Стереоскопическое зрение. Стереоптические упражнения и приборы Развитое стереоскопическое зрение помогает ведьмам

Бинокулярное зрение обеспечивает объемное восприятие окружающего мира в трехмерном пространстве. С помощью данной зрительной функции человек может охватывать вниманием не только находящиеся перед ним объекты, но и расположенные по бокам. Бинокулярное зрение называют еще стереоскопическим. Чем чревато нарушение стереоскопического восприятия мира, и как наладить зрительную функцию? Рассмотрим вопросы в статье.

Что такое бинокулярное зрение? В его функцию входит обеспечение монолитной зрительной картины в результате соединения изображений обоих глаз в единый образ. Особенностью бинокулярного восприятия является формирование объемной картины мира с определением расположения предметов в перспективе и расстояния между ними.

Монокулярное зрение способно определить высоту и объем объекта, но не дает представления о взаимоположении предметов на плоскости. Бинокулярность — это пространственное восприятие мира, дающее полную 3D картину окружающей действительности.

Обратите внимание! Бинокулярность повышает остроту зрения, обеспечивая четкое восприятие зрительных образов.

Объемность восприятия начинает формироваться в возрасте двух лет: ребенок способен воспринимать мир в трехмерном изображении. Сразу после рождения данная способность отсутствует из-за несогласованности движения глазных яблок — глаза «плавают». К двум месяцам жизни грудничок уже может фиксировать глазами объект. В три месяца грудничок отслеживает предметы в движении, расположенные в непосредственной близости от глаз — висящие яркие игрушки. То есть, формируется бинокулярная фиксация и фузионный рефлекс.

В шестимесячном возрасте малыши уже способны видеть объекты на различном расстоянии. К 12-16 годам глазное дно полностью стабилизируется, что свидетельствует о завершении процесса формирования бинокулярности.

Почему нарушается бинокулярное зрение? Для совершенного развития стереоскопического изображения необходимы определенные условия:

• отсутствие косоглазия;
• согласованная работа мышц глаза;
• согласованные движения глазных яблок;
• острота зрения от 0,4;
• одинаковая острота зрения обоих глаз;
• правильное функционирование периферической и ЦН системы;
• отсутствие патологии строения хрусталика, сетчатки и роговицы.

Так же для нормальной работы зрительных центров необходима симметричность расположения глазных яблок, отсутствие патологии глазных нервов, совпадение степени рефракции роговиц обоих глаз и одинаковое зрение обоих глаз. При отсутствии перечисленных параметров бинокулярное зрение нарушается. Так же стереоскопическое зрение невозможно при отсутствии одного глаза.

Стереоскопическое зрение зависит от правильной работы зрительных центров головного мозга, который координирует фузионный рефлекс слияния двух изображений в одно целое.

Нарушение стереоскопического зрения

Для получения четкого объемного изображения необходима скоординированная работа обоих глаз. Если функционирование глаз не скоординировано, речь идет о патологии зрительной функции.

Нарушение бинокулярного зрения может возникнуть по следующим причинам:

• патология мышечной координации — расстройство моторики;
• патология механизма синхронизации изображений в одно целое — сенсорное расстройство;
• комбинация сенсорного и моторного расстройства.

Определение бинокулярного зрения осуществляют с помощью ортоптических приборов. Первая проверка проводится в три года: малышей тестируют на предмет работы сенсорной и моторной составляющих зрительной функции. При косоглазии проводят дополнительный тест сенсорной составляющей бинокулярного зрения. Специализируется на проблемах стереоскопического зрения врач офтальмолог.

Своевременная проверка ребенка у офтальмолога предотвращает развитие косоглазия и серьезные проблемы со зрением в будущем.

Какие причины провоцируют нарушение стереоскопического зрения? К ним относятся:

• несогласованная рефракция глаз;
• дефекты мышц глаз;
• деформация черепных костей;
• патологические процессы тканей глазницы;
• патологии головного мозга;
• токсические отравления;
• новообразования в головном мозге;
• опухоли зрительных органов.

Следствием нарушения бинокулярности является косоглазие — наиболее распространенная патология зрительной системы.

Косоглазие

Косоглазие — это всегда отсутствие бинокулярного зрения, так как зрительные оси обоих глазных яблок не сходятся. Существует несколько форм патологии:

• действительная;
• ложная;
• скрытая.

При ложной форме косоглазия стереоскопическое восприятие мира присутствует — это позволяет отличить его от настоящего косоглазия. Ложное косоглазие не требует лечения.

Гетерофория (скрытое косоглазие) обнаруживается следующим методом. Если пациенту закрыть один глаз листом бумаги, то он отклоняется в бок. Если лист бумаги убрать, глазное яблоко занимает правильное положение. Данная особенность не является дефектом и не требует лечения.

Нарушение зрительной функции при косоглазии выражается в следующих симптомах:

• раздвоение получаемой картины мира;
• частое головокружение с тошнотой;
• наклон головы в сторону пораженной глазной мышцы;
• блокировка подвижности глазной мышцы.

Причины развития косоглазия бывают следующими:

• наследственный фактор;
• травмирование головы;
• тяжелые инфекции;
• расстройство психики;
• патологии центральной нервной системы.

Косоглазие поддается коррекции, особенно, в раннем возрасте. Для лечения недуга применяют разные методы:

• применение физиотерапии;
• лечебная гимнастика;
• глазные линзы и очки;
• лазерная коррекция.

При гетерофории возможна быстрая утомляемость глаз, двоение. В данном случае применяются призматические стекла для постоянного ношения. При тяжелой степени гетерофории проводят хирургическую коррекцию, как и при явном косоглазии.

При паралитическом косоглазии сначала убирают причину, вызвавшую дефект зрения. Врожденное паралитическое косоглазие у детей необходимо лечить как можно раньше. Приобретенное паралитическое косоглазие характерно для взрослых пациентов, перенесших тяжелые инфекции или недуги внутренних органов. Лечение по устранению причины косоглазия, как правило, длительное.

Постравматическое косоглазие исправляют не сразу: должно пройти 6 месяцев с момента получения травмы. В данном случае показано оперативное вмешательство.

Как диагностировать бинокулярное зрение

Бинокулярность зрения определяется с помощью следующих приборов:

• авфторефрактометр;
• офтальмоскоп;
• щелевая лампа;
• монобиноскоп.

Как определить бинокулярное зрение самостоятельно? Для этого разработаны несложные методики. Рассмотрим их.

Методика Соколова

Поднесите к одному глазу полый предмет, напоминающий бинокль, например, скрученную трубочкой бумагу. Сфокусируйте взгляд через трубу на одном дальнем предмете. Теперь поднесите ко открытому глазу свою ладошку: она располагается рядом с концом трубы. Если бинокулярность не разбалансирована, вы обнаружите в своей ладошке дыру, через которую можно наблюдать дальний предмет.

Методика Кальфа

Возьмите пару фломастеров/карандашей: один держите в горизонтальном положении, другой — в вертикальном. Теперь постарайтесь прицелиться и соединить вертикальный карандаш с горизонтальным. Если бинокулярность не нарушена, вы без труда сможете это сделать, потому что ориентация в пространстве хорошо развита.

Метод с чтением

Держите ручку или карандаш перед кончиком носа (2-3 см) и постарайтесь прочесть печатный текст. Если вы сможете полностью охватить зрением текст и прочитать, значит, моторная и сенсорная функции не нарушены. Посторонний предмет (ручка перед носом) не должен помешать восприятию текста.

Профилактика дефектов бинокулярности

Бинокулярное зрение у взрослых может нарушиться по нескольким причинам. Коррекция состоит в упражнениях на укрепление глазных мышц. При этом, здоровый глаз закрывают, а больной нагружают.

Упражнение

Данное упражнение для развития стереоскопического зрения можно выполнять дома. Алгоритм действий следующий:

1. Прикрепите зрительный объект к стене.
2. Отойдите от стены на расстояние двух метров.
3. Вытяните вперед руку с поднятым вверх указательным пальцем.
4. Переведите фокус внимания на зрительный объект и смотрите на него через кончик пальца — кончик пальца должен раздвоиться.
5. Переведите фокус внимания с пальца на зрительный объект — теперь он должен раздвоиться.

Цель данного упражнения состоит в попеременном переключении фокуса внимания с пальца на объект. Важным показателем правильности развития стереоскопического зрения является четкость воспринимаемой картинки. Если изображение размыто, это свидетельствует о наличии монокулярного зрения.

Важно! Любые упражнения для глаз необходимо заранее обговорить с офтальмологом.

