5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Принцип работы стереоскопического зрения

Стереоскопическое зрение — уникальная способность глаз воспринимать мир

Стереоскопическое зрение – это способность зрительного аппарата воспринимать окружающие предметы в виде объёмной картинки. Двухмерное, трёхмерное виденье является физиологической нормой и свидетельствует о сложном устройстве человеческого глаза. Такая зрительная функция позволяет оценить глубину, формы, величину объектов, дистанцию между ними.

При попадании изображения на сетчатку проецируется двухмерная картинка. Каждый глаз в отдельности транспортирует в головной мозг две независимые друг от друга иллюстрации. Определённый отдел центральной нервной системы преобразовывает увиденное в единую трёхмерную картину.

Функция стереоскопического зрения позволяет:

  • управлять сравнительной величиной предметов:
  • контролировать приближённость, удалённость видимых предметов;
  • реагировать на скорость перемещения человека относительно статических и динамических объектов.

Как устроено

Стереоскопическое или пространственное зрение создаёт трёхмерный образ на основе законов параллаксирования – изменение направления видения, смещение точки концентрации зрения под углом, под которым виден центр предмета и дистанции с двух точек, с которых велось наблюдение. Другими словами — человек способен разглядывать различные по величине предметы с разных сторон.

В оценке удалённости объектов также участвует такая функция, как аккомодация – физиологическое приспособление автоматически менять фокус (уменьшать или увеличивать расстояние) путём расслабления или сокращения цилиарных мышц глаз.

Человек не рождается со стереоскопическими способностями. Новорождённые дети не в состоянии фиксировать взгляд, глазные яблоки действуют несогласованно, отсутствует синхронность зрачков. Зрение младенцев монокулярное, видят предметы одним глазом. Только к двум месяцам формируется способность фиксировать предметы. Постепенно формируется фузионный рефлекс – световые пучки возбуждают кору головного мозга, появляется связь мозга с сетчаткой. Этот рефлекс является основополагающим в развитии стереоскопического зрения.

В ходе многочисленных научных исследований было установлено, что максимальный уровень стереоскопии достигается в возрасте от 17 до 23 лет. Начиная с 6 лет пространственное зрение у девочек более отчётливое, чем у мальчиков. К школе формируется 80% стереоскопии глаз. После 40 лет острота периферического зрения снижается, ухудшается боковой обзор.

Стереоскопическая функция зрительного аппарата у каждого человека индивидуальна.

Проверка стереопсиса

Проверка стереопсиса – это диагностическое исследование с целью определения порога пространственного зрения и выявления диспарантности – различие положения относительно друг друга точек на сетчатке. Явление представляет собой основу психофизиологических процессов в головном мозге, отвечающих за объёмное восприятие мира.

Диагностику проводят с помощью специальных аппаратов – стереоскоп Уитстона, фороптер.

Стереоскоп – бинокулярный прибор в офтальмологии, позволяющий в индивидуальном порядке просматривать объёмные картинки.

  • эпископ или проектор – оптика, создающая реальное плоское изображение предмета на мониторе;
  • диаскоп – прибор для визуализации прозрачных диапозитивов через световые лучи, проектирующиеся на экран;
  • фороптер – оптометрический аппарат, замеряющий рефракционные патологические изменения физиологических линз.

Стереоскопическое зрение не всегда бывает устойчивым. Со временем или под действие внутренних и внешних факторов они изменяется, становится непостоянным или вовсе отсутствует.

Не все люди с одинаковой точностью воспринимают глубину предметов. Проверку уровня восприятия проводят с помощью картинок (стереопар).

Отклонения

Без полноценного пространственного зрения человек ограничен в выборе некоторых профессий, которые требуют концентрации внимания, быстрой реакции на изменения в окружающем пространстве.

Люди с отклонениями не могут быть практикующими хирургами, профессиональными спортсменами, водителями, пилотами, офицерами вооружённых сил, художниками, дизайнерами.

В офтальмологии есть такое определение, как стереослепота. Если у пациента функционирует только один глаз, то у него отсутствует стереоскопическое зрение.

Были проведены исследования среди молодых людей и студентов, которые не жаловались на некачественное зрение. Результаты ошеломили не только участников эксперимента, но и врачей-офтальмологов. Оказалось, что четыре человека из пяти не обладают классическим стереоскопическим видением. В исследовании участвовало 100 человек, только 20 из них удалось достичь стереоэффекта при просмотре предложенных изображений.

