人眼的立體視覺特性

1、在我國冋家林準旳肛*5川”冊色的定文兀=“ft長光柞聞于人服引起除腹象外 的視嚨特性J朗色足111人眼;K感受的*是一種視嚨現彖.離殲人眼死們就無趴陜起爾 色-從相阪：說顏色乂昱種光挙現紋.采光剌激人眼的結果口埶色址與人的感冊、 的界的釗激和人的知覺緊'?相連的.啲人的視覽功儺不僅增加了人眼師視覺分辨半，V 大了視野南且述可以通過大腦來感覺立體圖像位港段採度的變化-豈休誡像技的發(fā) 展相對平ifftllSlflW更加依戟于對人類覘覺系統(tǒng)的探唏和研ft因此.從人類W覺系統(tǒng) 的角度研究人眼產圮立休感的原因是尤為必耍的°哌球殳一卜；雜n祐密的光浄樂紐.是視嚨«統(tǒng)的感蹙曙它.

2、外界光源的光典FI射 坯爛色韌怵1一頤色物休很如門身的化學特性對光線進fj選掙性的吸收.將H余的光紅 透射或書反射"緊.這卸分光線晟話達到人眼，益扎HI的述覺細胞以刺激.劇澈川代輸 到大脳屮樞叢佃人眼村拘侔戶:生顫色感覺它是在比源、頗色擁侔、眼睛和大腦這四 個孌索共同作川卜產生的結！lb inr趣業(yè)的#在tt得征觀察同一個LI后xf象時所形誠的視場用度覽爪同的，進向俛得艘觀測対皺在祀覽成像系統(tǒng)上所形直的陽1（占息存血?一 進檔0變r的g笊.這種差Hsjttii人眼能觀壽到圈爍的宣體敗果的原閡.人的覘覺蔡統(tǒng)是由眼球、視同膜成像系統(tǒng)大腦的視覺屮樞構成的-人的眼球結構 如閣：卜1所示口&#

3、171;1«n0q/«m an*a圖31人的眼球結構人的眼時是產生視覺的耍素之一.人的眼球前后直徑約為25n»橫向及徑約20nm 包括屈光系統(tǒng)和感光系統(tǒng)陶部分.在眼球的后極假向內疔神經與大脳連接.與視覺形 成賞密相關的部分是眼球唯、屈光裝宜和視網膜-rti于大腦視覺中樞具仃門動調節(jié)動能.使得眼球的腕孔會吸收U標對猱在不同方向的映射國像伯息從而在人眼感光記錄條統(tǒng) 上炎焦形成ra像-人眼觀察立體用像時用像在取眼感光記錄系統(tǒng)上形成兩個相似而又 不完全相同的像經過視覺中樞系統(tǒng)對刺激位號的識別.理解和判斷后形成人眼看到的 立體ra像(岡耍獲得這種能夠感知立體感的能力.眼睛必

4、須具備以下止常生理特征:(1) 兩眼是同時觀察立體圖低和接收外界光線的刺激的-因此眼必需同時具備謂節(jié)的功能.(2) 當觀察一個H標對象時-口眼的聚焦功能便其與被規(guī)測對象2何會形成輻橫侑人眼與H標対彖Z何的距離近時輻湊角就大：人眼£HI標對紋Z御的甌離近時，輻佞 角就小(3) <Z眼觀察一個H標對時.在<Z眼感光記錄系統(tǒng)卜會形成兩個存在細徽差異腫圖愎對，這種戲眼視差就是人眼能/S5ai立體的原因3仁2立體視覺的基礎由物體發(fā)出的光級經過折射后最終是聚焦成傑于人眼的感光記錄系統(tǒng)上的在刃眼 視覺中.當觀察H標對欽中的菜一點時由該點發(fā)出的光線經過視覺成像系統(tǒng)的調節(jié)后 聚焦到視網脫的

5、中央凹處不同U標物體的像坐落任感光記;系統(tǒng)上產生的視覺方向足 相同的.但淇對應的實際方位卻可能在建并.：Fk們稱Z為雙眼視壘.這種差井在受到 光刺激右通過視覺神經系統(tǒng)傳入到大腦視竟中樞，經過興舫視覺屮樞的記憶.對比和分 析后形成一個具冇立休憊的視覺圖像.從而產生立體知覺.可見雙眼視差是人眼立休知 覺的基礎.3,1,3視覺的形成視M膜是人限視覺的誡低系統(tǒng)它主要是山三層細胞組慮的.如用32所示-晟外 層足視錐細胞和視桿細胞它們構成了視覺通路的第一級神經元.而中何層為口極細胞Jx!通過與視細胞和節(jié)細胞的連接構誡第二級神經尤.最內厘恭近玻璃體的細胞為神經卩細胞-也是視覺通路的第三級神經元.雙極細帥視桿

