Лекция 4. Зрительная перцептивная система

В XVII веке были сформированы оптические закономерности формирования изображения в глазу. Й.Кеплер (1615), затем Р.Де­карт (1664). Молино - первый трактат по оптике. В нем было не­сколько схем оптической системы глаза.

Физические характеристики света.

Белый цвет - набор колебаний с различной длиной волны - 380-770 нм. Синий цвет - 500 нм. Зеленый - 550 нм. Желтый - 600 нм. Оранжевый - 625 нм. Красный - 660 нм. По частоте ниже красного цвета лежит инфракрасный цвет. Выше синего по частоте лежат фио­летовый и ультрафиолетовый цвета.

Хроматические цвета вызывают цветовые ощущения. Существу­ют ахроматические цвета - белый, черный и все оттенки серого. Они отличаются светлотой, а не частотой. Светлота зависит от свойств поверхностей. Физическое свойство поверхности, соответствующее воспринимаемому нейтральному цвету, - есть ее отражающая спо­собность. Поверхность белого цвета отражает 80% падающего на нее света, черного - 5%. Большую роль в восприятии цвета играет интен­сивность, зависящая от силы света источника и отражающей способ­ности поверхности. Субъективная характеристика хроматических цветов - цветовой фон, зависящий от доминирования отдельных длин волн в спектре цвета.

ГЛАЗ

Сферическая аберрация - искажения, связанные со сферической формой оптической системы глаза. Строение некоторых структур глаза помогает компенсировать эти искажения:

1) роговица имеет по краям меньшую кривизну, чем в центре:

2) хрусталик в центре обладает большей плотностью, чем по
краям.

Хроматическая аберрация (ошибка по цвету).

Для устранения хроматической аберрации служит хроматическая окраска (желтая) хрусталика глаза. Т.е. он пропускает только те лу­чи, которые составляют видимую часть спектра. Подстилающая хру­сталик поверхность (ретина) также окрашена в желтоватый цвет.

Люди к старости начинают хуже видеть синюю часть спектра.

Кроме коррекции, которая присутствует в оптике, еще существу­ет коррекция в центральных структурах. Ретинальное изображение корректируется окончательно в коре головного мозга.

В ретине присутствуют пять родов клеток:

1. Клетки рецепторы (палочки, колбочки)

2. Биполярные клетки

3 Горизонтальные клетки

4. Амокриловые клетки

5. Ганглиозные клетки.

К одной биполярной клетке присоединяется множество и не­сколько (или одна) колбочек. При попадании света на сетчатку идет обесцвечивание пигмента, содержащегося в палочках или колбочках. От палочек или колбочек идет информация в биполярную клетку, ко­торая отзывается генерацией импульсов нервной активности, которые передаются ганглиозной клетке.

БИНОКУЛЯРНОЕ ЗРЕНИЕ

Мы видим мир двумя глазами, т. е. посредством двух сетчаточных изображений, которые не одинаковы. Это явление носит назва­ние сетчаточной диспаратности.

Аккомодация - изменение кривизны хрусталика.

Конвергенция - сведение зрительных осей.

Эта регуляция вокруг точки фиксации взора происходит автома­тически и позволяет нам получить два изображения одного объекта, т.е. точки фиксации.

Дивергенция - разведение зрительных осей - когда точка фик­сации очень удалена от нас.

Бинокулярное соревнование - эффект, связанный с резко отли­чимым друг от друга изображением на каждой ретине двух глаз. В этом случае либо воспринимаются оба изображения (слегка сдвину­тые по глубине), либо части одного комбинируются с частями друго­го. В любом случае восприятие остается неустойчивым и неточным.

Слияние двух разных сетчаточных изображений одного объекта связано с проблемой, решение которой предложил Гюйгенс: природа позаботилась о том, чтобы мы не видели двоящегося объекта. Каж­дая точка глазного дна имеет корреспондирующую точку на другом глазном дне, так что когда некая точка объекта проецируется на ка­кую-либо из этих двух точек, она кажется нам простой, какова она есть на самом деле.

Мюллер высказал и постарался обосновать предположение, что такими точками являются те точки сетчатки, одновременное раздра­жение которых дает единое или слитное изображение. Если же про­екция осуществляется на не корреспондирующие точки сетчатки, то имеет место диплопия - двоение.

Эксперименты показали, что существует диплопия двух видов:

1. Перекрестная.

2. Омонимная.

Гороптер. При данном положении глаз гороптером называется такое место точек объектов, изображение которых проецируется на корреспондирующие точки сетчатки.

Все точки сетчатки, не являющиеся корреспондирующими, назы­ваются диспаратными точками сетчатки. Если взять сетчатки и сло­жить их, то корреспондирующие точки сойдутся. Т.е. корреспонди­рующие точки симметричны.

Теоретический продольный гороптер (круг Вьет-Мюллера).

Этот круг проходит через точку фиксации и центры зрачков глаз. Круг Вьет-Мюллера является ча­стным случаем общего гороптера.

Реальный продольный гороптер, измеряемый отсутствием дип­лопии, не совпадает с ним. Его определяют следующим образом: ис­пытуемый фиксирует точку F или точку М. Экспериментатор двигает нить вперед или назад, тем самым определяя момент исчезновения диплопии или линию гороптера. Вычленяется ряд омонимных или перекрестных порогов диплопии. Реальный продольный гороптер при малых расстояниях имеет вид эллипса, проходящего через центры зрачков глаз. При больших расстояниях, чем дальше линия горопте­ра, тем более она выпрямляется, где-то она становится прямой и да­лее выгибается в обратную сторону.

