Бинокулярная диспаратность

Как правило, животные с фронтально расположенными глазами, и в первую очередь хищники и приматы, обоими глазами видят относительно большую часть поля зрения (т. е. у них относительно большие области бинокулярного перекрывания). Однако в пределах области бинокулярного перекрывания два глаза получают несколько отличные друг от друга изображения одной и той же объемной композиции.

У человека это происходит потому, что его глаза удалены друг от друга примерно на 5-8 см. В том, что два изображения немного отличаются друг от друга, легко убедиться, если рассматривать какой-либо находящийся поблизости объект поочередно каждым глазом. В зависимости от местоположения точки фиксации взгляда поле зрения одного глаза несколько отличается от поля зрения другого.

Эта разница между двумя ретинальными изображениями называется бинокулярной диспарантностью (или иногда бинокулярным параллаксом).

Способность зрительно системы использовать информацию, являющуюся следствием бинокулярной диспарантности, для определения того, насколько один объект более удален от наблюдателя, чем другой, впечатляет. По данным (Уе11о1:, 1981), возможна идентификация такой разницы в удалённости двух объектов, которая соответствует сетчаточной диспарантности, равной 1 мк, т. е. обнаруживается даже равная 1 мк разница в положении образа объекта на левой и правой сетчатках. Если учесть, что ширина колбочек центральной ямки колеблется от 0,003 до 0,008 мм, это означает, что зрительная система может надёжно обнаруживать сетчаточные диспарантности, которые значительно меньше диаметра большинства фоторецепторов сетчатки.

Экспериментальное подтверждение

Оценка глубины на основании бинокулярной диспарантности Рассмотрим на практическом примере, с какой точностью можно оценить глубину на основании бинокулярной диспарантности. Если вы возмёте два каких-либо вертикальных предмета, например два карандаша, по одному в каждую руку и будете держать их на расстоянии вытянутой руки, причём один из них будет на 1 мм ближе к вам, чем другой, вы сможете определить даже такую незначительную разницу. Роль бинокулярной диспарантости станет очевидной, если, выполняя этот эксперимент, вы закроете один глаз. Вы сразу же поймёте, что оставшихся в вашем распоряжении монокулярных признаков недостаточно для того, чтобы обнаружить разную удаленность от вас двух карандащей. Чтобы понять, насколько важна бинокулярная диспарантность, достаточно, прикрыв один глаз, попытаться вдеть нитку в иголку.

Более глубокий анализ диспарантности как источника информации о глубине и расстоянии может быть сденан на основе некоторых фундаментальных принципов физиологической оптики. Образы тех объектов, на которых взгляд не фиксируется, но которые находятся примерно на том же расстоянии от наблюдателя, что и объект, на котором зафиксирован его взгляд, тоже будут проецироваться на идентичные, или корреспондирующие, точки обеих сетчаток. Эти образы будут «слиты» друг с другом, и каждому объекту будет соответствовать сингулярное изображение. Для каждого расстояния от наблюдателя до объекта и степени конвергенции существует определённый ряд пространстввенных точек, проецируемых на корреспондирующие места обеих сетчаток. Объект, лежащий в любой из этих пространственных точек, виден в единственном числе и воспринимается наблюдателем как лежащий на том же расстоянии от него, что и тот объект, на котором зафиксирован его взгляд.

Если мы графически обозначим все точки пространства, соответствующие объектам, видимым при одинаковой высоте фиксации взгляда и конвергенции, и спроецируем их на сответствующие точки сетчатки, то получим поверхность, называемою гороптер.

Гороптер – это воображаемая, или виртуальная, проходящая через точку фиксации взгляда искривлённая поверхность, проекции всех точек которой попадают на корреспондирующие точки сетчаток обоих глаз и вызывают ощущение единичного объекта. Однако объекты, не лежащие на гороптере, соответствующем определённому положению глаз, вызывают диплопию, или двойное видение, поскольку они стимулируют диспарантные, или некорреспондирующие, точки сетчатки. Иными словами, объекты, расположенные ближе или дальше точки фиксации взгляда, проецируются на не соответствующие друг другу участки двух сетчаток, что и приводит к диспарантности и двойному видению.

Исключением из этого общего правила являются те

некорреспондирующие точки сетчаток, которые представляют собой образы точек пространства, лежащих в пределах узкой горизонтальной полосы, окружающей гороптер. Этот участок называется фузионной зоной Панума (ФЗП) (по имени датского физиолога, который первым указал на его важность). Пространственные точки, стимулирующие несоответсвующие точки сетчаток, но лежащие внутри ФЗП, тоже сливаются в сингулярное изображение. Иными словами, ФЗП представляет собой небольшую зону, окружающую гороптер, соответствующий совершенно определенному расстоянию между объектом и наблюдателем, ретинальные изображения точек которой сливаются, хотя им и присуща некоторая диспарантность. Пространственные стимулы, располагающиеся внутри ФЗП, воспринимаются как единичные бъекты, которые кажутся наблюдателю лежащими на несколько ином расстоянии от него, чем объект, на котором зафиксирован его взгляд.