Профилактика нарушений зрительной функции у детей и взрослых:

• нельзя читать книги лежа;
• рабочее место должно быть хорошо освещено;
• регулярно принимать витамин С для профилактики старческого снижения зрения;
• регулярно пополняйте организм комплексом необходимых минералов;
• следует регулярно разгружать глазные мышцы от напряжения — смотреть вдаль, закрывать и открывать глаза, вращать глазными яблоками.

Так же следует регулярно обследоваться у офтальмолога, придерживаться здорового образа жизни, разгружать глаза и не позволять им уставать, выполнять гимнастику для глаз, своевременно лечить глазные заболевания.

Итог

Бинокулярное зрение — это способность воспринимать картину мира обоими глазами, определять форму и параметры объектов, ориентироваться в пространстве и определять местоположение объектов относительно друг друга. Отсутствие бинокулярности — это всегда снижение качества жизни из-за ограниченного восприятия картины мира, а так же нарушение здоровья. Косоглазие — одно из последствий нарушения бинокулярного зрения, которое может быть врожденным и приобретенным. Современная медицина легко справляется с восстановлением зрительных функций. Чем раньше начать коррекцию зрения, тем успешней будет результат.

Бинокулярная функция, сформированная у больных содружественным косоглазием в процессе ортоптического и диплоптического лечения, может быть более или менее совершенной. Слияние изображений одного и второго глаза может происходить только в одной плоскости - это плоскостное бинокулярное зрение, определяемое на цветотесте, синоптофоре и тестом Баголини.

Полноценной бинокулярная функция считается только в тех случаях, когда слияние изображений обоих глаз сопровождается восприятием глубины, объемности, стереоскопичности. Это высшая форма бинокулярной функции - стереоскопическое зрение .

Восприятие глубины, стереоскопичности возникает в связи с диспаратностью изображений на сетчатке обоих глаз. Правый и левый глаз находятся на некотором расстоянии друг от друга. Изображения каждой точки фиксируемого объекта на сетчатке одного и второго глаза несколько смещены в горизонтальном направлении по отношению к центральной ямке. Следствием этого смещения, диспаратности и является ощущение глубины, стереоскопичности.

Формирование полноценного стереоскопического зрения , по данным Р.Заксенвегера (1956), завершается к 8 году жизни ребенка.

Р.Заксенвегер вводит термин «стереоамавроз» - полное отсутствие стереоскопическою зрения (аналогично термину «амавроз» - полная слепота) и «стереоамблиопия» - функциональная неполноценность стереоскопического зрения (аналогично термину «амблиопия» - функциональное снижение центрального зрения).

Качество глубинного зрения определяется порогом. За порог глубинного зрения принимают то максимальное различие по глубине, которое обследуемый уже не способен ощутить. Чем выше порог, тем хуже глубинное зрение. Пороги глубинного зрения неодинаковы при исследовании различными приборами и на различных расстояниях. Выражаются они в миллиметрах или угловых секундах.

Появление косоглазия у ребенка разрушает его бинокулярное и стереоскопическое зрение.

Восстановление стереоскопического зрения проводится на завершающем этапе лечения косоглазия, когда уже сформировано плоскостное бинокулярное зрение и развиты нормальные фузионные резервы. При восстановлении глубинного зрения у детей с косоглазием Т.П.Кащенко (1973) отметила зависимость результатов от уровня остроты зрения обоих глаз, величины угла косоглазия и фузионной способности. В.А.Хенкин (1986) дополнительно отметил зависимость порогов глубинного зрения от сроков возникновения косоглазия, конечной остроты зрения косящего глаза, разницы в остроте зрения обоих глаз и величины анизэйконии.

Глубинное, стереоскопическое зрение тем лучше, чем позже появилось косоглазие, чем выше конечная острота зрения обоих глаз, чем лучше фузия и меньшая степень анизэйконии . При анизэйконии в 5% глубинное восприятие возможно лишь у отдельных больных и качество его очень низкое.

Следует отметить, что восстановить стереозрение удается лишь у той части детей с содружественным косоглазием, у которых оно было сформировано в какой-то степени до появления косоглазия. При врожденном и рано развившемся косоглазии воспитать стереоскопическое зрение не удается.

Для диагностики, формирования и тренировки стереоскопического зрения имеются специальные приборы

1) Классическим прибором для оценки реального глубинного зрения остается прибор с тремя спицами Говарда- Долмана (рис.47).
Он состоит из стержня длиной 50 см, на котором размещены три спицы. Две из них фиксированы по сторонам стержня, а третья, средняя, - подвижная. Для глаз на одном конце стержня сделаны горизонтальные прорези. Между глазами и спицами установлена диафрагма в виде горизонтальной щели, не позволяющая больному видеть вершины и основания спиц. Средняя спица передвигается вперед и назад.
Больной должен определить, находится ли она впереди двух спиц или сзади и в заключение установить все три спицы во фронтальной плоскости, уловив момент, когда смещаемая спица сравняется с неподвижными. Это расстояние между подвижной и неподвижными спицами определяет порог глубинного зрения.

В монографии Р.Заксенвегера «Аномалии стереоскопического зрения при косоглазии и их лечение» (1963) дано описание многих приборов, применяемых для диагностики и воспитания стереоскопического зрения. Ознакомим читателей с некоторыми из них.

Рис. 47. Прибор с тремя спицами, а) со снятой диафрагмой, б) с установленной диафрагмой.

2) (рис.48) состоит из корпуса 1, внутри которого помещены две стеклянные пластинки 3 и 4 . Они освещаются электрической лампочкой 2, помещенной за ними. На обеих пластинках наклеены маленькие круглые точки. На пластинке 3 они расположены без определенного порядка, а на пластинке 4 образуют очертания фигуры. Когда пластинки стоят непосредственно одна около другой, фигуру различить нельзя. По мере увеличения расстояния между ними, фигура, в зависимости от пространственного порога, начинает раньше или позже различаться.

Рис. 48 Параллаксный визускоп

3) (рис.49) имеет ящички 1,2,3, снабженные лампочками. Ящички можно передвигать по рельсам вперед и назад. В передней стенке ящичков есть прорези, в которые вставляют любые шаблоны, а также цветные и нейтральные фильтры.

Исследование проводят в темноте, причем часто меняют величину светового объекта, его яркость и цвет. Больной должен определить, какой из объектов стоит ближе, а какой дальше, установить объекты в одну фронтальную плоскость, расставить их равномерно по глубине и т.д.

4) (рис.50). Основу прибора составляет вертикально стоящий в средней плоскости проволочный контур, внутри которого больной должен провести металлический карандаш, не касаясь им проволоки. Прикосновение карандаша к проволоке приводит к замыканию цепи тока и возникновению звука зуммера. Взгляд больного ограничен таким образом, что он не может сбоку рассматривать проволочный остов.

Трудность задания зависит от расстояния между проволоками, образующими контур Это расстояние можно изменять с помощью установочного винта. Прибор развивает остроту глубинного зрения, так как зрительные раздражения сочетаются с проприоцептивными. Без глубинной остроты зрения, например, при пользовании одним глазом, упражнение не может быть выполнено даже после длительной тренировки.

Рис. 50 Стереозуммер

5) Бинариметр (рис.51) - прибор нового поколения, в котором использованы методы диплоптики, направленные на формирование бинокулярного и стереоскопического зрения. В бинариметре образуются пространственные зрительные эффекты, возникающие при сдваивании идентичных изображений на основе физиологического двоения в свободной гаплоскопии без оптики и разделения полей зрения.

Лечение на бинариметре проводится после того, как у больного достигнута способность к бификсации. Устройство прибора предусматривает возможность проведения лечения не только при симметричном положении глаз, но и при наличии небольших отклонений по горизонтали и вертикали.

Рис.51. Бинариметр «Бинар»

Упражнения на приборе активизируют сенсорно-моторные взаимодействия, способствуя восстановлению бинокулярного и стереоскопического зрения.
Мы использовали бинариметр в комплексе с другими методами восстановления бинокулярного и стереоскопического зрения у детей школьного возраста и подростков, так как лечение на нем требует определенного интеллекта.

Способность видеть мир объемно дает человеку бинокулярное зрение. При его нарушениях ухудшается острота зрения, возникают проблемы с ориентацией в пространстве. Случается это по различным причинам. Восстанавливать бинокулярность можно аппаратными и хирургическими методами. Также врач назначает упражнения для глаз.

В этой статье

Прежде чем начать рассматривать методики для восстановления бинокулярного зрения в домашних условиях, следует понять, что такое бинокулярность, как работает эта функция зрительного аппарата и из-за чего происходит потеря бинокулярного зрения.

