Бинокулярная диспаратность и стереопсис

Эти теоретические рассуждения послужили основанием для предположения о том, что бинокулярная диспаратность является стимулом для возникновения глубинных ощущений — стереопсиса. Одним из первых исследователей, доказавших значение бинокулярной диспаратности для понимания механизмов пространственного зрения, был английский физик Чарльз Уитстоун (1802−1875), автор многих изобретений, в том числе стереоскопа (1838).

Стереоскоп представляет собой устройство, с помощью которого можно получать стереоскопические изображения предметов, используя их плоские проекции, предъявляемые отдельно правому и левому глазу. Такие проекции называются стереограммами. Соответствующие друг другу стереограммы, которые и формируют объемное изображение, называют стереопарами.

Оказывается, если предъявить правому и левому глазу существенно различающиеся изображения, их слияния в зрительной системе не происходит. Например, если правому глазу предъявить изображение вертикальных полос, а левому — горизонтальных, испытуемый не сможет увидеть их наложения друг на друга. Вместо этого испытуемый воспринимает изображения, предъявляемые правому и левому глазу попеременно. Этот феномен получил название бинокулярного соревнования.

Другое дело, если стереограммы для правого и левого глаза различаются лишь незначительно. Например, и правому и левому глазу можно предъявить два вертикальных отрезка. Если расстояние между этими отрезками будет различаться, у испытуемого будет ощущение, что один из отрезков находится дальше, а другой ближе. Чтобы возник эффект стереопсиса, можно предъявить и более сложные изображения, так или иначе отличающиеся друг от друга. Важно, чтобы эти стереограммы соответствовали двум разным проекциям предмета, объемное изображение которого мы хотим увидеть. Например, чтобы увидеть вогнутую в направлении наблюдателя дугу, нужно правому глазу предъявить полукруг в виде буквы С, а левому — его зеркальное отражение.

Благодаря работам Ч. Уитстоуна была показана исключительная роль бинокулярной диспаратности в процессах пространственного зрения. Между тем оставался вопрос: достаточно ли информации о диспаратности для возникновения пространственных ощущений или же такого рода ощущения требуют участия когнитивных процессов более высокого уровня, ведь, как правило, каждая из стереограмм помимо информации о диспаратности содержит еще целый ряд монокулярных признаков удаленности и глубины. Ответом на этот вопрос стали работы американского психолога венгерского происхождения Бэллы Юлеша (1928−2003). Его исследования были посвящены циклопическому восприятию (Julesz, 1971). Этим термином Б. Юлеш обозначил особый тип восприятия, когда образ возникает только в результате слияний изображений, предъявляемых одновременно правому и левому глазу, и невозможен при рассмотрении каждого изображения в отдельности.

Б. Юлеш (Julesz, 1964) использовал для изучения механизмов циклопического зрения особый вид стереограмм, которые получили название случайно-точечных (рис. 5.13). Такие стереограммы формируются с помощью компьютера, генерирующего случайное изображение, состоящее из черных и белых точек. На первый взгляд пара случайно-точечных стереограмм выглядит совершенно неразличимой. Кажется, что это две абсолютно одинаковые стереограммы. Даже при очень пристальном рассматривании и сравнении этих стереограмм оказывается невозможным найти какие-либо различия между ними. Тем не менее стереограммы различаются, причем различия носят неслучайный характер, и степень их различия можно регулировать, задавая таким образом величину и знак бинокулярной диспаратности.

Рис. 5.13. Случайно-точечные стереограммы Юлеша Дело в том, что одна из стереограмм в паре получается из другой путем довольно простых преобразований (рис. 5.14). Например, как показано на рисунке, в одной из стереограмм выделяют прямоугольную область. Затем эта область сдвигается вправо или влево, закрывая часть стереограммы и освобождая пустую область. Эта пустая область также заполняется черными и белыми точками по случайному алгоритму. В результате стереограммы имеют вполне принципиальные и закономерные различия, которые задают значение бинокулярной диспаратности для заданной области точек, но на глаз эти различия оказываются совершенно незаметными даже при очень внимательном разглядывании. Эксперименты Б. Юлеша показали, что при разглядывании таких стереограмм через стереоскоп, тем не менее возникает ярко выраженный стереоэффект. Испытуемый в нашем случае скажет, что видит прямоугольник, выступающий впереди фона.

Таким образом, работы Юлеша свидетельствовали, что для формирования глубинных представлений одной информации о диспаратности оказывается вполне достаточно. Иными словами, нет никакой необходимости для зрительной системы осуществлять поточечное сравнение образов, формируемых сетчатками правого и левого глаза. Глобального сравнения вполне достаточно для возникновения глубинных ощущений. Поэтому такой стереопсис получил название глобального стереопсиса. По мнению Юлеша, этот процесс осуществляется зрительной системой автоматически.

Рис. 5.14. Структура и принцип организации случайно-точечных стереограмм Юлеша Глобальный стереопсис принято отличать от локального стереопсиса, когда каждая из стереограмм содержит достаточное количество стимулов, распознаваемых монокулярно.

Монокулярное и бинокулярное восприятие пространства

Итак, мы видим, что существуют две относительно независимые друг от друга системы пространственного зрения. Одна из них представлена монокулярным зрением, вторая — бинокулярным.

Монокулярная система восприятия пространства связана с интерпретацией монокулярных признаков удаленности и глубины. Эта система обеспечивает восприятие глубины на относительно большом расстоянии от наблюдателя — от 4−5 м и далее, т. е. на таком расстоянии, когда угол конвергенции правого и левого глаза близок к нулевому значению. При этом следует иметь в виду, что подлинного ощущения глубины такое зрение не дает. Оно лишь формирует иллюзию глубины той или иной степени достоверности.

Подлинное ощущение глубины возможно лишь при бинокулярном зрении. Оно работает по психофизическому принципу «стимул — реакция» и, по-видимому, не требует какихлибо вышележащих опосредующих механизмов зрения. Однако эта система обеспечивает восприятие глубины лишь на относительно коротком расстоянии от наблюдателя — до 4−5 м. Стимулом, вызывающим ощущение глубины в этом случае, выступает бинокулярная диспаратность, т. е. различие полей зрения правого и левого глаза, величина которой определяется углом конвергенции осей зрения правого и левого глаза.