БиоФизика_1

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра биотехнических систем и технологий

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №1

по дисциплине «Биофизика»

Тема: Исследование остроты стереоскопического зрения.

Санкт-Петербург

2024

Лабораторная работа №1

Исследование остроты стереоскопического зрения.

Цель работы: оценка порогов глубинного зрения человека с использованием анаглифического метода формирования стереоскопических стимулов на плоском экране.

Теоретические сведения.

Возможность зрительной системы человека к объемному восприятию окружающей действительности определяют две группы факторов:

–первичные (врожденные), основанные на использовании бинокулярного зрения;

–вторичные (эмпирические), позволяющие оценить глубину наблюдаемого объекта по косвенным признакам, доступным при монокулярном восприятии (при этом, как правило, используется накопленный человеком опыт ориентации в пространстве). В процессе бинокулярного восприятия можно условно выделить три этапа:

–конвергенция – пересечение оптических осей обоих глаз на наблюдаемом объекте;

–аккомодация – фокусировка изображений от рассматриваемого объекта на сетчатках глаз путем изменения силы оптических элементов глаз;

–фузия – слияние изображений, полученных на сетчатках левого и правого глаза в единый пространственный образ.

При наблюдении точечного объекта (например, точки N на рис. 1.)

оптические оси глаз пересекаются на нем. Угол β, под которым они

пересекаются, называется углом конвергенции (параллактическим углом).

Ощущение глубины объекта вызвано тем, что при наблюдении удаленных на разное расстояние от наблюдателя точек M и Q углы конвергенции βM и βQ оказываются различными. Разность Δβ = βM - βQ называется угловым параллаксом. Минимально различимый угловой параллакс Δβmin

называется порогом глубинного зрения, а величина обратная Δβmin – остротой глубинного (стереоскопического зрения). В норме величина Δβmin составляет в среднем 10…20``. Наличие углового параллакса приводит к тому, что длины отрезков mлqл и mпqп, являющихся проекциями отрезка MQ на сетчатку каждого глаза, оказываются различными. Следовательно, различны и возбуждения рецепторов обоих глаз. В результате анализа этих возбуждений головным мозгом у человека формируется ощущение объемности объекта, то есть он получает возможность оценивать размер объекта по глубине.

Для формирования на плоских экранах изображений, имеющих глубинную протяженность, применяются различные инструментальные методы, позволяющие задействовать первичные факторы стереовосприятия.

Общий принцип достижения результата заключается в формировании так называемой стереопары (двух изображений одного и того же объекта) с

последующим их раздельным предъявлением каждому глазу. Разделение

(сепарация) элементов стереопары может быть осуществлена одним из трех способов:

– временной селекции (например, затворным методом);

–спектральной селекции (например, поляризационным или анаглифическим методом);

–комбинированным методом.

Отображение глубины пространственной сцены на плоских экранах связано с понятием горизонтального параллакса. В случае представления изображения в виде стереопары, синтезируемый объект (в

простейшем случае точка, см. рис. 2)

воспринимается наблюдателем в месте пересечения зрительных осей. Если

элемент стереопары, предъявляемый правому глазу, находится левее второго элемента формируемого стимула (отрицательный горизонтальный параллакс

– на рис. 2 точка А*), то у испытуемого создается ощущение расположенности объекта в пространстве между наблюдателем и плоскостью изображений. В

противном случае, когда элемент стереопары, предъявляемый правому глазу,

находится правее другого элемента (положительный горизонтальный параллакс – на рис. 2 точка B*), создается визу

Методика проведения эксперимента.

Методика исследования остроты стереоскопического зрения,

используемая в данной лабораторной работе, основана на оценке правильности ранжирования тестовых стимулов по мере их удаленности от наблюдателя.

На каждом этапе измерительной процедуры испытуемому предъявляется три тестовых стимула, каждый из которых является анаглифической (красно−сине-зеленой) стереопарой. Вследствие различной величины горизонтального параллакса у каждого стимула, они воспринимаются наблюдателем (через соответствующие анаглифические очки) как разнесенные друг относительно друга по пространственной глубине.

Задачей обследуемого является указать последовательность их расположения в пространстве, начиная с наиболее удаленного от плоскости экрана.

Возможны два варианта тестового задания:

–все три тестовых стимула имеют отрицательный горизонтальный параллакс (воспринимаются как расположенные перед плоскостью экрана);

–тестовые изображения обладают положительным горизонтальным параллаксом (воспринимаются как находящиеся за плоскостью экрана).

Впервом случае необходимо в первую очередь указать самый близкий,

ав последнюю − самый дальний по мнению наблюдателя объект. А во втором случае наоборот, сначала отмечается зрительный образ, наиболее удаленный от наблюдателя, затем тот, который лежит несколько ближе и только после этого указывается самый близкий объект.

