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《中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编》 2004年
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立体视觉及其影响因素

阎冰  赵占娟  迟洪华  
【摘要】:立体视觉是人对三维空间各种物体的远近、凸凹和深浅的感知能力,是双眼视觉的高级形式。随着科学技术的高速发展,人们对立体视觉的要求更加重视。要求具有敏锐立体视功能的职业越来越多,立体视功能的好坏直接影响其劳动效率、工作质量和安全。1960年美国Bell实验室BellJuleaz创造了计算机产生的随机点立体图对(RDS),使人亲身体会到了视差引起深度感知这个事实,双眼视差是立体深度信息这一事实为人们所普遍接受,立体视觉实际就是通过视网膜图象的差别来判断深度,它是两眼图象的融合结果。在Juleaz的实验中,由于没有任何单眼线索,因此双眼视差是唯一的体视线索,说明视差是产生立体视觉的充分条件,而不需要任何图形线条的轮廓;Juleaz的发现是近几十年来视觉心理物理研究的一个重要进展。视差是形成双眼立体视觉的主要机制,由于双眼的水平分布,导致空间物体在双眼视网膜上的投影的位置产生视差,但是图像的视差怎样由皮层双眼细胞来进行编码?早期推测是由双眼性细胞左右感受野的位置差异来对应,并有一些心理物理和生理实验的证据。最近的一些研究表明,感受野的相位差是视差编码的主要方式,感受野的位置差则在某种程度上是一种补充。并且研究者通过实验判断出,人类婴儿时期就已有立体感知,他们靠视觉暗示获得深度感知。婴儿能够视别物体形状,形状依赖物体的方向、倾斜度,因而涉及距离因素。因此得知,深度辨识力具有生存价值,发展得很早,当孩子可以独立移动时就具备了这种能力。以上说明双眼立体视觉是与生俱来的,不要任何后天的经验或知识的支持和帮助。视觉系统空间频率特性亦与立体视的形成有关,它是视觉心理物理研究的一个重要方面。空间频率是指在一定空间单位长度光亮强度起伏的次数,此为40年代傅立叶光学发展的新概念。诺贝尔奖得主Hubel和Wiesal关于视皮层细胞对棒条宽度的选择性反应的发现,表明了视觉系统对不同空间频率具有选择性。研究者通过实验说明视觉系统中存在着多个对空间频率敏感的通道,每个通道有其最佳的“过滤频率”。1970年Blakemore报道了用频率上稍有差别的二张条纹图(光谱)分别给人的左右眼看,则感受到一排栅条斜立在面前,低频的一边离人远,高频的一边离人近,这就是频差引发的深度感知(与视差无关),是一种新的立体视。1979年Tyler用更细致的实验证实了这种由两眼频差引起的深度体视,并提出一个新的词汇——频差。我国学者郑竺英等认为空间域的视差和频率域的频差之间有对应关系并且频率效应可以克服视差,立体图对在空间域的视差就是它在频率域中的频差,频差与深度呈线性正比关系。并推测视觉系统在加工深度信息时,可能根据图像的空间频率对客观存在的深度线索——双眼视差进行频差分析和综合。视觉异常状态对立体视功能的形成和发育具有一定影响,双眼物像不等是干扰立体视觉的重要因素,双眼像差越大,对视差信息的干扰越大,对立体视功能的损害即越重。研究者通过实验得知,立体视功能随弱视程度加深而降低,并且双眼视力不等对立体视有不利影响,且双眼视力差越大立体视敏度越低;认为双眼视力降低时的立体视觉结果比单眼视力降低时好。这是因为单眼视力降低时存在双眼视力差,双眼视觉信息输入不平衡,因此对立体视觉有不利影响。另有眼科学工作者研究报道:立体视觉随视力,特别是近视力的优劣而呈正比例变化,并与其他视力障碍有关。视力减退、双眼视力不等、弱视、隐斜视和先天性眼球震颤等均能直接影响立体视觉功能。而且立体视觉异常随年龄增长,眼的调节能力逐渐下降,会日趋减弱,立体视觉异常检出率将会提高。

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