立体视觉

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艾菲特光电立体视觉

人的立体感是这样建立的:双眼同时注视某物体,双眼视线交叉于一点,叫注视点,从注视点反射回到视网膜上的光点是对应的,这两点将信号转入大脑视中枢合成一个物体完整的像。不但看清了这一点,而且这一点与周围物体间的距离、深度、凸凹等等都能辨别出来,这样成的像就是立体的像,这种视觉也叫立体视觉。

欠缺立体视觉者称为立体盲。

立体视觉是人眼在观察事物时所具有的立体感。再进一步讲,人眼对获取的景象有相当的深度感知能力(Depth Perception),而这些感知能力又源自人眼可以提取出景象中的深度要素(Depth Cue)。之所以可以具备这些能力,主要依靠人眼的如下几种机能:

1. 双目视差(Binocular Parallax)

由于人的两只眼睛存在间距(平均值为6.5cm),因此对于同一景物,左右眼的相对位置(relative position)是不同的,这就产生了双目视差,即左右眼看到的是有差异的图像。

2. 运动视差(Motion Parallax)

运动视差是由观察者(viewer)和景物(object)发生相对运动(relative movement)所产生的,这种运动使景物的尺寸和位置在视网膜的投射发生变化,使产生深度感。

3. 眼睛的适应性调节(Accommodation)

人眼的适应性调节主要是指眼睛的主动调焦行为(focusing action)。眼睛的焦距是可以通过其内部构造中的晶状体(crystal body)进行精细调节的。焦距的变化使我们可以看清楚远近不同的景物和同一景物的不同部位。一般来说,人眼的最小焦距为1.7cm,没有上限。而晶状体的调节又是通过其附属肌肉的收缩和舒张来实现的,肌肉的运动信息反馈给大脑有助于立体感的建立。

4. 视差图像在人脑的融合(Convergence)

双眼图像的融合过程,首先要依靠双眼在观察景物的同一会聚机制(converging action),即双眼的着眼点在同一点上。这种机制使得人的左右眼(人的左右眼距是确定的)和在景物上的着眼点(左右眼分别到着眼点的光轴—z-axis与双眼距线段构成的两个夹角是确定的)在几何上构成了一个确定的三角形。通过这个三角形我们就可以判断出所观察的景物距人眼的距离了。为实现这种机制,人眼肌肉需要牵引眼球转动,肌肉的活动再次反馈到人脑,使双眼得到的视差图像在人脑中融合。

除了以上的几种机能外,研究表明人的经验和心理作用也对景象的深度感知能力有影响,比如说图像的颜色差异、对比度差异、景物阴影甚至是所观看显示器的尺寸和观察者所处的环境,但这些要素相对上述机能来讲,在建立立体感上是微不足道的。

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