Что такое бинокулярное зрение и как оно работает?

Бинокулярное зрение — это зрение обоими глазами. Его также называют стереоскопическим и пространственным, ведь оно дает возможность видеть в 3D-проекции. Благодаря этой функции человек видит предметы, распознавая их размеры по ширине и высоте, форму, расстояние между ними. Оба глаза человека получают по одному изображению, которые они передают в головной мозг. В нем происходит объединение этих изображений в одну картинку.

Если отсутствует бинокулярное зрение, мозг получит два отличающихся друг от друга зрительных образа, которые не смогут соединиться в один. В результате этого возникает диплопия — двоение изображения. Такое бывает при анизометропии (сильная разница между рефракцией правого и левого глаз), заболеваниях хрусталика, роговицы и сетчатки, повреждениях нервной системы и по другим причинам. Невозможно бинокулярное зрение, если в процессе зрительного восприятия не участвует один глаз, как это бывает при косоглазии.

Развитие бинокулярного зрения начинается с самого детства. С первых же месяцев начинают формироваться предпосылки для его возникновения и развития. Сначала у ребенка появляется светочувствительность, цветовосприятие, центральное зрение. Со временем улучшается острота зрения, поле зрение расширяется. Все это способствует формированию бинокулярности. Завершается этот процесс примерно к 12-14 годам. Нарушения могут возникнуть в любом возрасте. Спровоцировать их способны самые разнообразные факторы.

Причины нарушения бинокулярного зрения

Основная причина, из-за которой отсутствует зрение бинокулярное, это несогласованные движения глазных яблок. Такое происходит вследствие ослабления глазных мышц или повреждений глазодвигательных мышц. Глаза начинают смотреть в разных направлениях, смещается зрительная ось, что приводит к ухудшению зрительных функций одного глаза. В ряде случаев происходит полная потеря зрения одним из них. Данная патология чаще возникает в детском возрасте и проявляется в косоглазии — самая частая форма нарушения бинокулярного зрения.

К утрате бинокулярности приводят и другие причины. На самом деле, их очень много. Кровоизлияния в сетчатке, катаракта, разрыв сетчатой оболочки вызывают сильное ухудшение зрительных способностей глаза, а одно из условий существования стереоскопического зрения — отсутствие патологий сетчатки и роговицы.

Таким образом, потеря бинокулярного зрения вызывается разными патологиями организма, в целом, и глаз, в частности. Любая болезнь, которая отрицательно сказывается на здоровье глаз и зрении, может стать фактором, провоцирующим нарушения пространственного восприятия.

Восстановление бинокулярного зрения

Восстановление бинокулярности начинается с лечения патологии, которая привела к нарушениям зрения. Только после устранения причин, можно вернуть стереоскопическое зрение.

Самой частой патологией, при которой зрение бинокулярное отсутствует, является косоглазие. Это офтальмологическое заболевание лечится с помощью операции, аппаратных методов и глазной гимнастики. Хирургическое вмешательство необходимо только в крайних случаях, когда глаз сильно смещен относительно нормального положения и не задействован в процессе зрения.

Восстановление и тренировка бинокулярного зрения в домашних условиях

Ежедневная тренировка пространственного зрения является залогом быстрого его восстановления. Существуют различные упражнения, которые могут выполняться самостоятельно прямо дома. Самым простым является упражнение с листом бумаги.

Упражнение с листом

Вам потребуется бумажный лист, на котором нужно начертить фломастером вертикальную черту длиной 10 см и шириной 1 см. Закрепите лист на стене на уровне глаз и отодвиньтесь от нее на 1 метр. Смотрите на линию и понемногу наклоняйте голову вниз, продолжая рассматривать черту, пока она не начнет двоиться. Следующий раз отводите голову вверх, а потом в стороны. Выполнять такие упражнения необходимо три раза в день по пять минут. Обязательное условие для выполнения — хорошая освещенность в комнате.

Это упражнение самое простое по технике. Есть и другие методики, связанные с фокусировкой. Они также способствуют тренировке и восстановлению бинокулярного зрения.

Упражнение «Тренировка»

На стене разместите какой-нибудь объект (лист с изображением) и отойдите от него на дистанцию 2-3 метра. Далее Вы должны сжать кулак, но указательный палец при этом должен быть вытянут вверх. Рука располагается на расстоянии 40 см от лица, а кончик указательного пальца должен находиться на одной зрительной оси с объектом на стене. Посмотрите на объект через кончик пальца. Он сразу начнет раздваиваться. После этого нужно перенести фокус со стены на палец. В этот момент начнет двоиться зрительный объект. Так можно тренировать попеременно оба глаза. Больше нагружать следует именно слабый глаз. Тренировка займет у Вас примерно 3-5 минут. Выполнять ее желательно несколько раз в день. Со временем Вы заметите, что острота Вашего зрения улучшилась.

Упражнение «Фокусировка»

Для него потребуется цветной предмет (любая картинка). Сначала нужно смотреть на всю картинку, затем на отдельные ее детали (изображение должно быть сложным, разноцветным). Затем выбирается еще меньший объект. Так, если объект — бабочка, то сначала Вы рассматриваете ее целиком, после этого очерчиваете глазами ее контур, далее разглядываете крыло или его половинку. Последним объектом для фокусирования на нем взгляда должен быть размером не более 0.5 см. Так Вы постепенно научитесь быстрее и точнее фокусироваться, не нагружая сильно глаза.

Упражнение «Стереограмма»

Рисунок-стереограмму можно скачать в интернете и распечатать. Она представляет собой зашифрованные рисунки, в которых можно разглядеть какие-либо фигуры. Стереограмма должна располагаться на расстоянии 30-40 см от лица. Взгляд необходимо фокусировать как бы за изображением. Через некоторое время начнет проявляться скрытая картинка. После того, как это произошло, нужно увеличить дистанцию между стереограммой и глазами, но при этом постарайтесь не потерять найденную картинку. Следующие действия — повороты головы вверх-вниз и влево-вправо с удержанием увиденного изображения. С первого раза это может не получиться. Однако со временем глаза привыкнут и видимый объект будет распознаваться с разных ракурсов. Стереограммы очень полезны для тренировки бинокулярности, а также для снятия напряжения со зрительного аппарата. Особенно такое упражнение будет полезно людям, которые работают за компьютером. Стереограммы можно и не распечатывать, а рассматривать прямо с монитора. Необходимо только установить оптимальную его яркость.

Помимо этих упражнений, можно выполнять общую гимнастику для глаз, которая помогает при усталости и для повышения остроты зрения. Таких методик тоже достаточно много. Перед их выполнением проконсультируйтесь с офтальмологом.

Человек с бинокулярным (стереоскопическим) зрением может полноценно ориентироваться в пространстве. Различать предметы и объекты по форме можно и при наличии монокулярного зрения. Однако определять дистанцию между объектами можно только при сформированном стереоскопическом восприятии. Любые патологии, которые приводят к нарушению бинокулярности, необходимо начинать лечить вовремя, тем более, если они возникают в детском возрасте, когда зрение только формируется.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Стереоскопическое зрение. Методы и средства

Введение

1.1Монокулярные компоненты стереовосприятия

1.1.1 Параллакс движения

1.1.2 Перспектива

1.1.3 Воздушная перспектива

1.1.4 Аккомодация

1.2.1 Стереопсис

1.2.2 Конвергенция глаз

Введение

Стереоскопическое зрение - величайший дар, данный человеку природой. Благодаря ему человек имеет возможность воспринимать окружающий мир во всей его глубине и многогранности. Объемное изображение формирует мозг в естественных условиях, когда человек рассматривает реальные объекты обоими глазами.

Стереоскопическое зрение представляет собой особый вид зрения, при котором мы можем видеть не только размеры объекта в одной плоскости, но и его форму, расстояние до него, размеры объекта в разных плоскостях. Такое объемное зрение присуще каждому здоровому человеку: если мы видим дом на горе вдалеке, мы можем прикинуть приблизительно, какого он размера, на каком расстоянии от нас находится. По сути, стереоскопическое зрение является одной из функций человеческих глаз.