Нормальное состояние зрительного аппарата, комфортное самочувствие студентов, отсутствие жалоб объясняется активацией компенсаторных механизмов. Для проявления признаков глубины глаза используют перспективу, параллакс движения, частичное перекрытие одного предмета другим.

Патологическое нарушение стереопсиса связано с изменениями в коре головного мозга. При врождённом косоглазии без должной коррекции, когда зрачки продолжительное время работают несогласованно, нарушаются нейрогенные связи в коре. Патология может быть наследственной.

Что негативно влияет на содружество глазных яблок:

  • косоглазие врождённое или приобретённое;
  • амблиопия – «ленивый глаз», его выпадение из зрительного процесса;
  • травмы различной этиологии.

Стереоскопия зрительной системы – уникальное природное явление, позволяющее видеть мир в ярких красках. Первые попытки отобразить этот эффект на компьютере пытались изобретатели в 50-х гг. прошлого века. Прорывом стало перенесение стереоскопии в виртуальный мир кинематографа в 2009 году, когда на широкие экраны вышел голливудский фильм «Аватар».

Стереоскопическое зрение

Человек может воспринимать окружающие предметы, их формы, цвет, расстояние благодаря глазным яблокам.

Если эта функция утрачивается, он может теряться в пространстве даже в собственном доме.

Существует множество патологий, которые приводят к выключению функции зрения одного глаза, оно становится не бинокулярным, а монокулярным. Такой проблемой занимается врач- или хирург-офтальмолог.

Принцип работы стереоскопического зрения

У здорового человека луч света проходит через зрачок, преломляется в роговице и хрусталике, перемещается через стекловидное тело и проецируется на сетчатке. На ней расположены нервные окончания, которые воспринимают окружающие объекты в двухмерном изображении.

Далее сигнал от нейронов передается по зрительному нерву в центр головного мозга. Там происходит расшифровка нервных импульсов. С помощью бинокулярного зрения пациент может видеть следующие качества окружающего мира:

  • цвет;
  • форма;
  • объем;
  • расстояние до предмета;
  • качество предметов (твердость, мягкость, шероховатость).

Именно стереоскопическое зрение позволяет оценить расстояние до предметов, их форму и объем. Если оно утрачивается, это становится опасным для человека. Он будет неспособен узнать, на каком расстоянии находится лестница, автомобиль, дорога. То есть благодаря стереоскопическому зрению пациент ориентируется в пространстве.

С помощью такой функции зрения человек может выявить, какой из приближающихся предметов перемещается с большей скоростью. Это важно при управлении автотранспортным средством . Распознавание основано на том, что один предмет расположен перед другим, заслоняя его частично.

Безоперационное лечение глаз за 1 месяц.

Пациентам с нарушением функции стереоскопического зрения невозможно работать в профессиях, где необходимо выявить удаленность движущегося объекта (военные, полицейские, стоматологи, спортсмены).

Нарушения

Существуют разновидности нарушения функции стереоскопического зрения. Если они наблюдаются у пациента, качество его жизни значительно снижается . Он не может самостоятельно ориентироваться в пространстве, работать на многих профессиях.

При нарушении бинокулярного зрения следует незамедлительно обратиться к офтальмологу, чтобы как можно раньше выявить причину и устранить ее.

Стереопсис

Для нормального функционирования зрения необходимого включение в процессах обоих глаз. Если человек будет быстро вращать головой или поочередно закрывать глаза, он может выявить, что картинка для каждого глаза в отдельности различна . Она передается с каждого органа зрения под определенным углом. Световые лучи сливаются в аналогичных нервных рецепторах обоих глаз, передаются в центр зрения головного мозга, именно там происходит расшифровка данных.

Из работы может быть выключен 1 глаз по следующим причинам:

  • внутреннее кровоизлияние;
  • резкое снижение функции зрения на одном глазу, вследствие чего головной мозг полностью выключает его из функции (ленивый глаз);
  • доброкачественные или злокачественные опухоли;
  • механическое повреждение.

В результате вся функция зрения падает только на один глаз. Он воспринимает окружающую среду под определенным углом, остальные области окружающего пространства для человека недоступны.

Если у человека отсутствует бинокулярное зрение, он теряется в пространстве, не может выявить расстояние до предметов.

