«стереоскопическое зрение»

stereovision, stereoscopic vision

stereoscopic vision, stereovision

СТЕРЕОСКОПИЧЕСКОЕ ЗРЕНИЕ

- пространственное (объёмное) зрение, <обусловливающее возникновение трёхмерного зрительного образа наблюдаемогообъекта за счёт параллаксирования, оглядывания объекта с разных сторонв предметном пространстве. При бинокулярном наблюдении в предметном пространствек.-л. точки А (рис. 1) её изображения в правом и левом глазу (соответственно А _П и А _Л) попадают на центр. ямки сетчатки, <а визирные оси глаз при этом образуют угл. параллакс .Все точки предметного пространства ( В, Сит. д.), видимые с такимже угл. параллаксом, лежат на окружности, проходящей через фиксируемуюточку А и узловые точки глаз О _П и О _Л, и наз. гороптером. Изображения точек предмета, лежащих на гороптере, <рисуются на т. н. корреспондирующих точках сетчаток, к-рые соответственнов правом и левом глазу находятся на одинаковых расстояниях от центр. ямок(напр., дуга равна дуге и ).Идентичные изображения, получаемые на корреспондирующих точках, всегдасливаются в единый образ. Изображения точек, расположенных ближе или дальшегороптера, получаются на несоответственных точках сетчаток глаз, что являетсясигналом мозгу для ощущения разноудалённости этих точек предмета от глаз. <В естеств. условиях при переводе взгляда на разноудалённые предметы гороптернепрерывно перестраивается. Несовпадение (диспарантность) изображений разноудалённыхточек предмета на сетчатках глаз тем больше, чем больше разность угл. параллаксовфиксируемой точки А и одновременно наблюдаемых точек В', С' ит. д. Значения разностей этих параллаксов или наз. <дифференциальными угловыми параллаксами .Мин. диспарантность, к-рую человек способен ощутить, определяет величинупредельного угла дифференц. параллакса (остроту зрения). Эта величина является порогом стереовосприятия, к-рыйу разных лиц различен, но обычно не превосходит .От него зависит разрешающая способность восприятия изображения по глубине. <Наим. величина различения разноудалённости точек предмета определяется след. отношением:

где r₀ - удалённость от зрителя фиксируемой точки;b₀ - межзрачковый стереобазис у наблюдателя (65 мм); знак плюс в знаменателе относится к точкам, расположенным ближефиксируемой, знак минус - к точкам, дальше фиксируемой.

Рис. 1. Схема бинокулярного стереоскопического зрения.

На произвольном расстоянии r разрешающая сила С. з. равна:

Если b₀ и r выражены в м, а - в радианах, то W(r )имеет размерность м ^-1 и определяеткол-во раздельно различимых планов на глубине пространства в 1 м, удалённогоот наблюдателя на расстояние r. Так, при (0,000145 рад) и b₀= 65 мм:

Из этого выражения следует, что на расстоянии r = 10 м можноразличить 4,5 глубинного плана на протяжённости 1 м, т. е. глубинное разрешениесоставляет 22 см, а на расстоянии r= 2 м разрешающая сила С. з. <равна 112,5 плана/м и, следовательно, глубинное разрешение уже не превышает0.9 см.

Объём информации, даваемой С. з., можно оценить кол-вом различимых планов N на глубине рассматриваемого пространства на расстоянии от r₁ до r₂, к-рый определяется как

Заменяя суммирование интегрированием, имеем

При наблюдении объекта через бинокулярные зрительные приборы или проекц. <системы разрешающая сила С. з. растёт пропорционально действующему стереобазису В и эфф. увеличению оптическому прибора Г:

Предельное расстояние, начиная с к-рого уже нельзя в естеств. условияхстереоскопически различить удалённость объектов, наз. радиусом стере овидения, <равным

Для лиц, обладающих остротой зрения в ,~ 450 м.

Однако при наблюдении стереоскопического изображения зрительпостоянно фиксирует взглядом плоскость еовмещённой стереопары изображении(на экране), к-рая в этом случае представляется частью стационарного (неперестраивающегося)гороптера, в связи с этим ограничивается расстоянием:

где w₀ - предельный угол разрешения глаза, d - действующий диаметр зрачка глаза.