• 1. Механизмы формирования зрительного стереоэффекта
• Объёмное, пространственное (стереоскопическое) изображение формируется мозгом, при рассматривании реальных объектов обеими глазами. Мозг учитывает совокупность различных видов информации, воспринимаемой зрительным аппаратом, и формирует единый пространственный образ, используя совокупность различных механизмов.
• Среди этих механизмов можно выделить монокулярные и бинокулярные, перспектива, конвергенция глаз, восприятие глубины пространства при движении головы, и другие.
• 1.1 Монокулярные компоненты стереовосприятия
• 1.1.1 Параллакс движения
• Паралламкс (смена, чередование) -- изменение видимого положения объекта относительно удалённого фона в зависимости от положения наблюдателя.
• Зная расстояние между точками наблюдения L (база) и угол смещения?, можно определить расстояние до объекта:
• Для малых углов (? -- в радианах):
• Параллакс используется в геодезии и астрономии для измерения расстояния до удалённых объектов (в частности в специальных единицах -- парсеках). На явлении параллакса основано бинокулярное зрение.
• зрение окклюзия глаз стереоэффект
• 1.1.2 Перспектива
• Перспектимва (фр. perspective от лат. perspicere -- смотреть сквозь) -- техника изображения пространственных объектов на какой-либо поверхности в соответствии с теми кажущимися сокращениями их размеров, изменениями очертаний формы и светотеневых отношений, которые наблюдаются в натуре.
• Другими словами, это:
• 1. Изобразительное искажение пропорций и формы реальных тел при их визуальном восприятии. Например, два параллельных рельса кажутся сходящимися в точку на горизонте.
• 2. Способ изображения объемных тел, передающий их собственную пространственную структуру и расположение в пространстве. В изобразительном искусстве возможно различное применение перспективы, которая используется как одно из художественных средств, усиливающих выразительность образов.
• В зависимости от назначения перспективного изображения перспектива включает следующие виды:
• Прямая линейная перспектива
• Вид перспективы, рассчитанный на неподвижную точку зрения и предполагающий единую точку схода на линии горизонта (предметы уменьшаются пропорционально по мере удаления их от переднего плана). Теория линейной перспективы впервые появилась у АмброджоЛоренцетти в XIV веке, а вновь она была разработана в эпоху Возрождения (Брунеллески, Альберти), основывалась на простых законах оптики и превосходно подтверждалась практикой. Отображение пространства на плоскость сначала простой камерой обскура с простым отверстием (стенопом), а затем и с линзой полностью подчинено законам линейной перспективы. Прямая перспектива долго признавалась как единственное верное отражение мира в картинной плоскости. С учетом того, что линейная перспектива -- это изображение, построенное на плоскости, плоскость может располагаться вертикально, наклонно и горизонтально в зависимости от назначения перспективных изображений. Вертикальная плоскость, на которой строят изображения с помощью линейной перспективы, используется при создании картины (станковая живопись) и настенных панно (на стене внутри помещения или снаружи дома преимущественно на его торцах). Построение перспективных изображений на наклонных плоскостях применяют в монументальной живописи -- росписи на наклонных фризах внутри помещения дворцовых сооружений и соборов. На наклонной картине в станковой живописи строят перспективные изображения высоких зданий с близкого расстояния или архитектурных объектов городского пейзажа с высоты птичьего полета. Построение перспективных изображений на горизонтальной плоскости применяют при росписи потолков (плафонов). Известны, например, мозаичные изображения на овальных плафонах станции метро «Маяковская» художника А. А. Дейнеки. Изображения, построенные в перспективе на горизонтальной плоскости потолка, называют плафонной перспективой.
• Линейная перспектива на горизонтальной и наклонной плоскостях имеет некоторые особенности, в отличие от изображений на вертикальной картине.
• В наше время доминирует использование прямой линейной перспективы, в большей степени из-за большей «реалистичности» такого изображения и в частности из-за использования данного вида проекции в 3D-играх.
• В фотографии для получения линейной перспективы на снимке близкой к реальной используют объективы с фокусным расстоянием приблизительно равным диагонали кадра. Для усиления эффекта линейной перспективы используют широкоугольные объективы, которые делают передний план более выпуклым, а для смягчения -- длиннофокусные, которые уравнивают разницу размеров дальних и близких предметов.
• Обратная линейная перспектива
• Вид перспективы, применяемый в византийской и древнерусской живописи, при которой изображенные предметы представляются увеличивающимися по мере удаления от зрителя, картина имеет несколько горизонтов и точек зрения, и другие особенности. При изображении в обратной перспективе предметы расширяются при их удалении от зрителя, словно центр схода линий находится не на горизонте, а внутри самого зрителя.
• Обратная перспектива возникла в позднеантичном и средневековом искусстве (миниатюра, икона, фреска, мозаика) как в западноевропейском, так и в византийском круге стран. Среди причин появления феномена обратной перспективы самой простой и очевидной для критиков было неумение художников изображать мир, каким его видит наблюдатель. Потому такую систему перспективы считали ошибочным приемом, а саму перспективу -- ложной. Однако по мнению П. А. Флоренского, обратная перспектива имеет строгое математическое описание, математически она равноценна прямой перспективе, духовно же образует целостное символическое пространство, ориентированное на зрителя и предполагающее его духовную связь с миром символических образов. Следовательно, обратная перспектива отвечает задаче воплощения сверхчувственного сакрального содержания в зримой, но лишенной материальной конкретности форме. Согласно теории Л. Ф. Жегина, обратная перспектива представляет собой перенесение на плоскость суммы зрительных восприятий наблюдателя, оказывающегося таким образом «точкой схода». При этом она является не единственной системой организации живописного пространства (что было бы оптически невозможно, так как предметы заднего плана попросту не помещались бы в «рамку» обзора), а сочетается с перспективой «усиленно сходящейся» с разными точками схода. Б. В. Раушенбах, опровергая заблуждение об обратной перспективе как единственной системе в средневековой живописи, показывает вместе с тем, что в определённых условиях (на малом расстоянии) человеческий глаз воспринимает изображение не в прямой, а в обратной перспективе, феномен которой, таким образом, лежит в сфере самого восприятия, а не изображения, как считал Жегин.
• Обратная перспектива обобщается в проблемах восприятия за рамками изобразительного искусства. Например, психофизиологи с помощью псевдоскопа изучают восприятие обратной перспективы человеком в динамических условиях. Психологами исследуется механизм порождения зрительного образа в целом, важным элементом которого является личностный смысл.
• Панорамная перспектива
• Изображение, строящееся на внутренней цилиндрической (иногда шаровой) поверхности. Слово «панорама» означает «всё вижу», в буквальном переводе это перспективное изображение на картине всего того, что зритель видит вокруг себя. При рисовании точку зрения располагают на оси цилиндра (или в центре шара), а линию горизонта -- на окружности, находящейся на высоте глаз зрителя. Поэтому при рассматривании панорам зритель должен находиться в центре круглого помещения, где, как правило, располагают смотровую площадку. Перспективные изображения на панораме объединяют с передним предметным планом, то есть с находящимися перед ней реальными предметами. Общеизвестными в России являются панорамы «Оборона Севастополя» (1902--1904 гг.) и «Бородинская битва» (1911 гг.) в Москве (автор -- Ф. А. Рубо) и «Сталинградская битва» (1983 г.) в г. Волгограде. Часть панорамы с реальными предметами, лежащими между цилиндрической поверхностью и зрителем, называют диорамой. Как правило, диорама занимает отдельное помещение, в котором переднюю стену заменяют цилиндрической поверхностью, и на ней изображают пейзаж или панораму города. В диорамах часто применяют подсветку для создания эффекта освещения.
• Правила панорамной перспективы используют при рисовании картин и фресок на цилиндрических сводах и потолках, в нишах, а также на внешней поверхности цилиндрических ваз и сосудов; при создании цилиндрических и шаровых фотопанорам.
• Сферическая перспектива
• Сферическая перспектива, сделанная объективом «рыбий глаз»
• Сферические искажения можно наблюдать на сферических зеркальных поверхностях. При этом глаза зрителя всегда находятся в центре отражения на шаре. Это позиция главной точки, которая реально не привязана ни к уровню горизонта, ни к главной вертикали. При изображении предметов в сферической перспективе все линии глубины будут иметь точку схода в главной точке и будут оставаться строго прямыми. Также строго прямыми будут главная вертикаль и линия горизонта. Все остальные линии будут по мере удаления от главной точки все более и более изгибаться, трансформируясь в окружность. Каждая линия, не проходящая через центр, будучи продлённой, является полуэллипсом.
• Тональная перспектива
• Тональная перспектива -- понятие техники живописи. Тональная перспектива -- это изменение в цвете и тоне предмета, изменение его контрастных характеристик в сторону уменьшения, приглушения при удалении вглубь пространства. Принципы тональной перспективы первым обосновал Леонардо да Винчи.
• Перцептивная перспектива
• Академик Б. В. Раушенбах изучал, как человек воспринимает глубину в связи с бинокулярностью зрения, подвижностью точки зрения и постоянством формы предмета в подсознании и пришёл к выводу, что ближний план воспринимается в обратной перспективе, неглубокий дальний в аксонометрической перспективе, дальний план -- в прямой линейной перспективе.
• Эта общая перспектива, соединившая обратную, аксонометрическую и прямую линейную перспективы, называется перцептивной.
• 1.1.3 Воздушная перспектива