Диспарантность

На сетчатке глаз расположены нервные окончания (палочки и колбочки). Они должны взаимодействовать синхронно и одновременно, чтобы человек смог распознавать предметы окружающей среды. Если существует отклонение в этой области, человек теряет ориентацию в пространстве:

  • Если угол между точками одноименных рецепторов увеличивается, человек будет воспринимать окружающие предметы ближе, чем они есть на самом деле.
  • Если угол между точками уменьшается, предметы будут казаться удаленными.
  • Если угол между точками больше чем на 2 градуса, предметы будут двоиться. Каждое изображение будет располагаться ближе и дальше от точки фиксации.

Диспаратность опасна для человека, так как он не сможет выявить расстояние до всех предметов. Это чревато падениями даже на ровном месте.

Читать еще:  Стоит ли беспокоиться если ребенок часто моргает

Картинки для выявления отклонений стереоскопического зрения

Для выявления стереоскопического зрения подойдет любая яркая картинка. Ее можно распечатать или использовать на мониторе компьютера . Экран должен быть настроенным, не слишком ярким или тусклым. Изображение ставится напротив глаз человека, спереди он ставит палец. Далее анализ внедрения проводится несколько этапов:

  1. Взгляд фиксируется на изображении, при этом палец должен быть размытым или полностью невидимым.
  2. Закрывается левый глаз, взгляд фиксируется на изображении. Палец оказывается с левой стороны.
  3. Закрывается правый глаз, поэтому палец должен оказаться с правой стороны от изображения.

Для теста подойдет абсолютно любая картинка, на которой расположен один предмет, чтобы было легче фиксировать зрение. Он должен быть ярким и четким.

Нейрофизиология стереоскопического зрения

Врачи и исследователи выявили, что в зрительном центре головного мозга расположены 2 разновидности нейронов, отличающие стереоскопическое зрение:

  • фиксирующие изображения, которые определяют одинаковые рецепторы на сетчатках двух глаз;
  • фиксирующие изображения, которые находятся за корреспондирующей точкой;
  • фиксирующие изображения, которые находятся перед корреспондирующей точкой.

Все три типа нейронов обладают хорошей избирательностью. Они могут улавливать предметы, которые находятся в движении. Существуют патологии, при которых глаза передают разную зрительную информацию в центре головного мозга . Если такое состояние образуется продолжительно, отсутствует лечение, постепенно центральная нервная система выключает из функциональности одно из глазных яблок.

Для нормального восприятия окружающей действительности должны быть в норме следующие части зрительного анализатора:

  • нейроны, расположенные на сетчатке;
  • зрительный нерв, входящий от обоих глазных яблок, перекрещивающийся посередине и заканчивающийся в головном мозге;
  • центр зрения в головном мозге;
  • нейроны, фиксирующие изображение.

Все системы должны работать комплексно, чтобы воспринимать окружающую действительность . Если образует отклонение в одной из этих систем только на одном глазу, пациент утрачивает функцию стереоскопического зрения.

Норма стереоскопического зрения

Функция стереоскопического зрения зависит от анатомии глазных яблок и головного мозга. Должны работать все эти системы в комплекте, чтобы у человека присутствовало зрение:

  • Нормальная активность глазодвигательных мышц . Если из работы выключаются мышцы одного глазного яблока, картинка будет неравномерной, постепенно пораженный орган выключится из работы.
  • Одинаковая острота зрения в глазах . Она может отличаться на незначительное число диоптрии, например, 0,5 или 1 единицу. Это не будет препятствовать стереоскопическому зрению.
  • Разные углы зрения для каждого глазного яблока . Они должны отличаться незначительно, чтобы человек мог воспринимать переднюю и периферийную часть окружающего пространства относительно себя.
  • Взаимосвязь между конвергенцией и аккомодацией . При нарушениях этого пункта образуется косоглазие, то есть одно глазное яблоко отклоняется в сторону.

При отклонениях могут развиваться 2 осложнения в связи с нарушением стереоскопии:

  • полная утрата функции одного глаза;
  • косоглазие с постепенной утратой функции зрения пораженного глазного яблока.

Нарушение бинокулярного зрения образуется вследствие заболевания или отсутствия использования оптических устройств для улучшения качества зрения, если миопия или близорукость развиты больше только на одном глазу.

На сетчатке глаза образуется двухмерная картинка, но когда сигнал поступает в головной мозг, человек воспринимает мир в трехмерном изображении. Поэтому в норме люди улавливают ширину, высоту, глубину, удаленность от предметов. С помощью стереоскопического зрения можно узнать, какой предмет расположен ближе к человеку. Объекты, которые освещены сильнее, кажутся выпуклыми и приближенными, по сравнению с затемненными участками.

