立体视觉漫谈双眼视差与距离判断

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1、双眼视差与距离判断立体视觉漫谈（二）人们早就知道，双眼视觉具有对方向和深度进行信息加工的特殊功能。眼睛的视网膜是 平面的，却能产生三维空间的知觉。人类用两只眼睛来判断距离的能力在心理学中叫作深度知觉。它包括两种情况。一种是 判断观察者到物体的距离，也称为绝对距离。另一种是判断两个物体之间的距离，或者同一 物体内部不同部分之间的距离，又称为相对距离。实验表明，人判断相对距离的能力比判断 绝对距离的能力要精确许多倍。在眼球中，通过晶状体中心和视网膜中央窝中心的连线，叫做视轴。人们在观察一个物 体时，总是要使两眼的视轴同时对准这个物体，即双眼视轴向鼻侧集中，从而使两眼的中央 窝对准物体，以便获得清晰

2、的视像。这种现象叫做双眼视轴的辐合。看近距离物体时，双眼的辐合角度增大，视轴趋于集中；看远距离物体时，双眼的辐合 角度减小，视轴趋于分散；观察更远的物体时，视轴接近平行。图 1 表明，视轴的辐合角 d度e取决于观察者的目间距d和物体p离开眼睛的距离L,即e =。显然，目间距大的人L对距离知觉的准确性有利。当物体的距离非常远丄接近8时，距离再有变化，辐合角度的 变化就很小了。这时辐合机制在距离知觉中基本上不再起作用。人依靠辐合所提供的信息能 相当准确地判断45 米范围内物体的距离。1e图 2-2看一个平面物体时，物体的视象分别落在两眼视网膜的对应部位上。图2-2 中，如果注视点为P ,则P点的象

3、便落在两眼视网膜的中央窝P和P处。物体上A点和B点的视 12 象也分别落在两眼视网膜的对应部位 A 、A 、B 、B 处， A 、A 都在中央窝的右侧，1 2 1 2 1 2B、B都在中央窝的左侧，并且B P二BP , P A二PA。物体的其他部分的1 2 1 1 2 2 1 1 2 2 视象也同样落在两个视网膜各自的对应部位上。可以想象，如果把两个视网膜重合起来，两AB81 A由个视象是完全重迭的。这时人知觉到的便是平面物体。图 2-3在看立体物体时，由于人的两眼之间相距大约65毫米，所以两眼是从不同角度观察的： 除两眼能看到的物体的共同部分外，左眼看到物体的左边部分多些；右眼看到物体的右边

4、部 分多些。如图2-3所示，如果注视点为P,这时B P不等于B P ,P A也不等于P 1 1 2 2 1 1 2 A 。此时如果把两眼的视网膜重迭起来，则两个视象在中央窝及其附近是重合的，其余部 2 分却不完全重合。因此在左眼和右眼视网膜上分别感受着不完全相同的刺激，从而产生了双 眼视网膜的视象差，简称为双眼视差。双眼视差所引起的神经冲动传送到大脑，经大脑皮质 视区的综合作用便形成一个单一的，具有立体感的视觉影象，形成立体知觉。在观看相隔一 定距离的两个物体时，不但能感知到它们之间的前后关系，还能判断它们相隔的距离，这就 是深度知觉（图2-4）。可见，双眼视差是立体视觉和深度知觉的基础。蒙上

5、一只眼就不容 易看出物体的厚度，用单眼穿针引线不如双眼方便，就是这个道理。深度知觉的准确性，是指辨别最小相对距离差别的能力，这种能力叫作深度视锐。由霍 华德一多尔曼（HOWardDoi man ）设计的深度仪可直接用于测量深度视锐。该仪器有 两个固定立柱，其中之一可前后移动（见图2-5）。观察者在6 米距离外通过长方形窗孔观 察这两根立柱，并拉动绳子来调节可移动的立柱，使两者看起来在同一距离上。视觉正常的 人，在距离6米、两个立柱的距离差别达到15 毫米时，便能辨别出两者相对位置的差别。 一般人的深度视锐在5-10秒角。这种仪器从结构上排除了依靠生活经验提供各种深度知 觉线索的可能性，在双眼知觉的研究中得到广泛应用。图 2-5艸JUOn图 2-6科技馆有一个名为距离判断的展品，就是根据深度仪的原理设计的。长2.4 米的箱 内有三个玩具汽车，中间一个固定不动，旁边两个可前后移动。箱子底部装有平面镜，使观 察距离延伸到4.8 米。观察者通过观察孔看镜子里的汽车，并通过旋钮调节两个可移动的汽 车，使三者看起来在同一距离上（图2-6）。箱子两侧有检验窗口，使观众看到调节结果是 否准确。