impairment of contrast sensitivity in mercury vapor occupational intoxication

Contrast sensitivity (CS) was evaluated in 41 former workers from a lamp manufacturing plant who were on disability retirement due to exposure to mercury and 14 age-matched controls. The CS was measured monocularly using the sweep visual evoked potential (sVEP) paradigm at 6 spatial frequencies (0.2, 0.8, 2.0, 4.0, 15.0, and 30 cpd). Statistical difference (p < 0.05) was found between the controls and the patient right and left eyes for 2.0 and 4.0 cpd. According the results in those spatial frequencies the eyes were classified in best and worst. Statistical differences were found between the controls and the best eyes for 2.0 and 4.0 cpd and for 0.8, 2.0, and 4.0 cpd for their worst eyes. No correlation was found between CS results and the time of exposure (mean 8.9 yr +/- 4.1), time away from the mercury source (mean = 6.0 yr +/- 3.9), urinary mercury level at the time of work (mean = 40.6 mu g/g +/-36.3) or with the mercury level at the CS measurement time (mean = 1.6 mu g/g +/-1.1). We show the first evidence of a permanent impairment in CS measured objectively with the sVEP. Our data complement the previous psychophysical works reporting a diffuse impairment in the CS function showing a CS reduction in the low to middle spatial frequencies. In conclusion, non-reversible CS impairment was found in occupational exposure to mercury vapor. We suggest that CS measurement should be included in studies of the mercury effects of occupational exposure. (C) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

Comparison of pattern VEP results acquired using CRT and TFT stimulators in the clinical practice

There are several electrophysiological systems available commercially. Usually, control groups are required to compare their results, due to the differences between display types. Our aim was to examine the differences between CRT and LCD/TFT stimulators used in pattern VEP responses performed according to the ISCEV standards. We also aimed to check different contrast values toward thresholds. In order to obtain more precise results, we intended to measure the intensity and temporal response characteristics of the monitors with photometric methods. To record VEP signals, a Roland RetiPort electrophysiological system was used. The pattern VEP tests were carried out according to ISCEV protocols on a CRT and a TFT monitor consecutively. Achromatic checkerboard pattern was used at three different contrast levels (maximal, 75, 25%) using 1A degrees and 15` check sizes. Both CRT and TFT displays were luminance and contrast matched, according to the gamma functions based on measurements at several DAC values. Monitor-specific luminance parameters were measured by means of spectroradiometric instruments. Temporal differences between the displays` electronic and radiometric signals were measured with a device specifically built for the purpose. We tested six healthy control subjects with visual acuity of at least 20/20. The tests were performed on each subject three times on different days. We found significant temporal differences between the CRT and the LCD monitors at all contrast levels and spatial frequencies. In average, the latency times were 9.0 ms (+/- 3.3 ms) longer with the TFT stimulator. This value is in accordance with the average of the measured TFT input-output temporal difference values (10.1 +/- A 2.2 ms). According to our findings, measuring the temporal parameters of the TFT monitor with an adequately calibrated measurement setup and correcting the VEP data with the resulting values, the VEP signals obtained with different display types can be transformed to be comparable.

Long-Term Occupational Exposure to Organic Solvents Affects Color Vision, Contrast Sensitivity and Visual Fields

The purpose of this study was to evaluate the visual outcome of chronic occupational exposure to a mixture of organic solvents by measuring color discrimination, achromatic contrast sensitivity and visual fields in a group of gas station workers. We tested 25 workers (20 males) and 25 controls with no history of chronic exposure to solvents (10 males). All participants had normal ophthalmologic exams. Subjects had worked in gas stations on an average of 9.6 +/- 6.2 years. Color vision was evaluated with the Lanthony D15d and Cambridge Colour Test (CCT). Visual field assessment consisted of white-on-white 24-2 automatic perimetry (Humphrey II-750i). Contrast sensitivity was measured for sinusoidal gratings of 0.2, 0.5, 1.0, 2.0, 5.0, 10.0 and 20.0 cycles per degree (cpd). Results from both groups were compared using the Mann-Whitney U test. The number of errors in the D15d was higher for workers relative to controls (p<0.01). Their CCT color discrimination thresholds were elevated compared to the control group along the protan, deutan and tritan confusion axes (p<0.01), and their ellipse area and ellipticity were higher (p<0.01). Genetic analysis of subjects with very elevated color discrimination thresholds excluded congenital causes for the visual losses. Automated perimetry thresholds showed elevation in the 9 degrees, 15 degrees and 21 degrees of eccentricity (p<0.01) and in MD and PSD indexes (p<0.01). Contrast sensitivity losses were found for all spatial frequencies measured (p<0.01) except for 0.5 cpd. Significant correlation was found between previous working years and deutan axis thresholds (rho = 0.59; p<0.05), indexes of the Lanthony D15d (rho = 0.52; p<0.05), perimetry results in the fovea (rho = -0.51; p<0.05) and at 3, 9 and 15 degrees of eccentricity (rho = -0.46; p<0.05). Extensive and diffuse visual changes were found, suggesting that specific occupational limits should be created.