Стереоскопические картинки

Это специфические изображения, на которых используется два отдельных предмета, совмещая которые можно достичь стереоэффекта. Используют различные методы для просмотра изображения:

  • Параллельный взгляд. Человек приближается к картинке на максимально близком расстоянии, затем постепенно удаляется назад. Когда будет достигнута точка фиксации, можно рассмотреть изображение.
  • Перекрестный взгляд. Метод аналогичный предыдущему, но при максимальном приближении к картинке необходимо свести глаза друг другу.
  • Применение зеркала. Перед переносицей ставится зеркало перпендикулярно к лицу или изображению, оно обращено к левому глазу. Взгляд переводится направо, при этом левый орган зрения видит изображение через зеркало. Необходимо передвигать зеркало под небольшим углом, пока не будет обнаружена необходимая картинка.
  • Применение очков из светофильтра . При их использовании нет необходимости концентрирования взгляда.
  • Стереоочки с затворками . Для улавливания стереоэффекта затворки открываются поочередно, человек концентрирует взгляд, пытаясь уловить изображение.

Основные методики представляют собой использование стереоскопического оборудования и очков. Существует множество разновидностей стереокартинок, которые может рассмотреть человек.

С помощью стереоскопического зрения человек может объективно смотреть на окружающую действительность. Все предметы представляются выпуклыми, в трехмерной форме . Без такой функции зрения резко снижается качество жизни человека. Если пациент замечает изменения формы объектов, указывающие на затрудненное бинокулярное зрение, необходимо экстренно обращаться к офтальмологу. Чем раньше будет замечена патология, тем выше возможность полного излечения . Часто нарушение стереоскопического зрения наблюдается у младенцев сразу после рождения, в случае образования косоглазия.

Полезное видео

Плохое зрение значительно ухудшает качество жизни, лишает возможности видеть мир таким, каким он есть. Не говоря о прогрессировании патологий и полной слепоте.

МНТК «Микрохирургии глаза» опубликовал статью о безоперационном восстановлении зрения до 90%, это стало возможно благодаря.

Что такое стереоскопический характер зрения?

Бинокулярное зрение — это нормальный характер зрения человека, оно позволяет нам воспринимать окружающий мир объемным. Мы можем оценить величину и форму предмета, его рельеф, расстояние до объекта, их соотношение между собой. Стереоскопическое зрение — это одно из высших проявлений бинокулярности, позволяющее видеть трехмерно.

Бинокулярность позволяет нам сформировать видимые объекты в единый зрительный образ. Мы видим картинку левым и правым глазом отдельно.

В этой статье

При нормальном зрении изображение попадает на одинаковые (корреспондирующие) участки сетчатки обоих глаз, а затем формируется в единое целое уже в коре головного мозга, что называется фузионным рефлексом. Это рефлекторный механизм бинокулярного зрения, отвечающий за слияние двух картинок в одну. При нарушении бинокулярности изображение проецируется на несовпадающие точки, вследствие чего мозг не может соединить их в одну. Возникает диплопия (двоение в глазах). В этом легко убедиться, если при взгляде на какой-либо предмет легонько надавить на нижнее или верхнее веко, в глазах сразу начнет двоиться.

Развитие стереоскопического зрения у ребенка

Ребенок в течение нескольких недель после рождения еще не в состоянии фиксировать взгляд на предмете, так как его глазные мышцы рассогласованы и не могут совершать синхронных движений. Из-за этого мы наблюдаем младенческое косоглазие. Характер зрения после рождения монокулярный — малыш видит только одним глазом, а затем монокулярный альтернирующий — то левым, то правым глазом. А вот к двум месяцам жизни должен сформироваться рефлекс фиксации предмета. В этот период световые возбуждения уже передаются в кору головного мозга, возникает связь между желтыми пятнами сетчатки и осуществляется слияние двух изображений в одно — срабатывает фузионный рефлекс, без которого невозможно стереоскопическое бинокулярное зрение. Помимо этого, при нормальном развитии должна появиться конвергенция (сведение зрительных осей для фиксации расположенных вблизи предметов). Это подтверждение того, что развивается аккомодация — способность глаз к видению на разных расстояниях.