Если взгляд зафиксирован на более близко расположенном предмете, его образ проецируется на центральные ямки обеих сетчаток. Что же касается более удаленных предметов, на которых взгляд не фиксируется, то их образы проецируются на некорреспондирующие точки двух сетчаток и наблюдается эффект двойного видения. Однако, когда взгляд фиксируется на более удалённом предмете, более близко расположенный предмет будет восприниматься в двойном виде, причём двойственное изображение будет носить перекрёстный характер. Дело в том, что характер двойственных изображений различен и зависит от того, где - за объектом, на котором зафиксирован взгляд, или перед ним - лежит объект, воспринимаемый в двойном виде. Двойственные изображения объектов, лежащих за точкой фиксации взгляда, - неперекрёстные (неперекрёстная диспарантность), а двойственные изображения объектов, лежащих ближе фиксации взгляда, -перекрёстные (перекрёстная диспарантность). Следовательно, особенность двойственных изображений - перекрёстные они или неперекрёстные - может служить признаком относительной удалённости (хотя, скорее всего, мы используем его бессознательно).

Итак, обобщая всё выше скзанное, можно повторить, что до тех пор, пока взгляд наблюдателя зафиксирован на какой-либо точке данного гороптера, все пространственные точки обеих сетчаток, расположенные на таком же расстоянии от наблюдателя, проецируются на корреспондирующие точки обеих сетчаток и поэтому воспринимаются как сингулярные. Объекты, расположенные ближе или дальше гороптера (объекты, лежащие вне ФЗП данного гороптера), проецируются на некорреспондирующие точки сетчаток. Поэтому их образы не сливаются и они воспринимаются в двойном виде.

Хотя паттерн двойственных изображений непосредственно зависит от положения объектов относительно гороптера, двойственные изодражения объектов, на которых взгляд не фиксируется, как правило, подавляются и остаются незамеченными, исключение составляют лишь некоторые особые ситуации.

Диспарантность образов, проецируемых на сетчатки обоих глаз, лежит в основе явления, связанного с особым восприятием глубины и объёма и называемого стереоскопическим зрением, или стериопсисом. Одним из примеров стереоскопического зрения является восприятие эффекта глубины при просмотре слайдов с помощью стереоскопа. Первый стереоскоп был создан в 1838 г. английским физиком Чарльзом Уитстоуном, который доказал, что при предъявлении каждому глазу отличающихся друг от друга незначительными деталями плоскостных изображений одной и той же сцены, называемых стереограммами (стереопарами, или стереополуполями), возникает иллюзия объёма.

Стереограммы - это парные картины, на одной из которых изображено то, что видит левый глаз, а на друго то, что видит правый. Когда слегка диспарантные картины, объединённые в пары надлежащим образом, рассматриваются через стереоскоп, сцена приобретает стереоскопическую глубину, т. е. создаётся полное впечатление единого объёмного изображения.

В известных пределах впечатление объёмности, или трёхмерной глубины, зависит от диспарантности двух изображений, предъявленных с помощью стереоскопа или стереопроектора, и оно тем сильнее, чем больше диспарантность. Это позволяет высказать принципиальное соображение, касающееся зависимости стереоскопичности зрения от расстояния между объектом и наблюдателем, пользующимся бинокулярным зрением. Как правило, зрительное восприятие близлежащих объектов требует большей конвергенции двух глаз и приводит к большей диспарантности. Следовательно, чем ближе к наблюдателю расположен объект, тем сильнее проявляется стереоскопический эффект глубины. Например, если поднести ладонь совсем близко к лицу и начать рассматривать её, то впечатление объёмности будет очень сильным. В подобной ситуации благодаря бинокулярному зрению округлость пальцев и то, что они вплотную примыкают друг к другу, а также все выпуклости и впадины ладони предстанут перед вами в виде объёмного изображения (однако стоит лишь на мгновение прикрыть один глаз, и стереоскопический эффект исчезнет!). Напротив, на удалённом объекте глаза практически не конвергируют и изображения на двух сетчатках, практически идентичны, вследствие чего бинокулярная диспарантность либо вовсе отсутствует, либо выражена очень слабо. Следовательно, чем больше расстояние от наблюдателя до объекта, тем меньше бинокулярная диспарантность и тем менее объёмными кажутся объекты.

Перцептивные эффекты бинокулярной диспарантности могут иметь важные практические следствия. Благодаря чрезвычайной чувствительности зрительной системы даже к незначительной информации о бинокулярной диспарантности стереоскопическое зрение позволяет нам обнаруживать мельчайшие отличия между изображениями, которые на первый взгляд кажутся идентичными. Например, стереоскопическое зрение может быть использовано для выявления фальшивых купюр. Если каждый глаз видит настоящую купюру, между двумя ретинальными изображениями нет никакой диспарантности и происходит их слияние. Но если один глаз видит фальшивую купюру (пусть даже мастерски изготовленную), а второй -подлинную, диспарантность двух образов немедленно выявит и незначительное различие, поскольку полного совпадения визуальных компонентов двух купюр не будет. Точно так же, стереоскопически, эксперты-баллистики изучают увеличенные фотографии разных пуль, когда им нужно определить, были ли произведены выстрелы из одного оружия.