• Воздушная перспектива характеризуется исчезновением четкости и ясности очертаний предметов по мере их удаления от глаз наблюдателя. При этом дальний план характеризуется уменьшением насыщенности цвета (цвет теряет свою яркость, контрасты светотени смягчаются), таким образом -- глубина кажется более тёмной, чем передний план. Воздушная перспектива связана с изменением тонов, потому она может называться также и тональной перспективой. Первые исследования закономерностей воздушной перспективы встречаются еще у Леонардо да Винчи. «Вещи на расстоянии, -- писал он, -- кажутся тебе двусмысленными и сомнительными; делай и ты их с такой же расплывчатостью, иначе они в твоей картине покажутся на одинаковом расстоянии… не ограничивай вещи, отдаленные от глаза, ибо на расстоянии не только эти границы, но и части тел неощутимы». Великий художник отметил, что отдаление предмета от глаза наблюдателя связано с изменением цвета предмета. Поэтому для передачи глубины пространства в картине ближайшие предметы должны быть изображены художником в их собственных цветах, удаленные приобретают синеватый оттенок, «…а самые последние предметы, в нем видимые, как, например, горы вследствие большого количества воздуха, находящегося между твоим глазом и горою, кажутся синими, почти цвета воздуха…».
• Воздушная перспектива зависит от влажности и запылённости воздуха и ярко выражена во время тумана, на рассвете над водоёмом, в пустыне или степи во время ветреной погоды, когда поднимается пыль.
• 1.1.4 Аккомодация
• Аккомодация (от лат. accommodatio -- приспособление, приноровление) -- приспособление органа либо организма в целом к изменению внешних условий (значение близко к термину «адаптация»).
• Чаще всего термин применяется при описании изменений преломляющей силы оптической системы глаза для ясного восприятия объектов, расположенных на разном расстоянии. Объём аккомодации описывает пределы возможности изменения преломляющей силы оптической системы глаза для восприятия объектов, расположенных на разном расстоянии. Определяется по методу Дашевского А.Н. (при помощи отрицательных линз), а также на приборах ДКА и ПОРЗ.
• Аккомодация физиологическая -- аккомодация возбудимых тканей (мышечной, нервной), приспособление к действию медленно нарастающего по силе раздражения. Аккомодация гистологическая -- изменение формы и соотношения тканевых элементов (клеток) в процессе приспособления к изменившимся условиям.
• У птиц и млекопитающих обеспечивается изменением кривизны хрусталика под действием цилиарной мышцы, а у рыб, земноводных и головоногих -- за счёт перемещения хрусталика относительно сетчатки. Рептилии могут использовать оба механизма аккомодации. Теоретическое обоснование аккомодации глаза дали английский физик Томас Юнг (1793) и немецкий физиолог Гельмгольц (1853).
• У человека посредством аккомодации обеспечивается точная подстройка в пределах 5 диоптрий. При чётком зрении на каждом конкретном расстоянии объём аккомодации делится на две части: израсходованную и оставшуюся в запасе (резерв).
• 1.1.5 Окклюзия (экранирование)
• Окклюзия (закрывание одного из глаз) - основной метод лечения амблиопии (функционального понижения остроты зрения) и косоглазия.
• Цель окклюзии при амблиопии - заставить работать плохо видящий глаз и исключить влияние на него закрытого глаза, который подавляет его зрительные впечатления, особенно если этот закрытый глаз видит лучше.
• 1.2 Бинокулярные компоненты стереовосприятия
• 1.2.1 Стереопсис
• Стереопсис (стерео-эффект) -- ощущение протяжённости пространства и рельефности, возникающие при наблюдении реальных объектов, рассматривании стереопар, стереофотографий, стереоизображений и голограмм. Часто упомянается как «восприятие глубины».
• Как известно, изображение видимое левым глазом слегка отличается от изображения, получаемого правым глазом. Благодаря чему наш мозг в состоянии восстановить «глубину» наблюдаемой сцены. Однако как именно он это делает, да и как это вообще возможно знают далеко не многие.
• В 1838 году, английский ученый CharlesWheatstone открыл (точнее объяснил) природу 3х-мерного зрения.
• Если представить оптическую систему человека из двух глаз с более или менее параллельными оптическими осями (parallax), то оказывается что различие в изображениях (disparity) как раз оределяется глубиной. Если быть точнее, диспарити (или диспаратность) обратно пропорциональна глубине (расстоянию), т.е. например бесконечно удаленная точка будет проецироваться одинаково на обе сетчатки (диспарити=0), а близко-лежащая точка будет проецироваться в совсем разные места сетчаток (большой диспарити).
• 1.2.2 Конвергенция глаз
• Конвергенция глаз -- сведение зрительных осей обоих глаз при фиксации взгляда на близко расположенных предметах. При этом происходит сужение зрачка. Конвергенция глаз осуществляется рефлекторно в процессе бинокулярного зрения.
• Недостаточность конвергенции глаз приводит к развитию расходящегося косоглазия. У детей, страдающих дальнозоркостью, если они не пользовались корригирующими очками, легко развивается спазм конвергенции глаз, приводящий к появлению сходящегося косоглазия.
• 1.3 Способы имитации стереоэффекта
• Стереоэффект - ощущение объёмности, пространственного расположения (видимых предметов, источников звука)
• В зрительном восприятии стереоэффект - ощущение протяжённости пространства и рельефности объектов, возникающие благодаря стереоскопическому зрению, при наблюдении реальных объектов двумя глазами, а также при рассматривании стереофотографий - стереопар с помощью стереоскопа, растровых стереоизображений, голограмм, стереограмм и других искусственных изображений.
• Ощущение стереоэффекта можно имитировать, например создав частичный аналог естественного объекта, точки которого расположены в пространственной системе координат X,Y,Z или отображаются при помощи стреогеометрии на рисунке, чертеже, стереофотографии. Видимые точки предмета рассматриваются двумя глазами одновременно, причём некоторые из них могут быть видимы лишь одним из глаз. Например, скульптура -- пример объёмного представления объекта. Для получения объёмного изображения необходимо его рассматривать с нескольких сторон. При рассмотрении предмета с одной стороны (при обычном фотографировании) мы проецируем все точки предмета на одну плоскость, где получаемое изображение плоское.
• Эту задачу природа решила, наделив некоторых животных и человека бинокулярным зрением. База между глазами человека равна в среднем 64 мм (50-70мм).Рассматривая предметы двумя глазами мы видим предметы объёмно как в статике, так и при движении.
• 2. Роль стереоскопического зрения в жизни
• Жизнь животных и человека во многом зависит от зрения, особенно бинокулярно-стереоскопического. Главная его функция -- ориентация в пространстве. Благодаря возможности видеть окружающий нас мир объёмно, мы лучше ориентируемся в нём. Более того, жизнь человека станет намного сложнее, если он потеряет восприятие глубины пространства. Не только в дикой природе -- в спортивной деятельности нам помогает стереоскопическое зрение: например, без ориентации в пространстве немыслимы выступления гимнастов на бревне, на брусьях и др., легкоатлетов прыгунов с шестом, в высоту и т. д.
• Бинокулярный микроскоп (вид микроскопа для наблюдения объёмного увеличенного изображения малых объектов) позволяет рассмотреть все детали строения насекомых, образцы минералов, детали устройства микросхем. Нейрохирург не может провести сложную операцию без стереоаппаратуры, с помощью которой он видит свой инструмент, пространственное расположение оперируемых нервных стволов и строение окружающих тканей.
• 3. Технические приёмы для создания искусственных стереоизображений
• Бесконечно разнообразные сферы использования оптических изображений в науке, технике и в быту требуют таких методов создания и воспроизведения образов, которые позволяют получить максимальное приближение к реальности.
• Стереоизображение может быть получено с помощью технических систем и устройств, использующих принцип бинокулярного зрения -- оптических систем, обеспечивающих раздельное поле зрения для каждого глаза. При этом рассматриваемые отдельные изображения (стереопары) попадают на сетчатки глаз раздельно, и сливаются в одно объёмное изображение в коре головного мозга человека.
• Одним из первых устройств был стереоскоп, создание которого было естественным следствием развития фотографии.
• Позже появились очки-анаглифы, обеспечивающие получение объёмного изображения по упрощённой схеме; правда качество таких иллюстраций довольно невысокое, их нельзя делать многоцветными и, кроме того, просмотр анаглифов утомляет глаза.
• Линзово-растровая стереоскопия нашла применение в производстве открыток и значков.
• В конце ХХ века большие надежды возлагались на голограммы, как на способ воспроизведения объёмных изображений, однако их применение на практике в настоящее время невелико.
• Стереоскопия (от греч. stereos… -- твёрдый, объёмный, пространственный; + греч. …skopeo -- смотрю, рассматриваю, наблюдаю) -- способ получения стереоизображений, при котором обеспечивается условия одновременного рассмотрения объекта двумя глазами, иммитирующие естественное бинокулярное зрение.
• Стереоскопическое изображение в технике и кинематографии нередко называют 3D-изображением, от англ. словосочетания 3-Dimensions - «трехмерный». Стереоизображение может быть реализовано также в объёме прозрачных материалов, в виде голограмм и др. методами.
• Стереоскопическое зрение обеспечивает человеку наилучшее восприятие структуры объекта, пространственного расположения отдельных его элементов. Стереоизображение может быть записано в виде стереопар, стереофильмов, стереотелевидения или стереоскопических компьютерных игр, и т. п.. Устройства для просмотра стереизображений -- стереоскопы, стереокинотеатры, компьютерные программы (VRML) и др..
• В последние годы стереоскопия становится востребованным незаменимым методом в науке, в прикладных областях - электронике, медицине. С помощью обычной сканирующей микроскопии, оптической микроскопии и др. можно получить «плоские» изображения объектов исследования, которые, однако, в ряде случаев не позволялют оценить рельеф объекта с достаточной ясностью. Последние достижения в электронике, в области нанотехнологий, в создании светочувствительных материалов -- фотосенсоров, систем АЦП позволяют получать стереоскопическое изображение (которое затем может быть выведено на монитор или на фотопечать, сохранено в памяти компьютера или передано системой телевидеокоммуникации в виде трехмерного образа -- 3D).
• В целом стереоскопия делится на разделы:
• · Стереофотография
• · Стереофотопечать
• Средства для реализации стереоскопического изображения