В два-три месяца малыш активно осваивает ближнее пространство — важный этап для формирования бинокулярного зрения. В это время он еще не обладает зрением «стерео» и видит объекты только в двух измерениях — в ширину и высоту, а представление о глубине может получить только путем осязания. Так он получает первое представление об объемности предметов.
В 4-5 месяцев у ребенка происходит динамичное развитие хватательного рефлекса. Малыш определяет направление движения, но оценить расстояние ему еще трудно, как и объем: он пытается схватить рукой солнечные зайчики, блики от источников освещения, движущиеся тени.

После шести месяцев наступает этап активного освоения дальнего пространства, когда малыш начинает активно ползать. При этом ребенок уже лучше оценивает расстояние до объекта, к которому он направляется, наступает понимание того, что с края кровати можно упасть. Он способен дотянуться до разнообразных вещей, оценить их размер, рельеф. Это период бурного развития стереоскопического и в целом бинокулярного зрения. В это время необходимо давать ему для игр предметы разной формы, из различных материалов, наполнить детскую различными геометрическими игрушками: кубами, шарами, которые можно катать.

Читать еще:  Преимущества жидкостей renu

Исследуя различные по форме и материалу объекты, малыш формирует стереоскопическое зрение, свое представление об окружающем мире. Распространенная игра — катание мяча между взрослым и ребенком — отличный пример того, как он учится оценивать расстояние — один из важных признаков бинокулярного зрения. Полностью формирование стереозрения завершается примерно к восьми годам жизни.

Косоглазие — причина потери стереоскопического зрения

Косоглазие часто встречается у детей и свидетельствует о явном нарушении стереозрения. Профессор Р. Заксенвегер в результате многолетних наблюдений вывел два термина:

  • «стереоамавроз» — полное отсутствие стереоскопичности;
  • «стереоамблиопия» — неполноценное развитие стереоскопического зрения.

Возникновение у ребенка косоглазия разрушает его бинокулярное и стереоскопическое зрение. При этом нужно отметить, что восстановить стереозрение удается лишь у той части детей с содружественным косоглазием, при врожденном или рано появившемся недуге вернуть полноценное объемное видение не удается.
Восстановление стереоскопичности проводится на последнем этапе лечения косоглазия, когда развиты фузионные рефлексы и нормальное плоскостное бинокулярное зрение. При этом конечные результаты зависят от остроты видения обоих глаз, разницы между ними в диоптриях, угла косоглазия. Также на предел порога глубинного зрения влияют сроки возникновения косоглазия (важно, в какой стадии формирования находился зрительный процесс) и степень анизейконии — нарушения, при котром на сетчатках обоих глаз формируются разные по величине изображения. Если эта разница составляет более 5%, то качество глубинного зрения очень низкое.

Вот почему так важно внимательно наблюдать за процессом развития зрительного механизма ребенка, знать о том, что он должен уметь делать в определенный период жизни. Развившееся косоглазие, амблиопия могут привести к полной потере бинокулярного зрения, в том числе и стереофункции. Чаще всего этот недуг развивается в период до трех лет. К тому же как косоглазие может быть причиной амблиопии, так и наоборот, ее следствием. При амблиопии (синдром «ленивого глаза») ребенок наблюдает мир только при помощи одного глаза, имея монокулярность. Естественно, что объемное зрение при этом отсутствует. Эти патологии опасны также тем, что при запущенном состоянии функции бинокулярности могут полностью атрофироваться.

Чем мешает отсутствие полноценного бинокулярного и стереоскопического зрения?

Отсутствие стереозрения ограничивает возможность работы в очень многих сферах, а также грозит опасными последствиями и для сотрудника, и для окружающих. Вот несколько примеров тому.
Медицинский работник. Представьте хирурга, выполняющего полостную операцию. Если он не способен оценить величину органа, который он оперирует, а также расстояние до него? Стоматолога, который промахивается мимо зуба? При отсутствии нормального бинокулярного и тем более стереозрения в медицине запрещено работать в некоторых специальностях.

Спортсмен во многих дисциплинах. Как правило, почти во всех видах спорта требуется абсолютно идеальное стереоскопическое бинокулярное зрение. Спортсмену нужно постоянно оценивать расстояние и до других игроков, мяча, шайбы волана, высоту планки при прыжке, а также величину предметов, чтобы визуально оценить, на каком расстоянии они находятся. Не понадобится хорошая бинокулярность, например, в шахматах, в основном же результаты в спорте зависят от нее.