6、細M健惟細M圖32視M膜結構示意怕節(jié)細號眼球外郵i帳球內部視M膜=尼細胞Z何具右復雜的交叉聯系人眼視M般屮的視Ift細胞上塑是通過單 對單和多對單兩仲方式傳入的-而沖經節(jié)細胞的軸突在視網膜乳頭處集結成束穿過眼 球后堆形成視神經來n視網離鼻M半部分的視神經纖維經過視交叉.而來門視網膜瀕 側半部分的稅神經纖縮不經過交叉然后再形成視束繼續(xù)傳向外«藤狀休同時視束的 纖維有一小部分傳至中腦上丘.由外側狀體發(fā)出的纖維最后到達大皮層紋狀區(qū)這 些修I色伯息的剌激引起夫肱皮層的活動，經過記憶、對比和綜合分析，在大臚H形成關 物體的顔色持質將人眼感爻到的光唧激粒化為知覺.左慮現覺過S的形成1“九7

7、87;3. 2立體視覺的特征參數人們借助于視覺器官能夠完成一遲的視覺任務的能力稱為視覺功能.通常以視覺區(qū) 別物體的細節(jié)和辨認對比能力的大小來作為衡就視覺功能的標準影響立體視覺的W素 主要包括敵眼視輕、視用、規(guī)場-視覺玻銳度和對比辨認度3. 2. 1雙眼視差肖人們用女眼注視某一物體時.由于取眼觀察角度不同而使兩個視網膜影像Z間產 生畫斤.這種址斥稱為女眼視左（binocular parallnx；.在深贋如覽中可眼視S所起的作用址相當R要的.眼視爼足itWhcBlslurw1883年發(fā)現的為了研兀深度知覺 他發(fā)明了立休愷-立體魏足觀察立休像對時獲得立休效果的?53易比學觀察裝a-它的轉 點繪可以

8、把左眼和右眼的視線分開.便左眼只能看到左I乳 右眼只能看到右圖-但卻能眼睛輻合-兩眼從兩個不同的用度觀察1對«時會使（眼產生一個育位移感的立體用傑對進而佚陽像產生三維立休感.這種客觀的物理觀象稱Z為"覘差S它是人眼 產先深度知覺的生理宰礎mi.通常惜況下觀看一個物休商眼視軸輻合在這個物體I:時.物體的映像將落左兩眼 視網滾的荷應點上兩眼的視«在視網膜帝疊后人眼觀音到的是眼一和淸晰的物體：而 出陰眼的視像落在視網膜非前應部位H鑒別不大時.由于腳眼祕差進一步第丸 人眼觀 蔡劉的足女像取眼視苣對知覺深麼和距離仃墜耍的總義這種立體視覺生理功能反映 了名觀物體的景深和距離再

9、通過大腦的分析處理和對比后人眼便貝仃深度知覺圖3-3 為戲眼視基示總陽.陽33 «眼視筮示息ra如上陽所示 M和IS分別為覽離人眼一近一述的物休，它們落在左眼也網膜中央窩1；的視像在址和凡處.落在右眼視網脫中央窩匕的視傑在如和阮處 Ol和仇為左眼和右眼晶狀體的光學中心-UA-*jMNl的差值即為觀旌兩物休的空何和離越犬則養(yǎng)值越大.視S也可用Y和N在卿眼的兩個悵弁JZ2來董示幾在國37屮三角形AN0（V了 ANOOJhfKjZMOOIZNOOlHI等.所以ZU-ZN=Z0u-Z0a.當張侑較小時通常可用圓上對應的的眩來我示.故Z0與上（X的差值即為氐N與的差值3. 2. 2視角人眼觀察

10、物體時.物休的大小對眼時形成的張角叫做視角同一物體距離人眼越近 視和越大：不同的物體與人眼的弟離相同.則對眼BS形咸的視用越大時.視網脫I:的橡 越大越清晰.因此通常用視角來:衣示物體與眼睛的關系。如罔3T所示，A為物體的大小-D為人眼與物體Z間的郭離.又稱為複距在圖中角O為視們a Atan2 ID國37現角示恿國則視角的計算公試如下:<3-1>當很小時.uinyll：常近W fy .即J «1（按鴉度計）D由以上公式可知-視角的大小與眼睛到掬休的距離成反比-當物體的大小固定時.(3*2)則物休離人眼越近視角越大物體在«網膜卜的成橡也越大；物體離人眼越遠-則覘角

