Стереоскопическое зрение достигает своего оптимального уровня. Мозолистое тело и стереоскопическое зрение. Роль бинокулярного зрения для человека

В книге известного американского нейрофизиолога, лауреата Нобелевской премии, обобщены современные представления о том, как устроены нейронные структуры зрительной системы, включая кору головного мозга, и как они перерабатывают зрительную информацию. При высоком научном уровне изложения книга написана простым, ясным языком, прекрасно иллюстрирована. Она может служить учебным пособием по физиологии зрения и зрительного восприятия.

Для студентов биологических и медицинских вузов, нейрофизиологов, офтальмологов, психологов, специалистов по вычислительной технике и искусственному интеллекту.

Книга:

<<< Назад

Вперед >>>

Механизм оценки удаленности, основанный на сравнении двух сетчаточных изображений, настолько надежен, что многие люди (если они не психологи и не специалисты по физиологии зрения) даже не подозревают о его существовании. Для того чтобы убедиться в важности этого механизма, попробуйте в течение нескольких минут вести автомобиль или велосипед, играть в теннис или прокатиться на лыжах, закрыв один глаз. Стереоскопы вышли из моды, и вы можете найти их только в антикварных магазинах. Однако большинство читателей смотрели стереоскопические фильмы (когда зрителю приходится надевать специальные очки). Принцип действия как стереоскопа, так и стереоскопических очков основан на использовании механизма стереопсиса.

Изображения на сетчатках двумерны, а между тем мы видим мир трехмерным. Очевидно, что как для человека, так и для животных важна способность определять расстояние до объектов. Точно так же восприятие трехмерной формы предметов означает оценку относительной глубины. Рассмотрим в качестве простого примера круглый предмет. Если он расположен наклонно по отношению к линии взора, его изображение на сетчатках будет эллиптическим, однако обычно мы без труда воспринимаем такой предмет как круглый. Для этого необходима способность к восприятию глубины.

Человек обладает многими механизмами оценки глубины. Некоторые из них столь очевидны, что вряд ли заслуживают упоминания. Тем не менее я их упомяну. Если приблизительно известна величина объекта, например в случае таких объектов, как человек, дерево или кошка, то можно оценить расстояние до него (правда, есть риск ошибиться, если мы столкнемся с карликом, карликовым деревом или львом). Если один предмет расположен впереди другого и частично его заслоняет, то мы воспринимаем передний объект как расположенный ближе. Если взять проекцию параллельных линий, например железнодорожных рельсов, уходящих вдаль, то в проекции они будут сближаться. Это пример перспективы - весьма эффективного показателя глубины. Выпуклый участок стены кажется более светлым в верхней своей части, если источник света расположен выше (обычно источники света и находятся вверху), а углубление в ее поверхности, если оно освещается сверху, кажется в верхней части более темным. Если же источник света поместить внизу, то выпуклость будет выглядеть как углубление, а углубление - как выпуклость. Важным признаком удаленности служит параллакс движения - кажущееся относительное смещение близких и более далеких предметов, если наблюдатель будет двигать головой влево и вправо или вверх и вниз. Если какой-то твердый предмет поворачивается, пусть даже на небольшой угол, то сразу же выявляется его трехмерная форма. Если мы фокусируем хрусталик нашего глаза на близко расположенном предмете, то более удаленный предмет будет не в фокусе; таким образом, меняя форму хрусталика, т.е. изменяя аккомодацию глаза (см. гл. 2 и 6), мы получаем возможность оценивать удаленность предметов. Если изменять относительное направление осей обоих глаз, сводя их или разводя (осуществляя конвергенцию или дивергенцию), то можно свести вместе два изображения предмета и удерживать их в этом положении. Таким образом, управляя либо хрусталиком, либо положением глаз, можно оценить удаленность объекта. На этих принципах основаны конструкции ряда дальномеров. За исключением конвергенции и дивергенции, все остальные показатели удаленности, перечисленные до сих пор, являются монокулярными. Наиболее важный механизм восприятия глубины - стереопсис - зависит от совместного использования двух глаз. При рассматривании любой трехмерной сцены два глаза формируют несколько различные изображения на сетчатке. Вы легко можете в этом убедиться, если будете смотреть прямо вперед и быстро перемещать голову из стороны в сторону примерно на 10 см или же быстро закрывать поочередно то один, то другой глаз. Если перед вами плоский объект, вы не заметите особой разницы. Однако, если сцена включает предметы на разном расстоянии от вас, вы заметите существенные изменения в картине. В процессе стереопсиса мозг сравнивает изображения одной и той же сцены на двух сетчатках и с большой точностью оценивает относительную глубину.

Предположим, наблюдатель фиксирует взором некоторую точку P. Это утверждение эквивалентно тому, как если мы скажем: глаза направляются таким образом, чтобы изображения точки оказались в центральных ямках обоих глаз (F на рис. 103). Предположим теперь, что Q - это другая точка пространства, которая кажется наблюдателю расположенной на такой же глубине, что и P. Пусть Q L и Q R - изображения точки Q на сетчатках левого и правого глаза. В этом случае точки Q L и Q R называют корреспондирующими точками двух сетчаток. Очевидно, что две точки, совпадающие с центральными ямками сетчаток, будут корреспондирующими. Из геометрических соображений ясно также, что точка Q", оцениваемая наблюдателем как расположенная ближе, чем Q, будет давать на сетчатках две проекции - Q" L и Q" R - в некорреспондирующих точках, расположенных дальше друг от друга, чем в том случае, если бы эти точки были корреспондирующими (эта ситуация изображена в правой части рисунка). Точно так же, если рассматривать точку, расположенную дальше от наблюдателя, то окажется, что ее проекции на сетчатках будут расположены ближе друг к другу, чем корреспондирующие точки. То, что сказано выше о корреспондирующих точках, - это частично определения, а частично утверждения, вытекающие из геометрических соображений. При рассмотрении этого вопроса учитывается также психофизиология восприятия, поскольку наблюдатель субъективно оценивает, дальше или ближе точки P расположен объект. Введем еще одно определение. Все точки, которые, подобно точке Q (и, конечно, точке P), воспринимаются как равноудаленные, лежат на гороптере - поверхности, проходящей через точки P и Q, форма которой отличается как от плоскости, так и от сферы и зависит от нашей способности оценивать удаленность, т.е. от нашего мозга. Расстояния от центральной ямки F до проекций точки Q (Q L и Q R) близки, но не равны. Если бы они всегда были равны, то линия пересечения гороптера с горизонтальной плоскостью представляла бы собой круг.

