§ 48. Стереоскопическое зрение

Стереоскопическим зрением называется бинокулярное зре­ние с постоянным и не­посред­ственным ощущением глубины простран­ства.

Основным фактором оценки глубины является физиологический па­раллакс, представ­ляющий собой разность дуг, определяющих поло­жение пары соответственных точек на сет­чатке, причем дуга счита­ется поло­жительной, если она расположена слева от центральной ямки. Так, для изо­браженных на рис. 7.2 точек A и B:

и .

Физиологический параллакс точки фиксации всегда равен нулю, по­скольку ее изобра­же­ние строится в центральной ямке. Наблюдаемая точка дальше точки фиксации при <0, и ближе при >0.

Установлено, что точки рассматриваемого объекта сливаются и об­разуют единое про­стран­ственное изображение, если их физиологи­ческие параллаксы не превышают размера цен­траль­ных ямок (0,4 мм).

Геометрическая природа стереоскопического зрения заключается в том, что на сет­чатках глаз строятся изображения различных размеров, и элементы изображения ха­ракте­ри­зуют раз­личные по величине фи­зиоло­гические параллаксы. Эти различия и позво­ляют су­дить о раз­лич­ном пространственном положении отдельных частей наблюдае­мого объекта. Таким образом, оценка расстояний выполняется на ос­нове ощущения смеще­ния одной части изо­бражения отно­сительно другой. Способность ощу­щения разности физиоло­гического па­рал­лакса у человека чрезвы­чайно развита и позволяет фиксировать ни­чтожные смещения од­ной части изображения относительно другой.

При рассматривании удаленных объектов (звездного неба, гор на го­ризонте и т. п.) зри­тель­ные оси глаз взаимно параллельны, аккомо­дация глаз соответствует бесконечности, масштаб изображения объ­ектов на сетчатках одинаков, физиологический параллакс равен нулю, и на­блюда­тель не может оценить взаимного положения этих объектов. Бино­куляр­ное зрение пере­ходит в стереоскопическое только при кон­вергенции зрительных осей, при рассматривании бо­лее близких объ­ектов. Появля­ется физиоло­ги­ческий параллакс, возникает ощущение глубины пространства и становится возможной оценка вза­имного по­ложения объектов. При этом зрение остается би­нокуляр­ным, и дейст­вуют все рассмотренные выше его закономерно­сти.

Стереоскопическое восприятие, согласно динамической тео­рии зрения, про­исхо­дит благодаря сканированию объекта непроиз­вольными движениями глаз, выражающи­мися мед­ленными движе­ниями с угловой скоростью 1 в секунду и амплитудой менее 5, быст­рыми вра­щениями с угловой скоростью 6000 в секунду и амплитудой 125 и бы­стрыми ко­лебаниями с угловой скоростью до 20 в секунду и амплиту­дой 1015.

Восприятие глубины возможно при рассматривании не только объ­ектов, но и их изо­бра­же­ний, полученных по законам центрального про­ектирования при выполнении следую­щих усло­вий, вытекающих из осо­бенностей бинокулярного зрения.

1. Снимки должны быть получены из двух точек пространства.

2. Разность масштабов снимков не должна превышать 16 % от их величины. Условие не яв­ляется обязательным, если имеется возмож­ность рассматривать снимки с помощью опти­ческой системы и уста­навливать для ее левой и правой ветвей различное увеличение.

3. Угол конвергенции, под которым пересекаются соответственные лучи, не дол­жен превы­шать 15.

4. Снимки необходимо развернуть в своих плоскостях так, чтобы линии, соединяю­щие од­ноименные точки, были параллельны глазному базису.

5. Каждый глаз должен видеть только один (левый или правый) снимок.

Рассматривая два таких снимка с учетом перечисленных условий, на­блюдатель может полу­чить единое про­странственное изображение – стереоско­пиче­ский эффект.

П усть из точек пространства O₁ и O₂ (рис. 7.3), соответст­вую­щих передним узловым точкам глаз, получены снимки P₁ и P₂, причем точки a₁, f₁, b₁ и a₂, f₂, b₂ явля­ются изображениями точек A, F и B объ­екта на левом и правом снимках соответ­ственно.

Установим эти снимки перед глазами с соблюдением пере­чис­лен­ных выше тре­бо­ва­­ний так, чтобы линии, соединяющие соот­вет­ствен­ные точки a₁ и a₂, f₁ и f₂, c₁ и c₂ были бы параллельны глазному базису O₁O₂, а удаления его от снимков равнялось бы фо­кус­ному рас­стоянию сним­ков f_c.

При совместном рассматри­вании снимков точ­ки a₁, c₁, f₁ и a₂, f₂, c₂ изобразятся на сетчатках левого и правого глаз соответст­венно в точ­­ках a₁, c₁, f₁ и a₂, f₂, c₂. Тогда в пе­ресече­нии соот­вет­ствен­ных лучей a₁O₁a₁ и a₂O₂a₂, f₁O₁f₁ и f₂O₂f₂, c₁O₁c₁ и c₂O₂c₂ наблюдатель увидит точки A, F и B, вза­имное расположе­ние кото­рых будет соот­вет­ствовать на­туре.

В зависимости от размещения снимков, стереоэффект может быть прямым, обрат­ным или нулевым.

Прямой стереоэффект (рис. 7.4, а – перекрывающиеся части заштрихованы) воз­ни­кает при рассматривании левым глазом левого снимка, а правым глазом – правого.

О братный стереоэффект (рис. 7.4, б) возникает в случае, если снимки поменять местами, рассматривая левым глазом правый сни­мок, а правым – левый. При таком наблю­дении физио­логический па­раллакс меня­ет знак, возвышенности воспринимаются как по­ниже­ния, и на­обо­рот.

Нулевой стереоэффект (рис. 7.4, в) возникает в случае, если сним­ки развернуты в своих плоскостях на 90, а начальные направле­ния пер­пендикулярны глазному базису. При этом фи­зиологический парал­лакс обращается в нуль, и наблюдатель видит плоскую картину. Иногда такой стереоэффект используют для отождествления точек.

При наблюдении действительных объектов невооруженными гла­зами стереоэффект все­гда прямой; для измерения снимков в фотограм­метрии используют прямой и обратный сте­реоэф­фект.