· Зеркальные, Оптические (изобретенные Чарльзом Уитстоном в 1837 г).

· Растровые,

· Линзово-растровые,

· Анаглифные,

· Стерефотографические,

· Стереомикроскопические,

· Стереорентгенографические,

· Компютерные с применением форматов файла VRML (Vir-tualRealituModelingLanguage) -- форматов файлов для показа на мониторе трёхмерных объектов 3D-дисплеев,

· Голографические и др.

История создания стереоскопии.

В 1837 году Уитстон, Чарльз изобрёл первый оптический стереоскоп, изготовленный в Англии примерно в 1850 году, содержащий два окуляра (с базовым расстоянием меду ними 65 мм).

В 1883 году был создан первый зеркальный стереоскоп. Его создатель также Чарльз Уитстон (Через три года, в 1886 году Даггером впервые создана первая фотография). Его конструкция не содержит оптических систем типа окуляров и состоит из двух зеркал. Глаза наблюдателя посредством этих зеркал видят раздельно и одновременно два изображения стереопары. Ход лучей создаёт раздельное рассмотрение каждого изображения и создаёт мнимое объёмное изображение в плоскости. За последние более 100 лет создано множество стереоприборов, включая микроскопы, дающие возможность рассматривать стереофотоизображения. В 1896 году впервые способ сепарации стереоизображений без очков открыл Бертье. При помощи оптической растровой решётки, выполненной на плоско-параллельном стекле, получена возможность без очков рассматривать одну стереопару в одной плоскости под определённым углом.

В 1908 году создан Линзовый растр -- создатель -- профессор Парижского университета Габриель ИонасЛиппман (1845-1921). Совершенная оптическая система линзовый растр обеспечивает рассмотрение стереопары, стереофотографии, стереоизображения. Их получают на базе разных материалов (стекло, пластмасса, металл на поверхности которых нанесен фотоэмульсирнный слой или флюорэсцентое покрытие (оптических стекол мониторов телевидения) и которые рассматриваются с очками и без очков под разными углами.

В 1929 году SetonRochwite начал проектировать и изготавливать собственные стереофотоаппараты, а в 1940 году он создал первый опытный образец. Компания DavidWhite Милуоки приняла проект и в 1947 году успешно начала серийное производство стереофотоаппаратов «StereoRealist» СетонаРохвите.

К концу 1960-ых годов из-за сложности рассматривания стереоизображений к стереофотографи упал интерес и она быстро стала терять позиции. Производство стереофотоаппаратов прекратилось.

Анаглифная стереофотография.

Анаглиф -- изображение, созданное с целью получения стереоэффекта с помощью совмещённой при типографской печати стереопары, созданной двумя монохромными цветными изображениями (обычно -- красным и голубым). Для просмотра стереоизображений, предназначенных для левого и правого глаза, используют очки, одно из «стёкол» которых представляет собой голубой, а второе -- красный светофильтр.

Стереофотография.

Cтереофотография спустя более 40 лет начала возрождаться. Это связано с быстрым развитием цифровой фотографии, которая приходит на смену аналоговой с применением фотоплёнки. Стереофотография находит широкое применением в микроскопии, лабораториях при исследованиях, в медицине при диагностике заболеваний и лечении в медицине, космосе, военной технике и т.д.

Стереофотоаппарат.

Появление цифровых и плёночных стереофотоаппаратов в серийном производстве вызвано возросшим спросом на рынке.

В 2008 году появился Стереофотоаппарат от FujifilmCellNews. Стереоскопический фотоаппарат по своей конструкции ничем не отличается от обычных. Два объектива с базовым расстоянием как у всех предшественников, но вместо фотоплёнки применены фотосенсоры.

Компания 3D World(Китай) выпустила серийный стереофотоаппарат TL120-1, работающий на среднеформатной плёнке формата 120. Он позволяет вести съёмки в двух режимах. Это стереосъёмка и съёмка в режиме одним фотообъективом.

Стереофотоизображение -- воспринимаемое бинокулярным зрением стереоизображение, материальным носителем которого является электромагнитное излучение или свет. Лучи света при прохождении через оптическую систему (глаза, фотоаппарата...) образуют определённым образом трансформированное стереоизображение в воспринимающей структуре (на сетчатке, на экране, фотоматериале, фотосенсоре и др.) в соответствии с законами перспективы.

Растровая стереофотография.

Растровая стереофотрафия, в настоящее время, используется в основном при стереофотопечати с использованием линзового растра. Она применяется при стереофопечати и участвует в кодировании стереофотоизображений при экспонировании на фотоматериал изображений стереопар и приклейке линзовых растров на поверхность этих фотографий после сушки.

Кодирование -- это способ нанесения узких вертикальных полосок.

Одна пара полосок кодирует одну стереопару стереоизображения и называется параллакс стереограммой.

Кодирование изображений, где много стереопар, называют параллакс-панорамограммой.

Сущность обычного способа:

Стереофотопечать производится в последовательности действий -- это:

· Установка стереонегативов в 2-х объективный фотоувеличитель;

· Наводка на резкость каждого из 2-х объективов до получения резких изображений в расчётном масштабе;

· Совмещение 2-х изображений в плоскости фотоматериалов;

· Одновременное экспонирование кадров стереопары через линзово-растровую пластинку (линзовый растр)!;

· Химобработка фотоматериалов;

После сушки фотоматериала производится наложение линзового растра на полученную закодированную фотографию с юстировкой положения линзовых элементов до получения чёткого стереоизображения с одновременным закреплением специальным оптически прозрачным клеем.

Сущность более совершенного способа:

Кодирование производится с применением плоского оптического растра. При этом, экспонирование ведётся в два приёма. Первый любой кадр экспонируется как обычно, поле чего смещается растр на шаг l=p/2. Затем экспонируется 2-й кадр. Всё остальное тоже самое. Данный способ отличается тем, что не требуется расчётов настроек форматов кадра и самое главное, не возникает муара из-за толщины линзового растра при кодировании. Оптический растр точно расположен в плоскости светочувствительного слоя фотоматериала.

Псевдостереоскопия.

Технология GIF-анимации позволяет создать ощущение объёма даже при монокулярном зрении.

Похожий механизм восприятия объёма реализует и природа -- например, куры идут, постоянно покачивая головой вперёд-назад, что обеспечивает им высококачественное зрительное стереовосприятие для каждого глаза (хотя поля зрения их глаз перекрываются очень мало). Это позволяет выделить мелких насекомых в траве, зёрна, и другой корм.

