Лаба 1 (Исследование остроты стереоскопического зрения) / Отчет

_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра БТС

отчет

по лабораторной работе №1

по дисциплине «Биофизика»

Тема: Исследование остроты стереоскопического зрения

Студенты гр. 7501		Попадьина А.О. Исаков А.О.
Преподаватель		Виллевальде А.Ю.

Санкт-Петербург

2019

1. Цель работы

Оценка порогов глубинного зрения человека с использованием анаглифического метода формирования стереоскопических стимулов на плоском экране.

2. Оборудование

• Компьютерная программа для тестирования

• Специальные очки с красным и синим фильтром

3. Теория

На сетчатке глаз формируется двумерное изображение, но невзирая на это, человек воспринимает глубину пространства, то есть имеет трехмерное, стереоскопическое зрение. 

Критерием удаленности предметов является величина аккомодации глаза. Об удаленности объекта наблюдения также можно судить по усилению дивергенции или конвергенции. Все вышеперечисленные показатели удаленности, за исключением предпоследнего, монокулярные.

Наиболее важным механизмом восприятия глубины пространства является стереопсис. Он зависит от возможности совместного использования двух глаз. Дело в том, что, когда человек рассматривает любую трехмерную сцену, каждый его глаз формирует неодинаковые изображения на сетчатках. В процессе стереопсиса в коре головного мозга происходит сравнение изображения одной и той же сцены на обеих сетчатках и оценка относительной глубины. Процесс слияния двух монокулярных изображений, которые видны раздельно левым и правым глазом при рассматривании объекта одновременно обоими глазами, в одно объемное изображение, называется фузией.

Для нормального стереоскопического зрения нужны следующие условия:

• адекватная работа глазодвигательной системы глазных яблок;

• достаточная острота зрения;

• минимальная разница в остроте зрения обоих глаз;

• прочная связь между аккомодацией, фузией и конвергенцией;

• небольшое различие в масштабах изображений в обоих глазах.

Порог стереоскопического зрения находится в зависимости от разных факторов:

• от яркости фона;

• контраста объектов;

• продолжительности наблюдения.

Математические зависимости, используемые для расчета остроты стереоскопического зрения

d_Т1 = d_Э + d_max ,

где d_Э - величина горизонтального параллакса (остается неизменной),

d_Т1 - значения горизонтального параллакса первой из других тестовых моделей

d_Т2 - значения горизонтального параллакса второй из других тестовых моделей

У двух других (тестовых) изображений значения горизонтального параллакса (d_Т1 и d_Т2 соответственно) постепенно изменяются, приближаясь с уровня своих начальных значений к величине d_Э по заранее заданному закону.

На первом уровне тестирования:

d_Т1 = d_Э + d_max

d_Т2 = d_Э - d_max

В данной версии программного обеспечения предусмотрен линейный закон изменения величин d_Т1 и d_Т2 от начальных до конечных значений с постоянным (минимально возможным) шагом.

Исследования повторяются N раз при фиксированных уровнях размещения всех трех стимулов по глубине, после чего определяется вероятность правильного ответа – P.

Если она превышает заданный порог (P  80%), происходит расчет новых значений горизонтального параллакса тестовых изображений, и исследования повторяются. В противном случае осуществляется фиксация порогового значения:

d_П = d_Т1 - d_Э = d_Э - d_Т2

Описание хода проведения психофизиологического эксперимента

Программное обеспечение лабораторной работы выполнено в виде многооконного приложения, функционирующего в операционной среде Windows 98/2000/XP. Оптимальное разрешение экрана – 1024х768, качество цветопередачи – 32 бита (желательно), возможно использование ЭЛТ и ЖК-мониторов.

Допуск к модулю процесса проведения тестирования осуществляется только после обязательной регистрации испытуемого.

Загрузка сведений в базу данных происходит после нажатия кнопки «Применить».

Определение параметров тестовых испытаний осуществляется активацией пункта меню «Настройка».

Непосредственно перед проведением измерительной процедуры рекомендуется провести оценку наличия у наблюдателя стереоскопического зрения.

Левая часть экранной формы содержит изображение семи фигур, которые могут свободно перемещаться в заданных границах. Данные объекты представляют собой анаглифические стереопары, воспринимаемые наблюдателем через анаглифные очки. Три «ведьмы» должны ощущаться наблюдателем, как расположенные перед экраном, а три «пчелы» – за экраном.

Процесс проведения исследований запускается при выборе пункта меню «Тестирование – Исследование стереоостроты».

После того как все три тестовых изображения помечены, необходимо перейти к следующему шагу исследования, для чего также требуется произвести щелчок по левой кнопке манипулятора.

После того, как тест успешно пройден (соответствующее сообщение появляется на экране), необходимо выйти из модуля тестирования и сохранить результаты тестовых испытаний.

4. Обработка данных

Угол конвергенции зрительных осей , определяется как:

 = 2arctg[(OE + ED)/l] = =2arctg[(b + d)/(2l)]

Для отрицательного параллакса:

₁ = 2arctg[(b + d_э + d_П)/(2l)]; ₂ = 2arctg[(b + d_э - d_П)/(2l)],

Следовательно:

_min = 2(arctg[(b + d_э + d_П)/(2l)] - arctg[(b + d_э - d_П)/(2l)])

Для положительного параллакса:

₁ = 2arctg[(b - d_э + d_П)/(2l)];

₂ = 2arctg[(b - d_э - d_П)/(2l)],

Следовательно:

_min = 2(arctg[(b -d_э + d_П)/(2l)] - arctg[(b d_э - d_П)/(2l)])

5. Результаты

Рисунок 2. Результаты прохождения теста

b = 60мм

l = 150см = 1500мм

d_э = 0,3мм ∙ 8э.д.р.= 2,4мм

d_п = 1 э.д.р. ∙ 0,3мм = 0,3мм

₁ = 2arctg[(b + d_э + d_П)/(2l)] = 2arctg[(60мм + 2,4мм + 0,3мм)/(2∙1500мм)] = 0,04179

₂ = 2arctg[(b + d_э - d_П)/(2l)] = 2arctg[(60мм + 2,4мм – 0,3мм)/(2∙1500мм)] = 0,0004

_min = 2(arctg[(b + d_э + d_П)/(2l)] - arctg[(b + d_э - d_П)/(2l)]) = 0,04179– 0,04139= 0,0004рад ≈ 82,5´´

_min ≈ 82,5´´

6. Выводы

В ходе лабораторной работы анаглифатическим методом определен порог глубинного зрения _min ≈ 82,5´´, что отличается от нормы _min ≈ 10´´–20´´,

Отклонение от нормы вызвано малым расстоянием между тестируемым и экраном компьютера: при проведении опыта в учебном классе тестируемому затруднительно было находиться на расстоянии более 1,5 м, в то время как для адекватного оценивания стереозрения необходимо расстояние не меньше 3м.

На результаты так же могли повлиять усталость, вызванная недосыпанием тестируемого, а так же разрешение экрана компьютера (недостаточная яркость и контрастность).