Рис. 103. Слева: если наблюдатель смотрит на точку P, то два ее изображения (проекции) попадают на центральные ямки двух глаз (точки F). Q - точка, которая, по оценке наблюдателя, находится на таком же расстоянии от него, что и P. В этом случае говорят, что две проекции точки Q (Q L и Q R) попадают в корреспондирующие точки сетчаток. (Поверхность, составленную из всех точек Q, которые кажутся находящимися на одинаковом расстоянии от наблюдателя, таком же, как точка P, называют гороптером, проходящим через точку P). Справа: если точка Q" находится ближе к наблюдателю, чем Q, то ее проекции на сетчатках (Q" L и Q" R) будут отстоять друг от друга по горизонтали дальше, чем если бы они находились в корреспондирующих точках. Если бы точка Q" находилась дальше, то проекции Q" L и Q" R оказались бы сдвинутыми по горизонтали ближе друг к другу.

Предположим теперь, что мы фиксируем взглядом некоторую точку в пространстве и что в этом пространстве расположены два точечных источника света, которые дают проекцию на каждой сетчатке в виде световой точки, причем эти точки - не корреспондирующие: расстояние между ними несколько больше, чем между корреспондирующими точками. Любое такое отклонение от положения корреспондирующих точек мы будем называть диспаратностью. Если это отклонение в горизонтальном направлении не превышает 2° (0,6 мм на сетчатке), а по вертикали не больше нескольких угловых минут, то мы будем зрительно воспринимать одиночную точку в пространстве, расположенную ближе, чем та, которую мы фиксируем. Если же расстояния между проекциями точки будут не больше, а меньше, чем между корреспондирующими точками, то данная точка будет казаться расположенной дальше, чем точка фиксации. Наконец, в том случае, если вертикальное отклонение будет превышать несколько угловых минут или же горизонтальное будет больше 2°, то мы увидим две отдельные точки, которые, возможно, покажутся расположенными дальше или ближе точки фиксации. Эти экспериментальные результаты иллюстрируют основной принцип стереовосприятия, впервые сформулированный в 1838 году сэром Ч. Уитстоном (который также изобрел прибор, известный в электротехнике как «мостик Уитстона»).

Кажется почти невероятным, что до этого открытия ни один человек, по-видимому, не отдавал себе отчета в том, что наличие едва заметных различий в изображениях, проецируемых на сетчатки двух глаз, может приводить к отчетливому впечатлению глубины. Такой стереоэффект может продемонстрировать за несколько минут любой человек, способный произвольно сводить или разводить оси своих глаз, или же тот, у кого есть карандаш, кусок бумаги и несколько небольших зеркал или призм. Непонятно, как прошли мимо этого открытия Евклид, Архимед и Ньютон. В своей статье Уитстон отмечает, что Леонардо да Винчи был очень близок к открытию этого принципа. Леонардо указывал, что шар, расположенный перед какой-либо пространственной сценой, виден каждым глазом по-разному - левым глазом мы немного дальше видим его левую сторону, а правым глазом - правую. Далее Уитстон отмечает, что если бы вместо шара Леонардо выбрал куб, то он, безусловно, заметил бы, что его проекции для разных глаз различны. После этого он мог бы, как и Уитстон, заинтересоваться тем, что будет, если специально спроецировать два подобных изображения на сетчатки двух глаз.

Важным физиологическим фактом является то, что ощущение глубины (т.е. возможность «непосредственно» видеть, дальше или ближе точки фиксации расположен тот или иной объект) возникает в тех случаях, когда два сетчаточных изображения несколько смещены относительно друг друга в горизонтальном направлении - раздвинуты или, наоборот, сближены (если только это смещение не превышает примерно 2°, а вертикальное смещение близко к нулю). Это, разумеется, соответствует геометрическим соотношениям: если по отношению к некоторой точке отсчета расстояния объект расположен ближе или дальше, то его проекции на сетчатках будут раздвинуты или сближены по горизонтали, тогда как существенного вертикального смещения изображений не произойдет.

На этом и основано действие стереоскопа, изобретенного Уитстоном. Стереоскоп в течение примерно полувека был настолько популярен, что имелся чуть ли не в каждом доме. Тот же принцип лежит в основе и стереокино, которое мы сейчас смотрим, используя для этого специальные поляроидные очки. В первоначальной конструкции стереоскопа наблюдатель рассматривал два изображения, помещенные в ящик, с помощью двух зеркал, которые были расположены таким образом, что каждый глаз видел только одно изображение. Для удобства теперь часто используют призмы и фокусирующие линзы. Два изображения идентичны во всем, кроме небольших горизонтальных смещений, которые и создают впечатление глубины. Любой может изготовить фотографию, пригодную для использования в стереоскопе, если выберет какой-либо неподвижный объект (или сцену), сделает снимок, а затем сдвинет фотоаппарат на 5 сантиметров вправо или влево и сделает второй снимок.

Не все обладают способностью воспринимать глубину с помощью стереоскопа. Вы сами можете легко проверить свой стереопсис, если воспользуетесь стереопарами, приведенными на рис. 105 и 106. Если у вас есть стереоскоп, вы можете сделать копии изображенных здесь стереопар и вставить их в стереоскоп. Вы можете также поместить тонкий кусок картона перпендикулярно между двумя изображениями из одной стереопары и попытаться смотреть каждым глазом на свое изображение, установив глаза параллельно, как если бы вы смотрели вдаль. Можно также научиться сводить и разводить глаза с помощью пальца, поместив его между глазами и стереопарой и передвигая вперед или назад, пока изображения не сольются, после чего (это самое трудное) вы сможете рассматривать слитое изображение, стараясь, чтобы оно не разделилось на два. Если у вас это получится, то кажущиеся отношения глубины будут противоположны тем, которые воспринимаются при использовании стереоскопа.

