Стереоскопическое зрение человека, методы его определения и картинки

На сетчатке глаз формируется двумерное изображение, но невзирая на это, человек воспринимает глубину пространства, то есть имеет трехмерное, стереоскопическое зрение. Люди оценивают глубину благодаря разным механизмам. При наличии данных о величине предмета расценить расстояние к нему или понять, какой из объектов находится более близко, можно путем сравнения угловой величины объекта. Когда один предмет находится впереди другого и его частично заслоняет, то человеком передний объект воспринимается на более близком расстоянии. Если взять, например, проекцию параллельных линий (железнодорожных рельсов), которые уходят вдаль, то в проекции эти линии будут сближаться. Это является примером перспективы – весьма эффективного показателя глубины пространства.

Механизмы стереоскопического зрения

Выпуклый участок стены выглядит в верхней своей части более светлым, когда источник света расположен выше, а вот углубление в ее поверхности выглядит в верхней части более темным.

Удаленность предмета можно определить по такому важному признаку, как параллакс движения. Это кажущееся относительное смещение более далеких и близких предметов при движении головой в разных направлениях (вверх и вниз или вправо и влево). Все имели возможность наблюдать «железнодорожный эффект»: если смотреть из окна движущегося поезда, кажется, что скорость предметов, которые расположены более близко, большая, чем тех, которые находятся на большом расстоянии.

Стереопсис

Критерием удаленности предметов является величина аккомодации глаза (напряжение цилиарного тела и цинновых связок, которые управляют хрусталиком). Об удаленности объекта наблюдения также можно судить по усилению дивергенции или конвергенции. Все вышеперечисленные показатели удаленности, за исключением предпоследнего, монокулярные. Наиболее важным механизмом восприятия глубины пространства является стереопсис. Он зависит от возможности совместного использования двух глаз. Дело в том, что, когда человек рассматривает любую трехмерную сцену, каждый его глаз формирует несколько неодинаковые изображения на сетчатках. В процессе стереопсиса в коре головного мозга происходит сравнение изображения одной и той же сцены на обеих сетчатках и оценка относительной глубины. Процесс слияния двух монокулярных изображений, которые видны раздельно левым и правым глазом при рассматривании объекта одновременно обоими глазами, в одно объемное изображение, называется фузией.

Диспарантность

Диспарантностью называют отклонение от положения корреспондирующих точек (точки на сетчатках правого и левого глаза, в которых позиционируется одно и то же изображение). Если это отклонение не превышает в горизонтальном направлении 2°, а по вертикали – не больше нескольких угловых минут, то человек будет визуально воспринимать одиночную точку в пространстве как расположенную ближе, чем сама точка фиксации. В том случае, когда расстояния между проекциями точки меньше, а не больше, чем между корреспондирующими точками, будет казаться, что она расположена дальше точки фиксации. Третий вариант: если горизонтальное отклонение будет больше 2°, вертикальное превышает несколько угловых минут, то мы сможем увидеть две отдельные точки. Они могут казаться расположенными ближе или дальше точки фиксации. Этот эксперимент лежит в основе созданий целой серии стереоскопических приборов – от стереоскопа Уитстона до стереотелевидения и стереодальномеров.

Проверка стереопсиса

Не все люди могут воспринимать глубину с помощью стереоскопа. Поверить свой стереопсис можно при помощи такого рисунка. При наличии стереоскопа можно сделать копии стереопар, которые на нем изображены, и вставить их в стереоскоп. Также можно между двумя изображениями одной стереопары расположить перпендикулярно тонкий лист картона и, установив глаза параллельно, попытаться смотреть на свое изображение каждым глазом.

В США в 1960 году Бела Юлеш предложил использовать оригинальный способ демонстрации стереоэффекта, который исключает монокулярное наблюдение объекта. Книги, основанные на этом принципе, можно использовать также для тренировки стереопсиса. Один из рисунков представлен на рис.3. Если смотреть вдаль, как бы сквозь рисунок, можно увидеть стереоскопическую картину. Эти рисунки называются автостереограммами.