Линия гороптера - линия, на которой находится точка фиксации.

Стереоскопия.

1. Базовая линия - воображаемая линия, соединяющая центры
зрачков глаз. Ее длина определяет межзрачковое расстояние (60 мм в среднем).

2. Венечная плоскость – плоскость, перпендикулярная к оси тела,
проходящая через голову. Особую роль играет венечная плоскость,
проходящая через базовую линию.

3. Медиальная плоскость - вертикальная плоскость симметрии головы. Базовая линия к ней перпендикулярна и делится на равные ей части.

4. Фронтальная плоскость - вертикальная плоскость, перпенди­кулярная к медиальной плоскости и параллельная базовой линии.

СЕТЧАТОЧНАЯ ДИСПАРАТНОСТЬ И СТЕРЕОСКОПИЧЕСКАЯ ОСТРОТА

Монокулярное изображение представляет собой плоскую проек­цию реального трехмерного объекта, расположенного в точке фикса­ции на некотором расстоянии от субъекта. Несмотря на наличие мо­нокулярных признаков глубины, основную информацию об объемах, глубине, рельефе воспринимаемого нами мира дает минимальное различие в этих плоских проекциях. Это минимальное различие но­сит название сетчаточной диспаратности.

Пусть точки А и В расположены неподалеку друг от дру­га, по обе стороны от медиальной плоскости, причем точка А находится на расстоянии d от глаз, а точка В на расстоянии равном d-∆d. Отрезок АВ виден левым глазом под углом U2. а правым - под углом U1. Если точки А и В не располагаются на одном гороптере, то их изображения будут формироваться на не корреспондирующих точках сетчатки. Возникает бинокулярная диспаратность или стереоскопический параллакс, определяющийся раз­ницей U1-U2. Можно измерить воспринимаемый порог параллакса -стереоскопическую остроту - в среднем 5 угловых секунд. Это озна­чает, что человек способен воспринимать изменение глубины 0,4 миллиметра на расстоянии одного метра. Объект, расположенный на расстоянии 2600 метров, воспринимается как один объект, стоящий впереди другого.

Экспериментальные исследования диспаратности. Наилучшие доказательства роли сетчаточной диспаратности были получены при использовании специальных аппаратов, которые были названы стереоскопами. Диспаратность с помощью этих аппаратов варьирова­лась от 0 до бесконечности (формироватось изображение либо на корреспондирующих, либо на диспаратных точках). Получали изо­бражение от плоского до бинокулярного соревнования.

Первый стереоскоп был сконструирован Уинстоном в 1831 году и в дальнейших опытах с различными модификациями получил широ­кое распространение.

СТЕРЕОСКОПЫ

Призматический стереоскоп (рис.1). Две призмы А и В и два предъявляемых объекта F1 и F2. Призмы расположены так, что пре­ломление лучей от двух разных объектов создает иллюзию единого объекта. Если призмы фокусируются на корреспондирующие точки сетчатки - объект видится плоским и единым; если на диспаратные и корреспондирующие - объемным и единым.

Зеркальный телестереоскоп (рис.2). Зеркала М и N. При измене­нии угла зеркал можно добиться максимальной степени диспаратно­сти (от некоторой величины до бесконечности).

Иконоскоп (рис.3). Этот аппарат позволяет изменять степень диспаратности от некоторой величины до нуля. (Икона - плоское изображение).

Зеркальный псевдоскоп (рис.4). Левый глаз видит то, что должен видеть правый глаз и наоборот. Этот эффект носит название обратная диспаратность (мы видим картинку, перевернутую наизнанку. То, что ближе - кажется дальше, то, что дальше - кажется ближе). Но часто при работе с псевдоскопом прошлый опыт берет верх над диспаратностью. Это объясняется двумя свойствами восприятия: кон­трастностью и апперцепцией.

МОНОКУЛЯРНОЕ ВОСПРИЯТИЕ ПРОСТРАНСТВА

Наиболее важным при монокулярном восприятии рельефа явля­ется параллакс движений головы. Двигая головой справа налево или сверху вниз мы получаем различные изображения объекта. Таким об­разом, восприятие рельефа возникает из быстрой последовательности смены изображений на сетчатке одного глаза.

Другими явлениями такого рода являются изменение аккомода­ции и хроматическая аберрация. Глаз приспосабливается к средней зоне спектра частот, поблизости от желтого. Когда глаз фиксируется на объекте и аккомодируется так, чтобы видеть его как можно отчет­ливее, то всякое светлое пятно, расположенное немного впереди от точки фиксации, будет иметь красный ореол, позади - зелено-голубой. (Полак, 1923).

К монокулярным признакам глубины также относятся признаки, которые имеет действительность:

1. Перекрытие объектов

2. Иллюзия сужения рельсов

3. Относительные размеры объектов и т.д.

Эффект Пульфрика.

Вызывание искусственной диспаратности. Одному глазу предъ­являлся объект через ровное чистое стекло, другому через затемненное. Маленький предмет на ниточке двигался по прямой вправо и влево во фронтальной плоскости. В обычных условиях это так и вос­принималось, но стоило приставить к одному глазу темное стекло, как испытуемому начинало казаться, что предмет проходит перед фронтальной плоскостью, а затем за ней. Механизм этой иллюзии ос­нован на том, что возникает разность латентных периодов световых ощущений в каждом глазу. Затемненный глаз воспринимает объект с запозданием. Два изображения одного объекта в один и тот же мо­мент не попадают на корреспондирующие точки сетчатки, и эта диспаратность вызывает смещение объекта в глубину.