Восприятие объёма может быть получено не только с помощью одновременного рассматривания объекта или изображения двумя глазами одновременно, но и путём достаточно быстрой смены изображений в одном канале изображения (при монокулярном зрении).

Аналогичный метод предложен и для «псевдостереотелевидения» -- путём создания анаглифического изображения для движущихся, динамических объектов.

Вместо одновременного рассматривания изображения, видеосигнал расщепляется по двум цветовым каналам (обычно -- красный и голубой, с применением соответствующих очков). Динамическое плоское цветное монокулярное изображение обрабатывается таким образом, что на один глаз (например, красный канал) подаётся неизменный видеосигнал, а на второй (голубой канал) -- подают сигнал с небольшой временной задержкой, от изменившейся динамической сцены. За счёт движения объектов в сцене, человеческий мозг получает «объёмное изображение» (но только если объекты переднего плана либо смещаются, либо поворачиваются). Недостатком данного метода является ограниченность типа сцен, в которых может возникнуть стереоэффект, а также заметная потеря качества цветной картинки (каждый глаз получает почти монохроматическое цветное изображение).

Ещё один метод получения псевдостереоизображения -- использование нервных задержек зрительного аппарата. Тёмное изображение воспринимается глазом несколько медленнее, чем светлое. Если прищурить один глаз (или смотреть через тёмное стекло) -- «запаздывающее» предыдущее изображение видеоряда наложится на текущее изображение, воспринимаемое другим глазом. Если камера движется параллельно плоскости кадра («съёмка из окна поезда») -- «затемнённый» глаз будет воспринимать видеоряд со своего ракурса, а второй -- с близкой точки, что порождает неожиданно сильный стереоэффект. Практического применения не имеет из-за ограниченности возможных ракурсов, но лёгок в экспериментальном получении -- достаточно мобильного телефона с камерой, электрички и прищуренного глаза.

Размещено на Allbest.ur

Подобные документы

Проводящие пути зрительного анализатора. Глаз человека, стереоскопическое зрение. Аномалии развития хрусталика и роговицы. Пороки развития сетчатки. Патология проводникового отдела зрительного анализатора (Колобома). Воспаление зрительного нерва.

курсовая работа , добавлен 05.03.2015


Из всех чувств человека зрение всегда признавалось наилучшим даром природы. Глаз человека - это прибор для приема и переработки световой информации. Анатомическое и физиологическое строение органа зрения. Наиболее распространенные заболевания глаз.

реферат , добавлен 09.07.2008


Острые нарушения зрения. Снижение или полная потеря зрения, возникновение пелены перед глазами (затуманивание зрения), двоение или искривление предметов, выпадение из поле зрения. Внутриглазные инородные тела. Поражение глаз ядовитыми насекомыми.

доклад , добавлен 23.07.2009


Возможность стереоскопического зрения человека. Механизм и основные условия для бинокулярного зрения. Определение расстояния между предметами. Способность к бифовеальному слиянию. Косоглазие, гетерофория и страбизм. Хирургическое лечение косоглазия.

презентация , добавлен 18.10.2015


Строение человеческого глаза и его защитные системы. Причины нарушения функций органа зрения человека и их профилактика. Комплекс упражнений гимнастики для глаз. Наиболее распространённые заболевания: близорукость, глаукома, катаракта, конъюнктивит.

презентация , добавлен 25.12.2014


Обобщение видов ранения органов зрения. Клиническая картина, осложнения и методы лечения ранения век, глазницы, глазного яблока. Непроникающие ранения роговицы и склеры. Проникающее ранение с выпадением радужки и цилиарного тела. Контузии органа зрения.

презентация , добавлен 06.12.2012


Сущность понятия "зрение". Заболевания глаз: катаракта, глаукома, дальнозоркость, близорукость. Методика М. Корбетта, её основные принципы. Упражнения для глаз при работе за компьютером. Строение органов слуха. Наружный, средний и внутренний отит.

реферат , добавлен 07.12.2014


Распространенные причины заболеваний глаз у детей. Возможные нарушения зрения у детей и методы их диагностики. Профилактика заболеваний и упражнения для глаз. Скиаскопия (теневая проба). Близорукость, аномалии рефракции глаза. Полезные для глаз запреты.

курсовая работа , добавлен 23.03.2015


Глаз и его функции. Влияние кривизны роговицы – основной фокусирующей ткани – на остроту зрения. Острота зрения и практическая слепота. Аномалии рефракции: дальнозоркость, близорукость, астигматизм. Роль физической культуры в предупреждении миопии.

презентация , добавлен 19.06.2014


Строение и функции глаза. Дефекты зрения и заболевания глаз: близорукость (миопия), дальнозоркость, пресбиопия (возрастная дальнозоркость), астигматизм, катаракта, глаукома, косоглазие, кератоконус, амблиопия. Заболевания сетчатки: отслойка и дистрофия.

30-09-2011, 10:29

Описание

Мозолистое тело представляет собой мощный пучок миелинизированных волокон, соединяющих два полушария мозга. Стереоскопическое зрение (стереопсис) - это способность воспринимать глубину пространства и оценивать удаленность предметов от глаз. Эти две вещи не особенно тесно связаны друг с другом, однако известно, что небольшая часть волокон мозолистого тела все же играет некоторую роль в стереопсисе. Оказалось удобным включить обе эти темы в одну главу, так как при их рассмотрении придется учитывать одну и ту же особенность устройства зрительной системы, а именно то, что в хиазме имеются как перекрещенные, так и неперекрещенные волокна зрительного нерва.

Мозолистое тело

Мозолистое тело (по-латыни corpus callosum) - это самый крупный пучок нервных волокон во всей нервной системе. По приближенной оценке в нем насчитывается около 200 млн. аксонов. Истинное число волокон, вероятно, еще больше, так как приведенная оценка основана на данных обычной световой, а не электронной микроскопии.

Это число несравнимо с числом волокон в каждом зрительном нерве (1,5 млн.) и в слуховом нерве (32 000). Площадь поперечного сечения мозолистого тела составляет около 700 мм в квадрате, тогда как у зрительного нерва она не превышает нескольких квадратных миллиметров. Мозолистое тело вместе с тонким пучком волокон, называемым передней комиссурой , соединяет два полушария мозга (рис. 98 и 99).

Термин комиссура означает совокупность волокон, соединяющих две гомологичные нервные структуры, расположенные в левой и правой половинах головного или спинного мозга. Мозолистое тело тоже иногда называют большой комиссурой мозга.

Примерно до 1950 года роль мозолистого тела была совершенно неизвестна. В редких случаях наблюдается врожденное отсутствие (аплазия ) мозолистого тела. Это образование может также быть частично или полностью перерезано во время нейрохирургической операции, что делается намеренно - в одних случаях при лечении эпилепсии (чтобы судорожный разряд, возникающий в одном полушарии мозга, не мог распространиться на другое полушарие), в других случаях для того, чтобы добраться сверху до глубоко расположенной опухоли (если, например, опухоль находится в гипофизе). По наблюдениям невропатологов и психиатров, после такого рода операций не возникает никаких расстройств психики. Кто-то даже высказал мысль (хотя вряд ли всерьез), что единственная функция мозолистого тела состоит в том, чтобы удерживать два полушария мозга вместе. Вплоть до 1950-х годов мало что было известно о деталях распределения связей в мозолистом теле. Очевидно было, что мозолистое тело соединяет два полушария, и на основании данных, полученных довольно грубыми нейрофизиологическими методами, считали, что в стриарной коре волокна мозолистого тела связывают в точности симметричные участки двух полушарий.

В 1955 году Рональд Майерс , аспирант психолога Роджера Сперри из Чикагского университета, впервые провел эксперимент, в котором удалось выявить некоторые функции этого огромного волокнистого тракта. Майерс занимался обучением кошек, помещенных в ящик с двумя поставленными рядом экранами, на которые можно было проецировать различные изображения, например круг на один экран и квадрат - на другой. Кошку обучали упираться носом в тот экран, на котором было изображение круга, и игнорировать другой - с изображением квадрата. Правильные ответы подкреплялись пищей, а за ошибочные ответы кошек слегка наказывали - включался громкий звонок, и кошку не грубо, но решительно оттаскивали от экрана. Таким методом за несколько тысяч повторений кошку удается довести до уровня надежного различения фигур. (Кошки обучаются медленно; например, голубям для обучения в аналогичной задаче требуется от нескольких десятков до нескольких сотен повторений, а человека вообще можно научить сразу, дав ему словесную инструкцию. Такая разница кажется несколько странной - ведь у кошки головной мозг во много раз больше, чем у голубя.)