11、越小，枷體在視網膜1：的成像也越小而當物體離人眼的即離一定時，物體越大則視用越大-視也一股用弧度來農示.也可以用度（。）-分（）.抄（）衣示1。M607-60320.000291狐度.具仔1E常視覺的人業(yè)夠分0F物體空聞兩點間所形成的最小視角為取眼ttlS足人眼產生立休視覺的基礎和IU本嫌因但足人的視覺功能受到人眼與物 體Z創(chuàng)的趾離的限制.當一個9人眼相開一建跑離的物體所產生的視望小于視墾W(ft時，期人眼不能感劉物體的立體感-I割35即是人眼能感知物體立休感的極限凱離的示陽3-5深度感知的極限跑離示怠國I1S 3-5中M是與人眼相隔一定覽離的物體-是物休與人的兩眼所形成的張角.物休與人眼晶狀

12、體光學中心的匪貝即離為小 假設這是人眼能感知立體感的極限郭離 可則過下面算式得出;It) r伐與0為平行線的內羽t和可知:(37)gO. 土 屮d即：(3-4通常t冉況卞人眼的視覺敗銳度卩取值為105網眼之何距離族值為6. 45代入式 (3-1)可得極限沖離:(3-5)64 X 10 'd »134 L4/WI叫180*x3600由上式可知.當人眼與物體2何的即.離超過1341 佃時人眼將無法感知物體深度和 立體感.通過大眾實驗的分析比校.物休立休感與人眼視距的關系如表3T所示.衣31物體立休感與人眼規(guī)FE的天系人眼到H標對 奴的距離x(ni)產生立體感的 有效業(yè)離y(m)仃

13、效立體感與距 離的比率y/x (%)0. 50.4999.96109999.935L 9899.63109. 9199.265018. 2196.-11IU093. 0693.06500364.2372.841000572.8757.2900131 L 10從夜3l可以看岀.物體離人眼的亞離越近時.人的丸眼能夠感知到的立體感越強烈可見視距和物休立休慣的感知呈現一定的反比關系 re 3-8中的Illi線即反映了二擰Z何的兒何關系.ssssssss*71一：.7' 1II 1 i11.I>lOUO和uo 4O1MJ 5(MIU 6UUII 7000 MMX) WtA lOCHM)圖3

14、弋立體感師視距的變化曲線323視場覘場赴折眼睛視角a所對應的岡而積.視侑越大對應的視場也越大。視場的大小 還與視距冇關.視弟越大-對應形成的而枳也越大-很據陽37所示.視場的半徑可由如下公式計算得岀:(3-6)R = z1 = Qian 2 2式"兒a為視角 D為視距視場就是捋人眼能夠觀察到的空間范f通常分為養(yǎng)態(tài)視場、動態(tài)視場和固定點視場三類2叫人眼觀蔡物休時.物體在人眼覘網膜中央窩:的成像范例與人眼的覘場范I冏相關.視場范閑越大.物休的成像范田也越大.圖39為左右兩眼的視場范：|乳tSdIX1X21Q12C1*001»120盹6KAMUC 2B4IH90 120DO90

15、12Cmra 3-9人休左右眼的視場范【科324視覺敏銳度人眼濟別外界物休的敏銳程度稱作視覺敏俛度-它足用來夜示視覺掰別物體細節(jié)的 能力人眼辨別物體細肖的能力與物休打人眼Z間的亞離仃a接的關系.一個距離很遠 的物體通常很難分辨它的細"-但段（著物體iti遠及近的移動過S中-我們就能夠逐漸的 辨別物體的細節(jié)部分.這足由隨看距離的拉近.視用越來越大.物體住視網膜上的成 像也隨Z變大.人眼觀蔡物休細"的能力也隨Z提高通常我們也采用眼晴的分辨力來農示視覺的嫩銳度-眼晴能辭分辨曲點Z何的最短 距離稱為眼睛的分辨力-從生理上講-人眼能分辨的點何的最短距離至少應該等于胸 個視惟細胞Z何的

16、直徨.大約為0006im-如果小于此業(yè)離則W個點的像將呈現在一個 覘惟細胞上，視神經也就無法辨認出是兩個點-然而由于人眼的結構相當芟雜-從大a 的實中測得，具有止常視覺的人的眼睛實際上的視角辨別力在r到i30Z視覺敏銳度通常用V來表示是視覺所能分辭的W角嗖為單位的視和的倒救即:(3*7)r-a視覺嫂銳度的測S計算如圖370所示:上陽中.2a為兩眼Z間的秤離.a和a為物體A. B對應人眼的張戲眼視差0可由下而公成得出:(3-«)rtl視角與視距的關系式可知:(3-9la , la將式（39）代入（3-8）可得：C 2a Id 2f/G/+M）-2“2 必 180 小<3-10)“濟=擊h絢丁X山葉）國家觀定正常視力的標準足當人的視覺能夠分辨r角所對應的物體的細筋時英對 應的視覺敗銳度為1通常情況下視覺f股銳度能夠達到30“就于正常