Рис. 104. А. Стереоскоп Уитстона. Б. Схема стереоскопа Уитстона, составленная им самим. Наблюдатель сидит перед двумя зеркалами (А и А"), поставленными под углом 40° к направлению его взора, и смотрит на две совмещенные в поле зрения картинки - Е (правым глазом) и Е" (левым глазом). В созданном позже более простом варианте две картинки помещаются рядом так, что расстояние между их центрами примерно равно расстоянию между глазами. Две призмы отклоняют направление взора так, что при надлежащей конвергенции левый глаз видит левое изображение, а правый глаз - правое изображение. Вы сами можете попробовать обойтись без стереоскопа, представив себе, что смотрите на очень удаленный предмет глазами, оси которых установлены параллельно друг другу. Тогда левый глаз будет смотреть на левое изображение, а правый - на правое.

Даже если вам не удастся повторить опыт с восприятием глубины - из-за того ли, что у вас нет стереоскопа, или потому, что вы не можете произвольно сводить и разводить оси глаз, - вы все-таки сможете понять суть дела, хотя не получите удовольствия от стереоэффекта.

В верхней стереопаре на рис. 105 в двух квадратных рамках имеется по небольшому кружку, один из которых смещен немного влево от центра, а другой - немного вправо. Если рассматривать эту стереопару двумя глазами, используя стереоскоп или иной метод совмещения изображений, то вы увидите кружок не в плоскости листа, а впереди него на расстоянии около 2,5 см. Если так же рассматривать нижнюю стереопару на рис. 105, то кружок будет виден позади плоскости листа. Вы воспринимаете положение кружка таким образом потому, что на сетчатки ваших глаз попадает в точности такая же информация, как если бы кружок действительно находился впереди или позади плоскости рамки.

Рис. 105. Если верхнюю стереопару вставить в стереоскоп, то кружок будет выглядеть расположенным впереди плоскости рамки. В нижней стереопаре он будет располагаться позади плоскости рамки. (Вы можете проделать такой опыт без стереоскопа, путем конвергенции или дивергенции глаз; для большинства людей конвергенция легче. Для облегчения задачи можно взять кусок картона и поставить его между двумя изображениями стереопары. Поначалу это упражнение может показаться вам трудным и утомительным; не усердствуйте при первой попытке. При конвергенции глаз на верхней стереопаре кружочек будет виден дальше плоскости, а на нижней - ближе).

В 1960 году Бела Юлеш из фирмы Bell Telephone Laboratories придумал весьма полезную и изящную методику для демонстрации стереоэффекта. Изображение, представленное на рис. 107, на первый взгляд кажется однородной случайной мозаикой из маленьких треугольничков. Так оно и есть, за исключением того, что в центральной части имеется скрытый треугольник большего размера. Если вы будете рассматривать это изображение с помощью двух кусочков цветного целлофана, помещенных перед глазами, - красного перед одним глазом и зеленого перед другим, то вы должны увидеть в центре треугольник, выступающий из плоскости листа вперед, как в предыдущем случае с маленьким кружком на стереопарах. (Быть может, в первый раз вам придется смотреть минуту или около этого, пока не возникнет стереоэффект.) Если поменять куски целлофана местами, произойдет инверсия глубины. Ценность этих стереопар Юлеша заключается в том, что если у вас нарушено стереовосприятие, то вы не увидите треугольника впереди или позади окружающего фона.

Рис. 106. Еще одна стереопара.

Подводя итоги, можно сказать, что наша способность ощущать стереоэффект зависит от пяти условий:

1. Имеется много косвенных признаков глубины - частичное заслонение одних предметов другими, параллакс движения, вращение предмета, относительные размеры, отбрасывание теней, перспектива. Однако наиболее мощным механизмом является стереопсис.

2. Если мы фиксируем взглядом какую-то точку в пространстве, то проекции этой точки попадают в центральные ямки обеих сетчаток. Любая точка, которая оценивается как расположенная на том же расстоянии от глаз, что и точка фиксации, образует две проекции в корреспондирующих точках сетчаток.

3. Стереоэффект определяется простым геометрическим фактом - если некоторый объект находится ближе точки фиксации, то две его проекции на сетчатках оказываются дальше друг от друга, чем корреспондирующие точки.

4. Главный вывод, основанный на результатах экспериментов с испытуемыми, заключается в следующем: объект, проекции которого на сетчатках правого и левого глаза попадают на корреспондирующие точки, воспринимается как расположенный на том же расстоянии от глаз, что и точка фиксации; если проекции этого объекта раздвинуты по сравнению с корреспондирующими точками, объект кажется расположенным ближе точки фиксации; если же они, наоборот, сближены, объект кажется расположенным дальше точки фиксации.

5. При горизонтальном смещении проекций больше чем на 2° или вертикальном смещении больше нескольких угловых минут возникает двоение.

Рис. 107. Для того чтобы получить это изображение, называемое анаглифом, Бела Юлес сначала построил две системы случайно расположенных маленьких треугольников; они различались только тем, что 1) в одной системе были красные треугольники на белом фоне, а в другой - зеленые на белом фоне; 2) в пределах большой треугольной зоны (вблизи центра рисунка) все зеленые треугольники несколько смещены влево по сравнению с красными. После этого две системы совмещаются, но с небольшим сдвигом, так что сами треугольники не накладываются друг на друга. Если на полученное изображение смотреть через зеленый фильтр из целлофана, то будут видны только красные элементы, а если через красный фильтр - только зеленые. Если же перед одним глазом поместить зеленый фильтр, а перед другим - красный, то вы увидите большой треугольник, выступающий примерно на 1 см перед страницей. В случае перемены фильтров местами треугольник будет виден за плоскостью страницы.

<<< Назад

Вперед >>>

Стереоскопическое зрение служит самым надежным и чувствительным показателем способности к анализу пространственных соотношений . По мнению Е.М. Белостоцкого (1959), способность зрительного анализатора к правильной оценке третьего пространственного измерения, т.е. глубинного зрения, является одним из компонентов сложного процесса бинокулярного восприятия пространства .

Благодаря способности к слиянию изображений, падающих на идентичные или слегка диспаратные участки сетчаток обоих глаз (в пределах зоны Панума), человек получает возможность свободно ориентироваться в окружающем пространстве и оценивать его в трех измерениях.