Исследования организованы таким образом, что один из трех стимулов,

именуемый в дальнейшем эталонным, в ходе проведения всего эксперимента остается на одной и той же пространственной глубине относительно плоскости экрана (величина горизонтального параллакса dЭ остается неизменной). У двух других (тестовых) изображений значения горизонтального параллакса (dТ1 и dТ2 соответственно) постепенно изменяются, приближаясь с уровня своих начальных значений к величине dЭ

по заранее заданному закону. На первом уровне тестирования dТ1 = dЭ + dmax, а dТ2 = dЭ - dmax. В данной версии программного обеспечения предусмотрен линейный закон изменения величин dТ1 и dТ2 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 (для данной лабораторной работы в случае, если P = 80%), происходит расчет новых значений горизонтального параллакса тестовых изображений, и

исследования повторяются. В противном случае осуществляется фиксация порогового значения dП = dТ1 - dЭ = dЭ - dТ2, после чего может быть произведен расчет порога глубинного зрения βmin.

Обработка результатов эксперимента.

Рассчитаем порог глубинного зрения для каждого эксперимента. Были получены следующие данные для каждого эксперимента:

Параллакс - отрицательный; Межзрачковое расстояние - 60 мм; Расстояние до экрана - 1500 мм; Горизонтальный размер эл. дискр. растра -

0,29 мм; Углублённость эталонного стимула - 8 э.д.р.

Для каждого из экспериментов измеренная величина:

№1) (+-) 2 э.д.р.

№2) Минимум №3) (+-) 1 э.д.р.

Проведём расчёты:

Вывод.

В ходе данной работы было исследовано функционирование бинокулярного зрения человека.

Были оценены пороги глубинного зрения членов учебной группы с использованием анаглифического метода формирования стереоскопических стимулов на плоском экране.

Контрольные вопросы.

1) Дайте определение понятию острота стереоскопического зрения.

Стереоскопическое зрение - вид зрения, при котором возможно восприятие формы, размеров и расстояния до предмета. Острота соответственно - качественная оценка этих параметров.

Острота стереоскопического зрения (стереоострота, острота глубинного зрения, острота стереоскопического видения) – величина, характеризующая способность зрительного аппарата человека различать минимальную разницу в удаленности друг от друга двух мелких объектов (при рассматривании их двумя глазами). Острота стереоскопического зрения может изменяться в зависимости от условий наблюдения.

2) Дайте определение понятию сепарация.

Разделение элементов стереопары. Стереопара в свою очередь - два изображения одного и того же объекта, которые формируют его трехмерное изображение.

Сепарация (от лат. «отделение, разделение») – раздельное предъявление левому и правому глазу наблюдателя изображений стереопары, позволяющее осуществлять стереоскопическое отображение.

3)Какими методами осуществляется сепарация?

–временной селекции (например, затворным методом);

Затворный метод формирования стереоскопических изображений использует принцип отображения элементов стереопары на экране по очереди.

Между каждым глазом и экраном, размещаются устройства, выполняющие

функции затвора. Синхронно со сменой элементов стереопары эти устройства становятся оптически непрозрачными, перекрывая поле зрения соответствующего глаза. В качестве затворов выступают, как правило,

специальные очки, программно управляемые ПЭВМ (активные поляризационные очки). На данный момент подобный принцип получения пространственной глубины изображения наиболее дешев и доступен любому пользователю. К сожалению, следует признать, что использование 3D очков не позволяет полностью отключить один глаз из зрительного акта за счет того,

что используемый поляризационный светофильтр даже после изменения своей плоскости поляризации пропускает часть падающего на него излучения.

Несмотря на то, что данный световой поток незначителен по мощности,

ослабленное изображение «соседнего» элемента стереопары попадает на другой глаз, и кроме полезного изображения могут возникнуть его «тени». В

нормальных (далеких от пороговых) условиях функционирования зрительной системы данный эффект незначителен и им можно пренебречь.

– спектральной селекции (например, поляризационным или анаглифическим методом);

При спектральном методе поляризационной селекции каждый элемент стереопары должен иметь различную (обычно перпендикулярную друг относительно друга) плоскость поляризации световой волны. Пользователь системы одевает пассивные (не подключаемые к ПЭВМ) очки, со специальными поляризационными стеклами, одно – с вертикальной поляризацией, а другое – с горизонтальной. В результате каждый глаз видит только свой образ. На практике с данным принципом работы можно ознакомиться, посетив стереокино. Метод поляризационной селекции прост и удобен, однако для его осуществления нельзя использовать стандартный