Водители различных видов транспорта, а также летчики, военные, проходят обязательную проверку бинокулярного зрения перед поступлением в военное училище и приемом на работу. Водитель, который не может оценить расстояние до других транспортных средств, — потенциальный источник опасности на дороге. Отсутствие стереофункции зрения мешает работать также еще во множестве других профессий: видеооператор, охотник, художник и др.

Родителям необходимо с самого рождения ребенка внимательно следить за развитием его зрительных функций. непроходящее младенческое косоглазие — уже повод срочно посетить офтальмолога. Кроме того, не стоит игнорировать обязательные проверки зрения на определенных этапах развития малыша: 1 месяц, 3 месяца, полгода и год. Врач обнаружит нарушения, если они присутствуют, и назначит соответствующую терапию или лечение. Таким образом, время не будет потеряно. Зачастую именно запущенные заболевания становятся причиной утраты зрительных функций.

Стереоскопическое зрение

Изображение предметов на сетчатках глаз двумерны, а между тем человек видит мир трехмерным, т.е. он обладает способностью к восприятию глубины пространства, или стереоскопическим (стерео – от греч. stereos –твердый, пространственный) зрением.

Человек обладает многими механизмами оценки глубины. Некоторые из них совершенно очевидны. Например, если приблизительно известна величина объекта (человек, дерево и др.), то можно оценить расстояние до него или понять, какой из объектов ближе, сравнивая угловую величину объекта. Если один предмет расположен впереди другого и частично его заслоняет, то человек воспринимает 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 пространства.

Выпуклый участок стены кажется более светлым в верхней своей части, если источник света расположен выше, а углубление в ее поверхности кажется в верхней части более темным. 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. Известен «железнодорожный эффект» при наблюдении из окна движущегося поезда: кажущаяся скорость перемещения близко расположенных объектов выше чем расположенных на большом расстоянии.

Оценивать удаленность предметов можно также по величине аккомодации глаза, т.е. по напряжению цилиарного тела и цинновых связок, управляющих хрусталиком. По усилению конвергенции или дивергенции можно также судить об удаленности объекта наблюдения. За исключением последнего все вышеперечисленные показатели удаленности являются монокулярными. Наиболее важный механизм восприятия глубины пространства – стереопсис – зависит от совместного использования двух глаз. При рассматривании любой трехмерной сцены два глаза формируют несколько различные изображения на сетчатках.

В процессе стереопсиса мозг сравнивает изображения одной и той же сцены на двух сетчатках и с большой точностью оценивает относительную глубину. Слияние двух монокулярных изображений, видимых раздельно правым и левым глазом при рассматривании предметов одновременно двумя глазами, в одно объемное изображение называют фузией.

Предположим, что наблюдатель фиксирует взором некоторую точку Р, (рис.1) при этом изображения точки оказываются в центральных ямках (фовеа) Fобоих глаз. Пусть Q – это другая точка пространства, которая кажется наблюдателю расположенной на такой же глубине, что и точка Р, при этом QL и QR – изображения точки Q на сетчатках левого и правого глаз. В этом случае точки QL и QR называют корреспондирующими точками двух сетчаток.

Рис 1. Геометрическая схема объяснения стереоэффекта

Очевидно, что две точки, совпадающие с центральными ямками сетчаток, также являются корреспондирующими. Из геометрических соображений ясно, что точка Q′, оцениваемая наблюдателями как расположенная ближе, чем точка Q, будет давать на сетчатках два изображения – Q′L и Q′R – в некорреспондирующих (диспарантных) точках, расположенных дальше друг от друга, чем в том случае, если эти точки были корреспондирующими.

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. Все точки, которые, подобно точкам Q и Р, воспринимаются как равноудаленные, лежат на гороптере – поверхности, проходящей через точки Р и Q, форма которой отличается от сферы и зависит от способности человека оценивать расстояние. Расстояния от фовеа F до проекций QR и QLдля правого и левого глаз близки, но не равны, если бы они всегда были равны, то линия пересечения гороптера с горизонтальной плоскостью представляла бы собой круг.

Углы α и α′ в стереоскопии называют параллактическими углами. Величина их изменятся от нуля, когда точка фиксации лежит в бесконечности, и до 15°, когда точка фиксации находится на расстоянии 250 мм.