На основании этого метода создано устройство, которое позволяет исследовать порог стереоскопического зрения. Существует его модификация, которая позволяет повысить точность определения порога стереоскопического зрения. Каждому глазу наблюдателя представляются тест-объекты на рандомизированном фоне. Каждый из них является совокупностью точек на плоскости, которые расположены по индивидуальному вероятностному закону. Каждый тест-объект имеет идентичные области точек, представляющие собой фигуру произвольной формы. В том случае, когда значения параллактических углов идентичные точки фигур, расположенных на тест-объекте, нулевые, то наблюдатель может увидеть в обобщенном изображении точки, которые расположены в произвольном порядке. Он не способен выделить на рандомизированном фоне определенную фигуру. Так исключается монокулярное видение фигуры.

При перемещении одного из тест-объектов перпендикулярно оптической оси системы изменяется параллактический угол между фигурами. Когда он достигнет некоторого значения, наблюдатель сможет увидеть фигуру, которая как бы отрывается от фона и начинает или удаляться, или же приближаться к нему. Параллактический угол измеряют при помощи оптического компенсатора, который введен в одну из ветвей прибора. Когда фигура появляется фигуры в поле зрения, ее фиксирует наблюдатель, и на индикаторе появляется соответствующее значение порога стереоскопического зрения.

Нейрофизиология стереоскопического зрения

Благодаря исследованиям в области нейрофизиологии стереоскопического зрения в первичной зрительной коре головного мозга удалось выявить специфические клетки, которые настроены на диспарантность. Они существуют двух типов:

• клетки первого типа реагируют только тогда, когда стимулы точно попадают на корреспондирующие участки обеих сетчаток;
• вторая разновидность клеток отвечает только в том случае, когда предмет расположен дальше точки фиксации;
• также имеются такие клетки, которые реагируют в том случае, когда стимул находится ближе точки фиксации.

Все эти клетки обладают свойством ориентационной избирательности. Они обладают хорошей реакцией на концы линий и движущиеся стимулы. Некоторые бинокулярные стимулы обрабатываются в коре головного мозга непонятно как. Также существует борьба полей зрения. В том случае, когда на сетчатках обоих глаз создаются изображения, которые сильно различаются между собой, то часто одно из них вообще перестает восприниматься. Этот феномен означает, что, если зрительная система не способна объединить изображения на двух сетчатках, она полностью или частично отвергает один из образов.

Для нормального стереоскопического зрения нужны следующие условия:

• адекватная работа глазодвигательной системы глазных яблок;
• достаточная острота зрения;
• минимальная разница в остроте зрения обоих глаз;
• прочная связь между аккомодацией, фузией и конвергенцией;
• небольшое различие в масштабах изображений в обоих глазах.

Если на сетчатке левого и правого глаза при рассматривании одного и того же предмета изображение имеет разные размеры или неодинаковый масштаб, это называется анизейконией. Она является одной из многих причин того, что стереоскопическое зрение становится неустойчивым или вовсе отсутствует. Анизейкония чаще всего развивается при наличии анизометропии (разной рефракции глаз). Если она не превышает 2 – 2,5%, то можно провести коррекцию обычными стигматическими линзами. При более высокой анизейконии приходится использовать анизейконические очки.

Одной из причин появления косоглазия является нарушение связи между конвергенцией и аккомодацией. При явном косоглазии имеется не только косметический изъян, но и снижается острота остроты зрения косящего глаза. Он может вообще выключиться из процесса восприятия образов. В случае скрытого косоглазия, или гетерофории, косметический дефект отсутствует, но оно может препятствовать стереопсису. Лица с гетерофорией, превышающей 3°, не способны работать с бинокулярными приборами.

Порог стереоскопического зрения находится в зависимости от разных факторов:

• от яркости фона;
• контраста объектов;
• продолжительности наблюдения.

При оптимальных условиях наблюдении порог восприятия глубины находится в диапазоне от 10 – 12 до 5″.

Оценивать, определять и исследовать стереоскопическое зрение можно несколькими методами:

• с помощью стереоскопа по таблицам Пульфриха (в этом случае минимальный порог стереоскопического восприятия равен 15″);
• различного вида стереоскопами с набором более точных таблиц (диапазон измерения – от 10 до 90″);
• применяя устройство, использующее рандомизированный фон, который исключает монокулярное наблюдение объектов (допустимая погрешность измерения равна 1 – 2″).

Стереоскопические картинки