Modelos Foto-realistas para reflexo pupilar à luz e deformação dos padrões da íris

Modelos Foto-realistas para o Reflexo Pupilar à Luz e Deformação dos Padrões da Íris Vitor F. Pamplona Manuel M. Oliveira Gladimir V. G. Baranoski Instituto de Informática – UFRGS Natural Phenomena Simulation – Waterloo Orientador Co-orientador

Animações Realistas Copyright Vitor Pamplona 2

Desafios ● Sob variações de iluminação ● Como varia o diâmetro pupilar? pupilar? ● Como se deformam os padrões íris? íris? Copyright Vitor Pamplona 3

Contribuições ● Primeiro modelo prático para simular dinâmica pupilar sob condições de iluminação variáveis ● Primeiro modelo integrado com suporte a variabilidade individual, latência e velocidades de dilatação e contração ● Primeiro modelo para deformação dos padrões da íris validado em humanos Copyright Vitor Pamplona 4

Modelos Propostos Copyright Vitor Pamplona 5

Estrutura da Apresentação ● Modelos existentes ● Modelo para o Reflexo Pupilar a Luz (RPL) ● Definição e Validação ● Modelo para a deformação da íris ● Definição e Validação ● Considerações finais Copyright Vitor Pamplona 6

Modelos Teóricos ● Modelos baseados em fisiologia Privitera, C. M., Stark L. W. A. Binocular Pupil Model for Simulation of Relative Copyright Vitor Pamplona 8 Afferent Pupil Defects and the Swinging Flashlight Test. Bio. Cyber. 2006.

Modelos Teóricos ● Modelo de Longtin e Milton dg dA dA dt  g Amm = ln  t − min 2 [ ] Longtin, A. and Milton, J. G.. Modelling autonomous oscilations in the human pupil light reflex Copyright Vitor Pamplona 9 using non-linear delay-differential equations. Bulletin of Math. Bio. 1989.

Modelos Teóricos ● Modelo de Longtin e Milton dg dA dA dt  g Amm = ln  t − min 2 [ ] Intensidade de Luz Longtin, A. and Milton, J. G.. Modelling autonomous oscilations in the human pupil light reflex Copyright Vitor Pamplona 10 using non-linear delay-differential equations. Bulletin of Math. Bio. 1989.

Modelos Teóricos ● Modelo de Longtin e Milton Latência dg dA dA dt  g Amm = ln  t − min 2 [ ] Intensidade de Luz Longtin, A. and Milton, J. G.. Modelling autonomous oscilations in the human pupil light reflex Copyright Vitor Pamplona 11 using non-linear delay-differential equations. Bulletin of Math. Bio. 1989.

Modelos Teóricos ● Modelo de Longtin e Milton Latência dg dA dA dt  g Amm = ln  t − min 2 [ ] Variação da Área Pupilar Intensidade de Luz Área Pupilar Longtin, A. and Milton, J. G.. Modelling autonomous oscilations in the human pupil light reflex Copyright Vitor Pamplona 12 using non-linear delay-differential equations. Bulletin of Math. Bio. 1989.

Modelos Experimentais ● Modelo estático de Moon e Spencer Diâmetro da Pupila (D) Luminância (L) Dmm=4.9−3∗tanh0.4∗log10 Lb −0.5 Moon, P. and Spencer, D..Copyright Vitor Pamplona On the stiles-crawford effect. J. Opt. Soc. Am. 1944 13

Modelos Existentes ● Modelo teórico de Longtin e Milton ● Dinâmico ● Constantes e funções não definidas dg dA dA dt  g Amm = ln 2  t − min [ ] ● Modelo experimental de Moon e Spencer ● Estático ● Simula um indivíduo médio Dmm=4.9−3∗tanh0.4∗log10 Lb −0.5 Copyright Vitor Pamplona 14

Modelos Existentes ● Modelo teórico de Longtin e Milton ● Dinâmico ● Constantes e funções não definidas dg dA dA dt  g Amm = ln 2  t − min [ ] ● Modelo experimental de Moon e Spencer ● Estático ● Simula um indivíduo médio Dmm=4.9−3∗tanh0.4∗log10 Lb −0.5 Copyright Vitor Pamplona 15

Modelo de Reflexo Pupilar à Luz MDmm =atanh Dmm−4.9 3   dM dD dD dt 2.3 M Dmm =5.2−0.45 ln  t− 4.8118×10 −10 [ ] ● Dinâmico ● Latência [Link e Stark] ms =253−14ln LfL 70R Hz −29RlnL fL  ● Velocidades de dilatação e contração [Ellis, Bergamin et al.] ● Variabilidade individual Copyright Vitor Pamplona 16

Validação do Modelo PLR ● Filmamos pessoas enquanto a iluminação era alterada ● Medimos a iluminação com um luxímetro ● Medimos o tamanho da pupila nos quadros do vídeo ● Comparamos as medidas com o resultado do modelo ● Para as mesmas condições de iluminação. Copyright Vitor Pamplona 17

Validação Copyright Vitor Pamplona 18

Modelo PLR: Variabilidade Individual Copyright Vitor Pamplona 19

Modelo de Deformação da Íris Copyright Vitor Pamplona 21

Rastreamento de Saliências Copyright Vitor Pamplona 22

Análise do Rastreamento Copyright Vitor Pamplona 27

Posição Relativa a Largura do Disco p R= r p r Copyright Vitor Pamplona 28

Simulação com Mapeamento de Textura Copyright Vitor Pamplona 33

Validação do Modelo de Deformação Resultado do Modelo Fotografia Copyright Vitor Pamplona 34

Validação do Modelo de Deformação Resultado do Modelo Fotografia Copyright Vitor Pamplona 35

Contribuições ● Modelo baseado em fisiologia para RPL com suporte a: ● Latência ● Velocidades de dilatação e contração ● Variabilidade individual ● Modelo baseado em imagem para deformação da íris ● Deformação radial e linear ● Devidamente validados Copyright Vitor Pamplona 37

Aplicações para os Modelos ● Animações ● Animação realista e automática do conjunto íris-pupila ● Auxílio no diagnóstico de doenças ● Modelo base para comparação ● Simulações oftalmológicas ● Reconhecimento de íris ● Equipamentos sem iluminação controlada Copyright Vitor Pamplona 38

Publicações ACM Transactions On Graphics (TOG) 2009, 28(4) Qualis A1 Fator de impacto: 3.383 Convidado para apresentação no ACM SIGGRAPH 2010 Copyright Vitor Pamplona 39

Modelos Foto-realistas para o Reflexo Pupilar à Luz e Deformacão dos Padrões da Íris Vitor F. Pamplona Manuel M. Oliveira Neto vitor@vitorpamplona.com Gladimir V. G. Baranoski

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