Предположим теперь, что мы фиксируем взглядом некоторую точку в пространстве и что в этом пространстве расположены два точечных источника света, один из которых проецируется только на сетчатку левого, а другой – правого глаза в виде световых точек, причем эти точки являются некорреспондирующими: расстояние между ними несколько больше, чем между корреспондирующими точками. Любое такое отклонение от положения корреспондирующих точек называют диспарантностью. Если это отклонение в горизонтальном направлении не превышает 2° (0,6 мм на сетчатке), а по вертикали – не более нескольких угловых минут, то мы будем зрительно воспринимать одиночную точку в пространстве, расположенную ближе, чем точка фиксации.

Читать еще:  Что представляет собой метод

Если же расстояния между проекциями точки будут не больше, а меньше, чем между корреспондирующими точками, то данная точка будет казаться расположенной дальше точки 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. Такой эксперимент иллюстрирует основной принцип стереовосприятия, впервые сформулированный Ч.Уитстоном в 1838 г. и лежащий в основе создания целой серии стереоскопических приборов, начиная со стереоскопа Уитстона вплоть до стереодальномеров и стереотелевидения.

Не каждый человек обладает способностью воспринимать глубину с помощью стереоскопа. Вы можете сами легко проверить свой стереопсис, если воспользуетесь рис.2. Если у вас есть стереоскоп, вы можете сделать копии изображенных здесь стереопар и вставить их в стереоскоп. Вы можете также поместить тонкий лист картона перпендикулярно между двумя изображениями из одной стереопары и попытаться смотреть каждым глазом на свое изображение, установив глаза параллельно подобно тому, если бы вы смотрели вдаль.

Рис 2. Примеры стереопар

В 1960 г Бела Юлеш (фирма Bell Telephone Laboratories, США) предложил оригинальный способ демонстрации стереоэффекта, исключающий монокулярное наблюдение объекта.

Основываясь на этом принципе, кстати, издана целая серия развлекательных книг, которые вместе с тем могут быть использованы и для тренировки стереопсиса. На рис.3 в черно-белом варианте представлен один из рисунков из этой книги. Установив зрительные линии своих глаз параллельно (для этого надо смотреть вдаль, как бы сквозь рисунок), вы можете увидеть стереоскопическую картину. Такие рисунки получили название автостереограмм. Основываясь на методе Бела Юлеша, в Новосибирском государственном медицинском институте совместно с Новосибирским государственным техническим университетом создано устройство для исследования порога стереоскопического зрения, а нами предложена его модификация, позволяющая повысить точность определения порога стереоскопического зрения. В основу измерения порога стереоскопического зрения положено представление каждому глазу наблюдателя тест-объектов на, так называемом, рандомизированном фоне. Каждый из таких тест-объектов представляет собой совокупность точек на плоскости, расположенных по индивидуальному вероятностному закону. Причем на каждом тест-объекте имеются идентичные области точек, которые могут представлять собой фигуру произвольной формы.

Если идентичные точки фигур на тест-объекте имеют нулевые значения параллактических углов, то наблюдатель видит в обобщенном изображении суммарную картину в виде случайного распределения точек, иными словами, наблюдатель не в состоянии выделить фигуру на рандомизированном фоне. Таким образом, исключается монокулярное видение фигуры. Если же смещать один из тест-объектов перпендикулярно оптической оси системы, то будет изменяться параллактический угол между фигурами, и при некотором его значении наблюдатель увидит фигуру, которая как бы оторвется от фона и начнет приближаться или удаляться от него. Изменение параллактического угла производится при помощи оптического компенсатора, введенного в одну из ветвей прибора. Момент появления фигуры в поле зрения фиксируется наблюдателем, и соответствующее значение порога стереоскопического зрения появляется на индикаторе.

Рис 3. Автостереограмма

Исследования последних десятилетий в области нейрофизиологии стереоскопического зрения позволили выявить в первичной зрительной коре головного мозга специфические клетки, настроенные на диспарантность. Обнаружены клетки, реагирующие только в том случае, если стимулы попадают точно на корреспондирующие участки двух сетчаток. Клетки второго типа отвечают тогда и только тогда, когда объект расположен дальше точки фиксации. Имеются также клетки, отвечающие только тогда, когда стимул расположен ближе точки фиксации. По-видимому, в первичной зрительной коре могут быть специфические нейроны для разных степеней диспарантности. Все эти клетки обладают также свойством ориентационной избирательности, хорошо реагируют на движущиеся стимулы и на концы линий. По словам Д.Хьюбела, «хотя мы до сих пор не знаем, как именно мозг «реконструирует» сцену, включающую множество разноудаленных объектов, клетки, обладающие чувствительностью к диспарантности, участвуют в первых этапах этого процесса».