Рис. 2. Диапазон глубины стереоскопически реализуемого пространстваотносительно экрана в зависимости от расстояния наблюдателя до экрана:1 - плоскость экрана; 2 - граница стереопространства перед экраном; 3 -граница стереопространства за экраном; 4 - радиус действия стереоэкрана.

В этом случае глубинная протяжённость стереоскопически наблюдаемогообраза ограничивается максимально допустимым углом, в пределах к-рого возможнослияние (фузия) наблюдаемых изображений стереопары. Этот угол наз. фузионным, его величина составляет 1,6°-2,0°. Границы глубины пространства, <в к-ром может существовать слитный пространственный образ, зависят от расстояниярассматривания и удалены от экрана на расстояния перед экраном и за экраном (рис. 2). Из графика видно, что на более удалённых экранах возможнореализовать более широкие по глубине зоны стереосконич. видения. Так, наэкране, удалённом от зрителя на 10 м, можно наблюдать протяжённость пространственногоизображения в зоне от 1,8 до 90 м; при рассматривании стереофотографийс расстояния 25 см воспроизводимое пространство ограничено лишь глубинойзоны ~6 см. Однако это не означает, что кол-во различимых по глубине плановна более удалённых экранах будет больше. Кол-во различимых планов в данномслучае может быть определено по соотношениям (1) и (2), в к-рых величина должна быть заменена величиной 8, представляющей отношение величины разрешенияэкрана к расстоянию его от зрителя. При наблюдении пространства предметовдвижущимся наблюдателем (напр., из окна вагона) возникает динамическийстереоэффект, обусловленный параллаксированием этого пространства. Динамич. <стереоэффект проявляется и при монокулярном зрении; он основан на инерционностизрения: слияние пар стереоскопич. изображений в зрительном аппарате человекавозможно и при разновременном их возникновении через интервалы ,не превышающие время инерции зрения. Если, напр., наблюдатель движетсяслева направо, фиксируя взором предмет А, удалённый на расстояние ,и скорость его движения v, то за интервал времени ,равный времени инерции зрения, точка наблюдения переместится на величинубазиса . Прямую, параллельную пути следования наблюдателя и проходящую через точку А, можно наз. динамическим монокулярным гороптером - по аналогиис гороптером бинокулярного зрения. При слежении за точкой А глазповорачивается таким образом, что изображение точки А всё времянаходится на центр. ямке сетчатки. На своих местах сетчатки остаются ивсе изображения предметов, расположенные на гороптере. Однако изображенияпредметов, находящихся ближе и дальше гороптера, перемещаются по сетчатке. <Благодаря этому наблюдателю кажется, что более близкие предметы перемещаютсяназад относительно точки А, а более удалённые предметы обгоняютточку А в направлении его движения. И вся видимая наблюдателем панорамапредставляется как бы вращающейся вокруг фиксируемой точки А почасовой стрелке (для направления движения наблюдателя слева направо). Пороговыевеличины различения глубины пространства в данном случае зависят от скоростиперемещения наблюдателя и определяются соотношением

где знак плюс используется для порога глубины в сторону от точки . к наблюдателю, знак минус - в сторону за неё.

Радиус действия динамич. стереоэффекта аналогично (3) может быть определён величиной:

При больших скоростях движения наблюдателя, напр. при v= 10м/с (36 км/ч),= 0,1 с,= 0,0003 (1 угл. мин), величина составляет 3300 м, намного превышая радиус бинокулярного стереовосприятия.

Динамич. стереоэффект важен и для различения глубины пространства наблизких расстояниях при малых скоростях перемещения точек зрения наблюдателяотносительно объекта. (Примером этого является вдевание нитки в ушко иголки;боковое оглядывание иголки то одним, то другим глазом позволяет облегчитьпространственное совмещение ушка с концом нитки.)

Лит.: Кравков С. В., Глаз и его работа, 4 изд., М.-Л., 1950;Валюс Н. А., Стереоскопия, М., 1962; его же, Стерео: фотография, кино, <телевидение, М., 1986; Л о г в и н е н к о А. Д., Зрительное восприятиепространства, М., 1981. Н. А. Валюс.