Глава I. Краткие сведения о природе стереоскопического зрения

Стереоскопическое бинокулярное зрение

Глаза человека функционируют в тесном взаимодействии, не дублируя друг друга. Мозг непрерывно сравнивает информацию, поступающую от каждого глаза, поэтому результат их совместной работы принципиально отличается от того, что было бы при действии одного глаза. Видение двумя глазами называют бинокулярным.

Роговица и хрусталик в совокупности с камерной влагой и стекловидным телом подобно объективу фотоаппарата проецируют изображения предметов на сетчатку, где образуется двухмерное, т. е. необъемное изображение. Оно аналогично тому, что мы можем увидеть на матовом стекле фотоаппарата. Двухмерные изображения, образуемые на сетчатках обоих глаз, называют сетчаточными изображениями.

Если закрыть один глаз, то картина, воспринимаемая другим глазом, и будет сетчаточным изображением.

Поставим перед глазами кисть руки, приблизительно на расстоянии 30 см, и закроем один глаз. Запомним взаимное положение кисти относительно каких-либо деталей удаленного фона, например окна. Затем, не изменяя положения руки, закроем глаз, который был открыт вначале, и откроем другой. При этом будет хороню видно, что совершенно неподвижная рука резким скачком переместилась и занимает теперь другое положение относительно деталей удаленного фона. Повторив несколько раз этот простейший опыт, мы убедимся, что сетчаточные изображения правого и левого глаза существенно различаются. Это различие известно под названием диспаратности. Продолжая опыт, откроем оба глаза и посмотрим на кисть своей руки, находящейся в том же положении, что и прежде. Теперь мы отчетливо увидим, что рука объемна и отделена определенным расстоянием от удаленного фона. Что же произошло? Наш мозг, сравнивая два сетчаточных изображения, поступающие от двух одновременно функционирующих глаз, обнаружил их диспаратность и преобразовал этот разностный сигнал в ощущение объемности, глубины видимого пространства¹.

¹ (Следует указать, что если диспаратность будет слишком велика, то может возникнуть ощущение двоения видимых предметов)

Таким образом, ощущение объемности и глубины создается подсознательно в результате протекающего в мозгу психофизиологического процесса, одним из элементов которого является анализ двух диспаратных сетчаточных изображений. Следовательно, и методы воспроизведения объемных изображений возможно построить по этой же схеме, сначала создать плоские диспаратные сетчаточные изображения а затем обеспечить их бинокулярное видение.

Бинокулярное зрение - это лишь один из факторов, обусловливающих восприятие глубины, и оно функционирует только при рассматривании относительно близких предметов, в пределах 5 - 10 м. Чем дальше находится предмет, тем меньше диспаратность сетчаточных изображений, тем слабее ощущение объемности. Обусловлено это тем что расстояние между центрами зрачков обоих глаз, называемое базисом зрения, сравнительно невелико и при рассматривании удаленных предметов их изображения на сетчатках глаз будут одинаковыми.

При бинокулярном видении существует также явление конвергенции: при взгляде на близко расположенные предметы оптические оси глаз сходятся и пересекаются в фиксируемой взглядом точке предмета. В соответствии с величиной поворота глазных яблок, т. е. пропорционально углу конвергенции, вырабатываются определенные сигналы, поступающие в мозг. Эти сигналы, на основе повседневного жизненного опыта человека, дают подсознательно представление о расстоянии до предмета. Можно заметить, что при взгляде на удаленные предметы оптические оси глаз сходятся под меньшим углом, а при взгляде вдаль - оси параллельны. Таким образом, возникновение ощущения объемности происходит частично и в результате явления конвергенции, при котором мышечные усилия при повороте глаз непрерывно преобразуются в нервные сигналы, посылаемые в мозг. Этот механизм работает как дальномер, сообщая расстояние до предмета, на котором пересеклись оптические оси глаз.

Однако дальномер может указать расстояние только до одного предмета, изображения которого сливаются при данном угле конвергенции. Наш зрительный аппарат обладает способностью одновременно оценивать расстояния до многих предметов, сколько бы их не оказалось перед нами. Для этого требуется довольно сложный процесс параллельной обработки информации, что на практике и осуществляется "вычислительной техникой" мозга.

К особенностям восприятия глубины относится взаимосвязь между конвергенцией глаз и различием изображении диспаратностью. Угол конвергенции является регулятором диспаратности. Когда глаза сконвергированы на отдаленном предмете, данная диспаратность между изображениями правого и левого глаза означает большие различия по глубине, чем в том случае, когда рассматриваются близкие предметы. Получается так, что оценка сигналов непостоянна и мозг непрерывно вносит поправку в оценку объемности, используя при этом сигналы, полученные в результате конвергенции. Такая система компенсации введена природой по той причине, что величина диспаратности обратно пропорциональна расстоянию до предметов. Если не вносить поправку, то отдаленные предметы будут казаться более близкими друг к другу, чем близкие предметы разделенные такими же расстояниями. Поэтому, например находясь в лесу, мы ощущаем реальные расстояния между стволами деревьев как вблизи, так и вдали.

Количественная оценка глубины и объемности предметов зависит от значения параллакса. Смещение точки изображения в одном глазу относительно одноименной точки изображения в другом глазу носит название бинокулярного или стереоскопического параллакса. Величина бинокулярного параллакса может быть выражена в угловом измерении: для этого из большего угла конвергенции, образованного пересечением осей глаз в ближней точке, вычитают меньший угол конвергенции образованный пересечением осей глаз в удаленной точке [1]. Бинокулярный параллакс можно выражать и в линейном измерении, когда изображения образуются не на сферических поверхностях сетчаток глаз, а на плоских фотопленках при стереофотосъемке.

В заключение следует отметить, что бинокулярный стереоскопический эффект имеет ряд ограничений, например невозможность различения удаленности предметов, имеющих протяженность, параллельную базису между зрачками, т. е. бинокулярное зрение не полностью определяет известные нам свойства восприятия глубины человеком. В то же время человек ощущает объемность предметов и пространство. Этому способствуют дополнительные вторичные факторы стереовидения.