При изучении стереопсиса исследователи столкнулись с целым рядом проблем. Оказалось, что обработка некоторых бинокулярных стимулов происходит в зрительной системе совершенно непонятным образом. Например, если вновь обратится к стереопарам, представленным на рис. 37а и 37б, то мы получим ощущение, что в одном случае кружок расположен ближе, в другом – дальше плоскости рамки. Если же две стереопары объединить, т.е. в каждой рамке поместить по два кружка, расположенных друг около друга, то, казалось бы, мы должны видеть один кружок ближе, другой дальше. Однако на самом деле этого не получится: оба кружка видны на том же расстоянии, что и рамка.

Второй пример непредсказуемости бинокулярных эффектов – это так называемая борьба полей зрения. Если на сетчатках правого и левого глаз создаются очень сильно различающиеся изображения, то часто одно из них перестает восприниматься. Если вы будете смотреть левым глазом на решетку из вертикальных линий, а правым – на решетку из горизонтальных линий (например, через стереоскоп), то невозможно увидеть оба набора линий одновременно. Виден или тот, или другой, причем каждый из них – лишь в течении нескольких секунд; иногда можно увидеть мозаику этих изображений. Феномен борьбы полей зрения означает, что в тех случаях, когда зрительная система не может объединить изображения на двух сетчатках, она просто отвергает один из образов либо полностью, либо частично.

Итак, для нормального стереоскопического зрения необходимо следующие условия: нормальное функционирование глазодвигательной системы глаз; достаточная острота зрения и не очень большая разница в остроте правого и левого глаз; прочная связь между аккомодацией, конвергенцией и фузией; малое различие в масштабах изображений в левом и правом глазах.

Неравенство размеров или различный масштаб изображений, получаемых на сетчатках правого и левого глаз при рассматривании одного и того же объекта, называется анизейконией. Анизейкония является одной из причин неустойчивости или отсутствия стереоскопического зрения. В основе анизейконии чаще всего лежит различие в рефракции глаз, т.е. анизометрония. Если анизейкония не превышает 2 – 2,5%, то ее можно скоррегировать обычными стигматическими линзами, в противном случае используются анизейконические очки.

Нарушением связи между аккомодацией и конвергенцией – одна из причин появления различных видов косоглазия. Явное косоглазие помимо того, что является косметическим недостатком, как правило, приводит к снижению остроты зрения косящего глаза впоть до его выключения из процесса зрения. Скрытое косоглазие, или гетерофория, не создает косметического дефекта, но может препятствовать стереопсису. Так, лица с гетерофорией более 3° не могут работать с бинокулярными приборами .

Порог стереоскопического зрения характеризуют минимальной разностью параллактических углов Δα, которая еще воспринимается наблюдателем. Связь между Δα (в секундах) и минимальным расстоянием Δl между объектами, которые воспринимаются наблюдателем как разноудаленные, следующая:

где b – расстояние между зрачками глаз наблюдателя;
l – расстояние от глаза до ближайшего из рассматриваемых объектов.

Порог стереоскопического зрения зависит от разных факторов: от яркости фона (наибольшая острота наблюдается при яркости фона около 300 кд/м 2 ), контраста объектов (с увеличением контраста порог глубинного зрения уменьшается), продолжительности наблюдения (рис.4).

Рис 4. Зависимость порога стереоскопического зрения от продолжительности наблюдения

Порог восприятия глубины при оптимальных условиях наблюдения колеблется в пределах от 10 – 12 до 5″ ( у отдельных наблюдателей достигает 2 – 5″).

Приняв за порог значение Δα =10″, можно рассчитать максимальное расстояние, на котором глаз еще воспринимает глубину. Это расстояние l = 1400 м (радиус стереоскопического зрения).

Существует несколько способов оценки, определения и исследования стереоскопического зрения:

1) с помощью стереоскопа по таблицам Пульфриха (минимальный порог стереоскопического восприятия, определяемый этим методом, – 15″);
2) с помощью различного вида стереоскопов с набором более точных таблиц с диапазоном измерения – 10 – 90″;
3) с помощью упомянутого выше устройства с использованием рандомизированого фона, исключающего монокулярное наблюдение объектов, погрешность измерения 1 – 2″.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector