§ 47. Монокулярное и бинокулярное зрение

Монокулярное зрение – это зрение одним глазом. Наблюдая объект, глаз под­созна­тельно устанавливается так, чтобы изображение объекта оказалось в наиболее чувстви­тель­ном месте сетчатки – в цен­тральной ямке желтого пятна (рис. 7.1). Из-за малого размера цен­траль­ной ямки (§ 46) угол ясного видения составляет всего 1,5. Объ­екты, раз­меры кото­рых превы­шают угол ясного видения, рассматри­ваются по частям, путем поворота глаз в своей орбите.

Две близко расположенные точки объекта воспринимаются глазом раздельно, если их изо­бражения на сетчатке глаза попадают на две не­смежные колбочки, каждая из которых пе­ре­дает раздражение в мозг. Минимальный угол, под которым наблюдатель видит раздельно две све­тящиеся точки, называется физиологической разрешающей спо­собно­стью желтого пятна глаза, или остротой монокулярного зрения первого рода (_m). Опытным путем уста­нов­лено, что для нормаль­ного глаза _m=45. Близкий результат дает деление среднего диа­метра колбочки в центральной ямке желтого пятна (3 мкм) на фокус­ное расстоя­ние глаза (17,1 мм): 0,003206265/17,1=36. В зависимости от усло­вий наблюдения (ос­вещенности, контра­стности, опыта наблюда­теля и т. п.) она может изме­няться от нескольких се­кунд до десяти ми­нут. Опти­мальной для наблю­дений считается освещенность 50 люкс.

Замечено, что два телеграфных провода видны раздельно на рас­стоянии, во много раз пре­вышающем то, на котором виден шар диамет­ром, равным толщине провода; черная нить хо­рошо видна на светлом фоне даже при угловом размере ее толщины менее 1. Объяс­ня­ется это тем, что при рассматривании протяженных объектов воз­буж­дается не одна, а группа кол­бочек. Угол, под которым глаз вос­прини­мает две па­раллельные линии, называется остро­той моноку­ляр­ного зрения второго рода (_m); ее средняя величина со­ставляет 20–25.

При рассматривании объектов через оптическую систему (би­нокль, микро­скоп и др.) с уве­личением v острота монокулярного зре­ния уве­личиваются в v раз.

При монокулярном зрении восприятие глубины возможно только по косвенным при­зна­кам (например, по длине тени, по оценке напря­жения глазных мышц при аккомодации и т. п.) или на основе законов перспек­тивы (когда о взаимном расположении предметов можно су­дить по сравнительной величине их изображений). Кроме этого, при оценке глу­бины на­блюдаемого пространства помогает жизненный опыт. Однако косвенные признаки оценки глубины дают приближен­ное, а иногда не­верное представление о расстояниях. Более точную оценку глубины обеспечивает пря­мой ее при­знак – физиологический параллакс, возни­каю­щий при бинокуляр­ном зрении.

Б инокулярное зрение – зрение двумя глазами. При рассматри­ва­нии какой-либо точки объекта F (рис. 7.2) наблюдатель поворачи­вает глаза так, чтобы изображения этой точки в обоих гла­зах проектирова­лась в цен­траль­ные ямки f₁ и f_2.. Эта точка F, в которой пересека­ются зритель­ные оси глаз, назы­вается точкой фиксации.

Расстояние b_г между центрами O₁ и O₂ хрусталиков левого и пра­вого глаз называется глазным базисом. Его величина у людей различна и колеблется от 58 до 72 мм при среднем значении 65 мм, что обяза­тельно учитывается в конструкциях фотограмметрических приборов.

Изображения f₁ и f₂ одной и той же точки объекта F, полученных на сетчатках глаз, назы­ваются соответственными точками, а оптиче­ские лучи Ff₁ и Ff₂ – соответственными лу­чами. Заметим, что любая пара соответственных лучей (и, следовательно, точек) всегда лежит в одной плоскости.

Линия Ff₁ (Ff₂), проходящая через заднюю узловую точку хруста­лика и середину централь­ной ямки, называется зрительной осью глаза. Угол, под которым пересекаются зри­тельные оси, называется углом кон­вергенции. Углы ме­жду соответственными лучами (Aa₁ и Aa₂, Bb₁ и Bb₂) называются параллактическими уг­лами. Угол конвергенции, как и параллак­тический угол – ве­личина малая, и для его вы­числения можно использовать следующую формулу, вытекающую из рис. 7.2:

, (7.1)

где b_г – глазной базис; D – отстояние рассматриваемой точки от на­блю­дателя.

Для расстояния наилучшего зрения угол конвергенции равен 15 (6557,3/250=14,9).

Остротой бинокулярного зрения первого рода (_b) называется наименьшая разность па­раллактических углов, при которой наблюда­тель видит две отдельные точки. Опытным пу­тем установлено, что _b=20  30; у опытных специалистов, выполняющих фотограм­мет­рические из­мерений, острота бинокулярного зрения первого рода дос­тигает 10.

Минимальная разность параллактических углов, при которой на­блюдатель видит две па­рал­лельные линии, называется остротой бино­ку­лярного зрения второго рода (_b). Уста­нов­лено, что _b=10; у опыт­ных наблюдателей она может дос­тигать 57.

Для расчета ошибки определения глубины пространства в точке фик­сации пред­ста­вим формулу (7.1) в виде D=b_г/, продиффе­ренци­руем ее по D и , после чего перейдем к ко­неч­ным разно­стям приняв  =_b,:

. (7.2)

Таблица 7.1
D, м	D1, м	D2, м
1,0	0,0015	0,0007
10,0	0,15	0,07
100,0	15,40	7,3

Расчетные ошибки оценки глу­бины при b_г=65 мм и раз­лич­ных от­стояниях D для случаев наблю­дения отдельных точек (D₁, _b=20) и па­рал­лельных прямых (D₂, _b=10) при­ведены в табл. 7.1.

С удалением точки фиксации от глазного базиса уменьша­ется угол конвергенции , и при его величине, равной остроте бинокулярного зрения пер­вого рода _b, наблюдатель уже не воспринимает глубины про­странства. Отстояние R, при кото­ром угол конвергенции равен ост­роте бинокулярного зрения первого рода, называется ра­диусом невоо­ружен­но­го би­нокулярного зрения. Приравняв R к отстоянию D, най­дем его из формулы (7.1) при =_b=20:

. (7.3)

Искусственное увеличение глазного базиса и применение увеличи­тельных стекол по­зво­ляют увеличить радиус невооруженного биноку­лярного зрения в  раз. Величина  на­зыва­ется ко­эффициентом пла­стичности и определяется по формуле

,

где B – базис прибора; v – увеличение наблюдательной системы.

Минимальная разность глубин, воспринимаемых с помощью опти­ческих систем, в  раз меньше разности глубин, оцениваемой при не­вооруженном биноку­лярном зрении.