Вследствие того, что оба глаза расположены во фронтальной плоскости и на некотором расстоянии друг от друга, на сетчатки обоих глаз ложатся не вполне одинаковые, несколько смещенные изображения объекта фиксации.

Указанное смещение, или так называемая поперечная диспарация, является основным условием для стереоскопического (глубинного) восприятие объектов внешнего мира или первичным фактором восприятия глубины. При этом между стереоскопическим и глубинным зрением имеются различия. Стереоскопическое зрение может быть воспроизведено только в искусственных условиях на стереоскопических приборах. Оно осуществляется лишь при двух открытых глазах, тогда как глубинное зрение, т.е. способность к оценке третьего пространственного измерения в естественных условиях, может иметь место как при бинокулярном, так и при монокулярном зрении .

Наименьшая воспринимаемая разница в относительной удаленности двух объектов друг от друга называется остротой, или порогом глубинного зрения. Определение остроты или порога глубинного зрения дает возможность судить о наличии или отсутствии у данного испытуемого способности к восприятию глубины и дать ей количественную оценку (в углах диспарации или в углах бинокулярного параллакса).

Стереовосприятию способствуют и вторичные факторы оценки глубины, которые действуют и при монолатеральном зрении: распределение светотеней, относительные размеры предметов, линейная перспектива и др. факторы, которые помогают в оценке третьего пространственного измерения. Имеются данные о том, что стереоскопический эффект сохраняется на дистанции 0,1-100 м . Для нормального глубинного зрения необходимы: высокая острота зрения каждого глаза, правильное строение обоих глаз, отсутствие грубых нарушений в функции глазодвигательного аппарата.

В клинической практике используются специальные методы исследования стереоскопического зрения. Одни из методов основаны на использовании реальной глубинной разности с различным расположением тест-объектов по глубине: например, глубинно-глазомерный аппарат Литинского (1940), трехпалочковые устройства различных конструкций . Другие методы основаны на создании искусственной поперечной (горизонтальной) диспарации, которую обеспечивают смещением левого и правого изображения тест-объекта при предъявлении парных картинок (например, в линзовом стереоскопе), или демонстрацией на экране дисплея диспаратных изображений, которые рассматривают через цветовые, поляроидные или жидкокристаллические очки, позволяющие разделять поля зрения правого и левого глаза.

Frubise и Jeansch установили, что с увеличением расстояния, с которого ведется нaблюдение, поперечная диспарция определяется лучше. Они выявили, что у одного и того же исследуемого при наблюдении с расстояния 26 м порог глубины составляет 3,2", а при наблюдении с расстояния 6 м — 5,5" (цит. по: Заксенвегер Р., 1963) .

Adams W.E. с соавт. проводил исследование стереозрения с помощью теста FD2 у детей в возрасте от 3 до 6 лет и установил, что при расположении тест-объекта на расстоянии 3 м порог стереозрения составил 92", а на расстоянии 6 м — 29,6". Таким образом, они утверждают, что острота стереозрения вдаль намного лучше, чем вблизи .

Garnham L. и Sloper J.J. исследовали остроту стереозрения с использованием четырех тестов — TNO, Titmus, Frisby (для близи), Frisby-Davis (для дали) — у 60 здоровых субъектов в возрасте 17-83 лет .

В TNO-тесте используются случайные точки, разделение полей зрения двух глаз осуществляется с помощью красно-зеленых очков, в Titmus-тесте — черные круги и поляроидные очки, в Frisby-тесте — реальные предметы. Исследование стереоскопического и глубинного зрения с помощью данных тестов проводится вблизи. Для дали используют Frisby-Davis-тест с реальными предметами, угловые размеры которых соответствуют угловым величинам предметов для близи.

На рисунке представлены величины остроты стереозрения при использовании различных тестов по Garnham L. и Sloper J.J. . На рисунке видно, что имеются существенные отличия в остроте стереозрения у лиц разного возраста, а также при применении разных тестов. Так, при обследовании лиц 17-29 лет острота стереозрения по гистограмме А составляла 15-240", по гистограмме В — 40-60" и по гистограмме С — 20-55". Для дали острота стереозрения у них составила 4-20", т.е. наиболее высокая острота стереозрения выявляется при использовании реальных предметов, и при зрении вдаль она выше, чем при зрении вблизи. Аналогичная тенденция отмечена и в других возрастных группах.

Колосова С.А. определяла остроту глубинного зрения у лиц, отобранных в отряд космонавтов, и установила, что средние пороги глубинного зрения при освещенности фона 700 лк на расстоянии 30 см равны 10,8", на расстоянии 5 м — 4,4", на расстоянии 10 м — 2,1", а у некоторых испытуемых порог различения глубины был ниже 1". По мере накопления профессионального опыта острота глубинного зрения увеличивается, а при повышении интенсивности фонового освещения до максимальных величин — снижается .

Таким образом, острота стереозрения в значительной степени зависит от используемых тестов и расстояния до них, интенсивности фонового освещения, возраста пациентов, степени их тренированности, состояния их зрительных функций, способа обработки полученных данных и других факторов .

Мнения исследователей о возрастной норме порогов стереозрения у детей разделились: одни считают, что дети достигают уровня «взрослой» нормы к 7 годам, а другие отмечают улучшение показателей к 11-12 годам .

Высокую точность измерения стереоскопического зрения до 1" обеспечивает компьютерная программа «Стереопсис» . В качестве тест-объектов в ней используются стереопары, состоящие из расположенных одна над другой вертикальных синусоидальных решеток с одинаковой пространственной частотой (ПЧ) и различной диспаратностью, демонстрируемые на экране монитора.

При этом измерение порогов стереоскопического зрения можно осуществлять в широком диапазоне пространственной частоты от 0,35 до 32 цикл/град. При измерении порога стереозрения разделение полей зрения осуществляется с помощью очков с цветными (красно-зелеными) фильтрами. Для каждой из исследуемых частот порог стереозрения определяют как минимальную разницу диспаратностей верхней и нижней половины стереопары, при которой пациент еще различает их взаимное расположение по глубине.

Васильева Н.Н., Рожкова Г.И., Белозеров А.Е. исследовали остроту стереозрения по программе «Стереопсис» у 178 школьников в возрасте от 7 до 17 лет с расстояния 2,27 м. Во всех возрастных группах наименьшие пороги были зарегистрированы на частотах 1,0-2,0 цикл/град. В возрастной группе 7-10 лет оказалось 12% детей с порогами от 4 до 8"; в возрастной группе 11-14 лет — 42% с порогами 1-8"; в возрастной группе 15-17 лет — 49% с порогами 3-8" .

По мнению Рожковой Г.И. (1992) в восприятие и анализ стимулов могут вносить вклад, как минимум, две подсистемы бинокулярного зрения — чисто бинокулярная и постмонокулярная. При использовании случайно-точечного изображения работает только бинокулярная подсистема зрения, при использовании пространственно-частотной стереовизометрии — бинокулярная и постмонокулярная подсистемы .

В нашей работе для исследования стереоскопического зрения использовалась компьютерная программа «Стереопсис» . Исследование остроты стереозрения на расстояниях 5; 2,5; 1; 0,5; 0,33 м от объекта проводили при низких пространственных частотах наблюдаемой решетки (0,7-1,0 цикл/град). Исходная величина диспарации для 2,25 м составляла 1,8", при применении геометрических расчетов становится ясным, что для расстояния 5 м заданная диспаратность будет соответствовать 0,8", при приближении на расстояние 1 м — она составит 4", на расстоянии 0,5 м — 8", а на 0,33 м — 12,2". Если пациент видит на разных дистанциях минимальную заданную диспаратность, то по мере приближения к экрану показатели остроты стереозрения будут снижаться.

При сравнении полученных нами данных для расстояния 2,5 м (при эмметропии — 2,1±0,1", при гиперметропии — 1,6±0,2", при миопии — 5,3±0,3") мы не нашли большого разногласия с данными, полученными Васильевой Н.Н. с соавт. , которые использовали программу «Стереопсис»: чуть менее чем в половине случаев пороги стереозрения для расстояния 2,27 м у детей 11-14 лет составляли 1-8". При этом необходимо учитывать то обстоятельство, что они обследовали детей с очками, которые у них были, а не с полной коррекцией, устраняющей аметропию, а некоторые дети, как отмечают сами авторы, вовсе не пользовались коррекцией, стесняясь носить очки. В нашем случае мы отбирали детей только со слабой и средней степенью аметропии, без астигматизма, и при исследовании стереозрения полностью корригировали аметропию. Поэтому определенные различия в результатах могут наблюдаться. Сравнивать полученные пороги стереозрения с результатами других методов, основанных на использовании принципиально отличающихся от применяемых нами тестов, было бы некорректно. Оценка влияния расстояния на остроту стереоскопического зрения, несомненно, зависит от чувствительности используемой методики.

Заключение

Анализ литературных данных подтверждает известный факт зависимости бинокулярного, стереоскопического и глубинного зрения от применяемых методов, условий исследования, характера и степени гаплоскопического эффекта использованных тест-объектов.

Полученные нами данные, опубликованные в журнале «Офтальмохирургия» (2012, № 1, с. 13-19) в статье «Состояние стереоскопического зрения у детей с различными видами рефракции», мы не представляем критериями порогов стереозрения у детей; их следует расценивать как пороги стереоскопического зрения, определенные с помощью компьютерной программы «Стереопсис», адаптированной для различных дистанций исследования, при одинаковой угловой величине объектов, соответствующих пространственной частоте 0,7-1,0 цикл/град, у детей 10-15 лет с эмметропией и корригированными аметропиями слабой и средней степени.

Мы выражаем глубокую благодарность профессору А.А. Шпаку, проявившему интерес к нашей работе, что лишний раз указывает на актуальность данной проблемы и необходимость дальнейшего изучения и разработки методов исследования такой сложной функции, как стереоскопическое зрение.

Способность видеть мир объемно дает человеку бинокулярное зрение. При его нарушениях ухудшается острота зрения, возникают проблемы с ориентацией в пространстве. Случается это по различным причинам. Восстанавливать бинокулярность можно аппаратными и хирургическими методами. Также врач назначает упражнения для глаз.

В этой статье

Прежде чем начать рассматривать методики для восстановления бинокулярного зрения в домашних условиях, следует понять, что такое бинокулярность, как работает эта функция зрительного аппарата и из-за чего происходит потеря бинокулярного зрения.

Что такое бинокулярное зрение и как оно работает?

Бинокулярное зрение — это зрение обоими глазами. Его также называют стереоскопическим и пространственным, ведь оно дает возможность видеть в 3D-проекции. Благодаря этой функции человек видит предметы, распознавая их размеры по ширине и высоте, форму, расстояние между ними. Оба глаза человека получают по одному изображению, которые они передают в головной мозг. В нем происходит объединение этих изображений в одну картинку.

Если отсутствует бинокулярное зрение, мозг получит два отличающихся друг от друга зрительных образа, которые не смогут соединиться в один. В результате этого возникает диплопия — двоение изображения. Такое бывает при анизометропии (сильная разница между рефракцией правого и левого глаз), заболеваниях хрусталика, роговицы и сетчатки, повреждениях нервной системы и по другим причинам. Невозможно бинокулярное зрение, если в процессе зрительного восприятия не участвует один глаз, как это бывает при косоглазии.

Развитие бинокулярного зрения начинается с самого детства. С первых же месяцев начинают формироваться предпосылки для его возникновения и развития. Сначала у ребенка появляется светочувствительность, цветовосприятие, центральное зрение. Со временем улучшается острота зрения, поле зрение расширяется. Все это способствует формированию бинокулярности. Завершается этот процесс примерно к 12-14 годам. Нарушения могут возникнуть в любом возрасте. Спровоцировать их способны самые разнообразные факторы.

Причины нарушения бинокулярного зрения

Основная причина, из-за которой отсутствует зрение бинокулярное, это несогласованные движения глазных яблок. Такое происходит вследствие ослабления глазных мышц или повреждений глазодвигательных мышц. Глаза начинают смотреть в разных направлениях, смещается зрительная ось, что приводит к ухудшению зрительных функций одного глаза. В ряде случаев происходит полная потеря зрения одним из них. Данная патология чаще возникает в детском возрасте и проявляется в косоглазии — самая частая форма нарушения бинокулярного зрения.

К утрате бинокулярности приводят и другие причины. На самом деле, их очень много. Кровоизлияния в сетчатке, катаракта, разрыв сетчатой оболочки вызывают сильное ухудшение зрительных способностей глаза, а одно из условий существования стереоскопического зрения — отсутствие патологий сетчатки и роговицы.

Таким образом, потеря бинокулярного зрения вызывается разными патологиями организма, в целом, и глаз, в частности. Любая болезнь, которая отрицательно сказывается на здоровье глаз и зрении, может стать фактором, провоцирующим нарушения пространственного восприятия.

Восстановление бинокулярного зрения

Восстановление бинокулярности начинается с лечения патологии, которая привела к нарушениям зрения. Только после устранения причин, можно вернуть стереоскопическое зрение.

Самой частой патологией, при которой зрение бинокулярное отсутствует, является косоглазие. Это офтальмологическое заболевание лечится с помощью операции, аппаратных методов и глазной гимнастики. Хирургическое вмешательство необходимо только в крайних случаях, когда глаз сильно смещен относительно нормального положения и не задействован в процессе зрения.

Восстановление и тренировка бинокулярного зрения в домашних условиях

Ежедневная тренировка пространственного зрения является залогом быстрого его восстановления. Существуют различные упражнения, которые могут выполняться самостоятельно прямо дома. Самым простым является упражнение с листом бумаги.

Упражнение с листом

Вам потребуется бумажный лист, на котором нужно начертить фломастером вертикальную черту длиной 10 см и шириной 1 см. Закрепите лист на стене на уровне глаз и отодвиньтесь от нее на 1 метр. Смотрите на линию и понемногу наклоняйте голову вниз, продолжая рассматривать черту, пока она не начнет двоиться. Следующий раз отводите голову вверх, а потом в стороны. Выполнять такие упражнения необходимо три раза в день по пять минут. Обязательное условие для выполнения — хорошая освещенность в комнате.

Это упражнение самое простое по технике. Есть и другие методики, связанные с фокусировкой. Они также способствуют тренировке и восстановлению бинокулярного зрения.

Упражнение «Тренировка»

На стене разместите какой-нибудь объект (лист с изображением) и отойдите от него на дистанцию 2-3 метра. Далее Вы должны сжать кулак, но указательный палец при этом должен быть вытянут вверх. Рука располагается на расстоянии 40 см от лица, а кончик указательного пальца должен находиться на одной зрительной оси с объектом на стене. Посмотрите на объект через кончик пальца. Он сразу начнет раздваиваться. После этого нужно перенести фокус со стены на палец. В этот момент начнет двоиться зрительный объект. Так можно тренировать попеременно оба глаза. Больше нагружать следует именно слабый глаз. Тренировка займет у Вас примерно 3-5 минут. Выполнять ее желательно несколько раз в день. Со временем Вы заметите, что острота Вашего зрения улучшилась.

Упражнение «Фокусировка»

Для него потребуется цветной предмет (любая картинка). Сначала нужно смотреть на всю картинку, затем на отдельные ее детали (изображение должно быть сложным, разноцветным). Затем выбирается еще меньший объект. Так, если объект — бабочка, то сначала Вы рассматриваете ее целиком, после этого очерчиваете глазами ее контур, далее разглядываете крыло или его половинку. Последним объектом для фокусирования на нем взгляда должен быть размером не более 0.5 см. Так Вы постепенно научитесь быстрее и точнее фокусироваться, не нагружая сильно глаза.

Упражнение «Стереограмма»

Рисунок-стереограмму можно скачать в интернете и распечатать. Она представляет собой зашифрованные рисунки, в которых можно разглядеть какие-либо фигуры. Стереограмма должна располагаться на расстоянии 30-40 см от лица. Взгляд необходимо фокусировать как бы за изображением. Через некоторое время начнет проявляться скрытая картинка. После того, как это произошло, нужно увеличить дистанцию между стереограммой и глазами, но при этом постарайтесь не потерять найденную картинку. Следующие действия — повороты головы вверх-вниз и влево-вправо с удержанием увиденного изображения. С первого раза это может не получиться. Однако со временем глаза привыкнут и видимый объект будет распознаваться с разных ракурсов. Стереограммы очень полезны для тренировки бинокулярности, а также для снятия напряжения со зрительного аппарата. Особенно такое упражнение будет полезно людям, которые работают за компьютером. Стереограммы можно и не распечатывать, а рассматривать прямо с монитора. Необходимо только установить оптимальную его яркость.

Помимо этих упражнений, можно выполнять общую гимнастику для глаз, которая помогает при усталости и для повышения остроты зрения. Таких методик тоже достаточно много. Перед их выполнением проконсультируйтесь с офтальмологом.

Человек с бинокулярным (стереоскопическим) зрением может полноценно ориентироваться в пространстве. Различать предметы и объекты по форме можно и при наличии монокулярного зрения. Однако определять дистанцию между объектами можно только при сформированном стереоскопическом восприятии. Любые патологии, которые приводят к нарушению бинокулярности, необходимо начинать лечить вовремя, тем более, если они возникают в детском возрасте, когда зрение только формируется.

21.06.2015

При обработке материалов аэрофотосъемки, дешифрировании аэроснимков и аэротаксации лесов широко применяется стереоскопическое зрение. Оно значительно повышает точность измерений, поэтому кратко ознакомимся с основными его свойствами.
Чтобы лучше уяснить сущность стереоскопического зрения, рассмотрим устройство человеческого глаза. Глаз человека представляет собой шарообразное тело, состоящее из трех оболочек; склеры, сосудистой оболочки и сетчатки (рис. 53).
Склерой называется наружная твердая белковая оболочка. К ней прилегает сосудистая оболочка, переходящая в утолщенную и непрозрачную радужную оболочку, в которой размещается зрачок глаза. Он может изменять свой диаметр, являясь диафрагмой, регулирующей количество света, попадающего в глаз.

Расстояние между центрами зрачков глаза называется глазным базисом. Он у разных людей меняется от 58 до 72 мм. В среднем он равен 65 мм. За зрачком расположен хрусталик. Он представляет собой двояковыпуклую линзу и его можно рассматривать как объектив глаза, служащий для построения на сетчатке изображений наблюдаемых предметов. Чтобы изображения различно удаленных от нас предметов были резкими, форма хрусталика при помощи мышц изменяется, в связи с чем меняется и его фокусное расстояние (от 12 до 16 мм). Способность глаза изменять кривизну поверхностей хрусталика называется аккомодацией. Оболочка выстилает внутреннюю поверхность глаза и называется сетчаткой. Чувствительные элементы ее состоят из палочек и колбочек, являющихся окончаниями разветвлений глазного нерва и передающих свое раздражение через нервную систему в мозг наблюдателя.
Палочки и колбочки расположены на сетчатке неравномерно. Важный участок сетчатки - желтое пятно. Оно является местом наиболее ясного видения, расположено в середине сетчатки, против зрачка и несколько смещено от оси симметрии глаза. Желтое пятно состоит главным образом из колбочек.
Изображение предметов, которое дает хрусталик, строится в пределах желтого пятна. Наиболее чувствительной к свету частью желтого пятна является углубление, находящееся в желтом пятне. Оно называется центральной ямкой. Диаметр ее 0,4 мм. Прямая, проходящая через центральную ямку и центр хрусталика, называется зрительной осью глаза.
Для того чтобы нормальный глаз видел предметы без особого напряжения, расстояние до них должно быть около 250 мм. Оно называется расстоянием наилучшего зрения.

Зрение одним глазом называется монокулярным. Оно позволяет определить положение предмета в плоскости и обладает определенной разрешающей способностью. Разрешающей способностью (остротой) зрения называется минимальный угол, под которым глаз еще различает две точки раздельно. Разрешающая способность глаза порядка 30-40". Она зависит от особенностей глаза и условий наблюдений.
Глубина пространства ощущается при бинокулярном зрении (зрения двумя глазами). Оно обладает двумя замечательными свойствами. Первым его свойством является слияние в зрительном впечатлении двух изображений, получаемых на сетчатках глаз, в одно пространственное изображение.
Второе свойство - оценка глубины, т. е. удаленности наблюдаемых предметов. Только на больших расстояниях бинокулярное ощущение глубины пространства не отличается от монокулярного зрения. При переходе к более близким предметам оно превращается в стереоскопическое зрение, оставаясь бинокулярным. Следовательно, стереоскопическое зрение является частным случаем бинокулярного зрения, при котором наиболее отчетливо воспринимается глубина пространства, рельефность объектов местности и их пространственное расположение.
Рассмотрим некоторые свойства стереоскопического зрения.
При бинокулярном зрении наблюдатель устанавливает глаза так, что их зрительные оси пересекаются на том предмете, который мы рассматриваем. Точка пересечения зрительных осей называется точкой фиксации М (рис. 54), При фиксации внимания на какой-либо точке возникает поле ясной видимости. Оно ограничено размером центральных ямок глаз. В пределах поля ясной видимости возникает стереоскопическое зрение наибольшей отчетливости. При стереоскопическом зрении на сетчатке глаз изображения различно удаленных точек получаются на разных расстояниях от центров желтых пятен.
Разность этих расстояний называется физиологическим параллаксом

Чем дальше по глубине точка К отстоит от точки М, тем больше будет с.
Угол пересечения зрительных осей глаз называется углом конвергенции γс. Чем ближе от наблюдателя точка, тем угол γс больше и, наоборот, при удалении точки угол γс уменьшается. Предельно малая разность параллактических углов γс-γ"с (см. рис. 54), воспринимаемая наблюдателем, называется остротой стереоскопического зрения. Величина ее порядка 20-30" для отдельно взятых точек, а для вертикальных линий - 10-15".
Из равнобедренного треугольника MSS" следует, что br/2: L = tg γc/2, где L является удалением (расстоянием) точки М от глазного базиса.
Если угол γc/2 мал, то

где γc выражен в радианах.
Эта формула позволяет судить об удалении L предметов или объектов местности от наблюдателя.
При переходе от точки М к другой точке K (рис. 55) в поле ясной видимости и при соответствующем изменении параллактического угла γ"с, преобразуя формулу (42), получим

Формулы (42) и (43) являются основными формулами стереоскопического зрения.
Если принять γc = 30", bг = 65 мм, то из формулы (42) следует, что

В данном случае угол γc равен остроте стереоскопического зрения, поэтому Lг = 450 м является радиусом невооруженного стереоскопического зрения. При расстоянии больше 450 м наблюдатель не получает пространственного восприятия объектов и местность ему должна казаться плоской.
Радиус стереоскопического зрения можно увеличить путем увеличения базиса и остроты стереоскопического зрения. С этой целью применяются специальные приборы, у которых за счет введения зеркал или призм увеличивается базис, а за счет введения линз повышается острота стереоскопического зрения. Такого рода приборы называются стереоскопическими.
Стереоскопическое восприятие можно получить, не только рассматривая сами предметы местности, но и их перспективные изображения - аэроснимки.
Во время плановой аэросъемки каждый следующий аэроснимок на 60% перекрывает предыдущий аэроснимок.

Расположим смежные аэроснимки - стереопару перед глазами так, чтобы в поле зрения находились перекрывающиеся части и базис съемки был параллелен глазному базису (рис. 56).
Раздвигая эти аэроснимки вдоль линии базиса аэрофотосъемки на соответствующую величину и рассматривая одно и то же изображение в местах перекрытия левым и правым глазом, получим вместо двух одно пространственное изображение местности, дающее ясное представление о соотношении высоты между различными объектами. Стереоскопическое изображение заснятой местности называется стереоскопической моделью местности.
Стереоскопический эффект возникает потому, что разность продольных параллаксов Δр точек аэроснимков при рассматривании преобразуется в разность физиологических параллаксов.
Для получения стереоэффекта пользуются специальными приборами - стереоскопами. Стереоскоп позволяет одним глазом видеть одно изображение, другим - другое.
Если левый глаз видит левый аэроснимок, а правый - правый, то возникает прямой стереоэффект (горы изображаются горами, лощины - лощинами), рис, 56, а.
Если левый глаз видит правый аэроснимок, а правый-левый, возникает обратный стереоэффект (горы изображаются лощинами, а лощины - горами) - см. рис. 56,6, Если аэроснимки, подготовленные для прямого стереоэффекта, повернуть на 90°, то возникает нулевой стереоэффект. В этом случае все объекты будут казаться лежащими в одной плоскости (см. рис. 56,а).
Рассмотрим устройство зеркального стереоскопа. Он состоит из четырех зеркал, попарно параллельных между собой (рис. 57).

При работе с зеркальным стереоскопом лучи o1m1 и o2m2 которые от аэроснимка первоначально идут вертикально, после отражения пойдут горизонтально, затем от вторых зеркал опять пойдут вертикально и попадут в глаза наблюдателю.
Расстояние o1m1k1S1 = o2m2k2S2 = fc, где главное расстояние стереоскопа, измеряемое от центра зеркала по ходу луча до аэрофотоснимка.
Следует заметить, что при рассматривании аэрофотоснимков под стереоскопом получается мнимая модель (стереомодель), так как действительного пересечения лучей не происходит.
Увеличение видимого изображения на аэрофотоснимках, рассматриваемых под стереоскопом, равно отношению расстояния наилучшего зрения ρ0 к главному расстоянию стереоскопа Vc = ρ0/fc. У зеркального стереоскопа fс = 250, поэтому Vc = 1X.
Если между зеркалами установлены линзы, то fc замеряется от центра линзы по ходу главного луча до плоскости аэроснимка.
Для определения тон минимальном разности высот hmin (превышений точек), которые видим на аэроснимках, преобразуем вторую из основных формулу стереозрения ΔL = L2v/bг, в которой ΔL заменим hmin (или Δh), L - высотой фотографирования Н, bг - базисом фотографирования В.
Тогда получим

С учетом относительного увеличения стереоскопа формула для hmin примет следующий вид:

Но базис b в масштабе аэроснимка b = B f/H. Тогда hmin = H2fc/bH v, или hmin = Hfc/b v. По этой формуле определяется минимальная разность высоты объектов, оцениваемая с помощью стереоскопа.
При визуальной оценке высоты с помощью стереоскопа следует учесть, что имеет место различие в вертикальных и горизонтальных масштабах стереомодели, вследствие чего утрируются вертикальные размеры объектов местности и ее рельеф.
Для вывода формулы вертикального масштаба воспользуемся следующими формулами стереофотограмметрии:
формулой, применяемой для определения превышения объекта, наблюдаемого в стереоскоп hс,

Из этой формулы (47) следует:

Если учесть увеличение стереоскопом vс, то формула примет следующий вид:

Эта формула показывает, что вертикальный масштаб будет крупнее горизонтального во столько раз, во сколько f меньше ρ0 (250 мм) (полагая, что для 60%-кого продольного перекрытия аэроснимков формата 18x18 см b≈bг) и увеличивается пропорционально величине vc. Например, при аэрофотосъемке аэрофотоаппаратами с фокусным расстоянием 70 и 100 мм и при расстоянии в стереоскопе от глаза до аэроснимка ρ0=250 мм, видимый в стереоскоп рельеф окажется утрированным, т. е. вытянутым вверх в 3,5 и 2,5 раза по сравнению с действительным.
Изложенные выше свойства стереомодели необходимо внимательно учитывать при лесном дешифрировании аэроснимков и особенно при глазомерно-стереоскопическом способе измерения высоты деревьев и насаждений.

ОБЪЕМНОЕ ЗРЕНИЕ

ОБЪЕМНОЕ ЗРЕНИЕ , способность глаз определять положение предметов в трехмерном пространстве. СЕТЧАТКА создает двумерное изображение, а информация о глубине пространства создается в мозгу. Для этого служат такие «показатели глубины», как линейная перспектива, ПАРАЛЛАКС, относительный размер предметов. Учитывается также и то, что каждый глаз видит предмет несколько иначе.

Научно-технический энциклопедический словарь .

Смотреть что такое "ОБЪЕМНОЕ ЗРЕНИЕ" в других словарях:

I Зрение (visio, visus) физиологический процесс восприятия величины, формы и цвета предметов, а также их взаимного расположения и расстояния между ними; источником зрительного восприятия является свет, излучаемый или отражаемый от предметов… … Медицинская энциклопедия

Я; ср. Одно из пяти внешних чувств, органом которого является глаз; способность видеть. Орган зрения. Лишиться зрения. Испортить, проверять з. З. улучшилось, ухудшилось, восстановилось. Острое, хорошее, плохое, слабое з. ◊ Поле зрения. 1.… … Энциклопедический словарь

зрение - ▲ восприятие внешний вид, посредством, поглощение, электромагнитные волны зрение восприятие организмом внешнего вида объектов посредством улавливания исходящих от них световых колебаний. простым глазом. анаглифия. стереорентгенография.… …

ЗРЕНИЕ - процесс восприятия внеш. мира, обусловливающий представление о величине, форме, цвете предметов, их взаимном расположении и расстоянии между ними Орган 3. глаз Глаз человека наделен способностью воспринимать световые волны в диапазоне от 360 до… … Российская педагогическая энциклопедия

объемное изображение - ▲ изображение объемный голография. ↓ зрение, скульптура … Идеографический словарь русского языка

Бинокулярное зрение - (от лат. bini пара, два, oculus глаз) зрение, в котором принимают участие оба глаза, а получаемые ими изображения сливаются в одно, соответствующее рассматриваемому предмету. Б.з. обеспечивает объемное (стереоскопическое) восприятие наблюдаемых… … Коррекционная педагогика и специальная психология. Словарь

Приматы - (отряд Primates) обширная группа видов млекопитающих (отряд), к которой в систематическом отношении относится современный человек и его эволюционные предшественники. В просторечии обезьяны (что не очень верно). Наиболее важные отличительные… … Физическая Антропология. Иллюстрированный толковый словарь.

Проводящие пути зрительного анализатора 1 Левая половина зрительного поля, 2 Правая половина зрительного поля, 3 Глаз, 4 Сетчатка, 5 Зрительные нервы, 6 Глазодвигательный нерв, 7 Хиазма, 8 Зрительный тракт, 9 Латеральное коленчатое тело, 10… … Википедия