Нет ничего удивительного в том, что кошки Майерса научались ничем не хуже решать эту задачу и в том случае, когда один глаз животного был закрыт маской. Неудивительно и то, что если обучение такой задаче, как выбор треугольника или квадрата, проводилось лишь с одним открытым глазом - левым, а при проверке левый глаз закрывали и открывали правый, то точность различения оставалась прежней. Нас это не удивляет потому, что мы сами легко можем решить аналогичную задачу. Легкость решения подобных задач понятна, если учесть анатомию зрительной системы. Каждое полушарие получает входные сигналы от обоих глаз. Как мы уже говорили в статье , большая часть клеток в поле 17 тоже имеет входы от обоих глаз. Майерс создал более интересную ситуацию, произведя продольную перерезку хиазмы по средней линии. Таким образом, он перерезал перекрещивающиеся волокна и сохранил в целости неперекрещивающиеся (эта операция требует от хирурга определенного навыка). В результате такой перерезки левый глаз животного оказался соединен только с левым полушарием, а правый - только с правым.

Идея эксперимента заключалась в том, чтобы обучать кошку, используя левый глаз, а на «экзамене» адресовать стимул правому глазу. Если кошка сможет правильно решать задачу, то это будет означать, что необходимая информация передается из левого полушария в правое по единственному известному пути - через мозолистое тело. Итак, Майерс произвел продольную перерезку хиазмы, обучил кошку с одним открытым глазом, а затем устроил проверку, открыв другой глаз и закрыв первый. В этих условиях кошки по-прежнему успешно решали задачу. Наконец, Майерс повторил эксперимент на животных, у которых предварительно были перерезаны и хиазма, и мозолистое тело. На этот раз кошки задачу не решили. Таким образом, Майерс опытным путем установил, что мозолистое тело действительно выполняет какие-то функции (хотя вряд ли можно было думать, что оно существует только для того, чтобы отдельные люди или животные с перерезанной зрительной хиазмой могли решать определенные задачи с использованием одного глаза после обучения с использованием другого).

Изучение физиологии мозолистого тела

Одно из первых нейрофизиологических исследований в этой области было проведено спустя несколько лет после экспериментов Майерса Д. Уиттериджем, работавшим тогда в Эдинбурге. Уиттеридж рассудил, что нет особого смысла в том, чтобы пучки нервных волокон соединяли гомологичные зеркально-симметричные участки полей 17. Действительно, не видно никаких причин для того, чтобы нервная клетка в левом полушарии, связанная с какими-то точками в правой половине поля зрения, соединялась с клеткой в правом полушарии, связанной с симметричным участком левой половины поля зрения. Для проверки своих предположений Уиттеридж перерезал зрительный тракт на правой стороне мозга позади хиазмы и тем самым перекрыл входным сигналам путь в правую затылочную долю; но это, конечно, не исключало передачу туда сигналов из левой затылочной доли через мозолистое тело (рис. 100).

Затем Уиттеридж стал включать световой стимул и регистрировать металлическим электродом электрическую активность с поверхности коры. Он действительно получил в своем опыте ответы, однако они возникали только на внутренней границе поля 17, т. е. в зоне, получающей входные сигналы от длинной, узкой вертикальной полоски в середине поля зрения: при стимуляции маленькими пятнышками света ответы появлялись только тогда, когда свет вспыхивал на вертикальной средней линии или поблизости от нее. Если кору противоположного полушария охлаждали, тем самым временно подавляя ее функцию, ответы прекращались; к этому же приводило и охлаждение мозолистого тела. Тогда стало ясно, что мозолистое тело не может связывать всё поле 17 левого полушария со всем полем 17 правого полушария, а связывает только небольшие участки этих полей, где находятся проекции вертикальной линии в середине поля зрения.

Подобный результат можно было предвидеть исходя из ряда анатомических данных. Только один участок поля 17, расположенный очень близко к границе с полем 18, посылает аксоны через мозолистое тело в другое полушарие, и большая часть их, по-видимому, оканчивается в поле 18 около границы с полем 17. Если мы предположим, что входы в кору от НКТ точно соответствуют контралатеральным частям поля зрения (а именно левое полуполе отображается в коре правого полушария, а правое - в коре левого), то наличие связей между полушариями через мозолистое тело должно приводить в итоге к тому, что каждое полушарие будет получать сигналы от области несколько большей, чем половина поля зрения. Иными словами, за счет связей через мозолистое тело произойдет перекрывание полуполей, проецируемых в два полушария. Именно это мы и обнаружили. С помощью двух электродов, введенных в область коры у границы полей 17 и 18 в каждом из полушарий, нам нередко удавалось регистрировать активность клеток, рецептивные поля которых взаимно перекрывались на несколько угловых градусов.

Т. Визел и я вскоре произвели микроэлектродные отведения непосредственно от той зоны мозолистого тела (в самой задней его части), где имеются волокна, связанные со зрительной системой. Мы нашли, что почти все волокна, которые мы могли активировать зрительными стимулами, отвечали в точности так же, как и обычные нейроны поля 17, т. е. проявляли свойства как простых, так и сложных клеток, избирательно чувствительных к ориентации стимула и обычно отвечавших на стимуляцию обоих глаз. Во всех этих случаях рецептивные поля располагались очень близко к средней вертикали ниже или выше (либо на уровне) точки фиксации, как показано на рис. 101.

Пожалуй, наиболее изящной нейрофизиологической демонстрацией роли мозолистого тела стала работа Дж. Берлукки и Дж. Риццолатти из г. Пизы, выполненная в 1968 году. Перерезав зрительную хиазму по средней линии, они регистрировали ответы в поле 17 вблизи границы с полем 18, отыскивая те клетки, которые могли активироваться бинокулярно. Ясно, что любая бинокулярная клетка этой области в правом полушарии должна получать входные сигналы как прямо от правого глаза (через НКТ), так и от левого глаза и левого полушария через мозолистое тело. Как выяснилось, рецептивное поле каждой бинокулярной клетки захватывало среднюю вертикаль сетчатки, причем та его часть, которая относится к левой половине поля зрения, доставляла информацию от правого глаза, а та, которая заходит в правую половину, - от левого глаза. Другие свойства клеток, исследованные в этом эксперименте, включая ориентационную избирательность, оказались идентичными (рис. 102).

Полученные результаты ясно показали, что мозолистое тело связывает клетки друг с другом таким образом, чтобы их рецептивные поля могли заходить и вправо, и влево от средней вертикали. Таким образом, оно как бы склеивает две половины изображения окружающего мира. Чтобы лучше себе это представить, предположим, что изначально кора нашего мозга образовалась как одно целое, не разделенное на два полушария. В этом случае поле 17 имело бы вид одного непрерывного слоя, на который отображалось бы все зрительное поле. Тогда соседние клетки для реализации таких свойств как, например, чувствительность к движению и ориентационная избирательность, должны были бы иметь, разумеется, сложную систему взаимных связей. Теперь вообразим, что «конструктор» (будь то бог, или, скажем, естественный отбор) решил, что так дальше оставлять нельзя - отныне половина всех клеток должна образовать одно полушарие, а другая половина - другое полушарие.

Что тогда нужно сделать со всем множеством межклеточных связей, если две совокупности клеток должны теперь отодвинуться друг от друга?

По-видимому, можно просто растянуть эти связи, образовав из них часть мозолистого тела. Для того чтобы устранить задержку при передаче сигналов по такому длинному пути (у человека примерно 12-15 сантиметров), нужно увеличить скорость передачи, снабдив волокна миелиновой оболочкой. Разумеется, на самом деле ничего такого в процессе эволюции не происходило; задолго до того, как возникла кора, мозг уже имел два отдельных полушария.

Эксперимент Берлукки и Риццолатти, на мой взгляд, дал одно из наиболее ярких подтверждений удивительной специфичности нейронных связей. Клетка, показанная на рис. 108 (около кончика электрода) и, вероятно, миллион других подобных клеток, соединенных через мозолистое тело, приобретают свою ориентационную избирательность как за счет локальных связей с соседними клетками, так и за счет связей, идущих через мозолистое тело из другого полушария от клеток с такой же ориентационной чувствительностью и сходным расположением рецептивных полей (сказанное относится и к другим свойствам клеток, таким как дирекциональная специфичность, способность реагировать на концы линий, а также сложность).

Каждая из клеток зрительной коры, имеющих связи через мозолистое тело, должна получать входные сигналы от клеток другого полушария с точно такими же свойствами. Мы знаем множество фактов, указывающих на избирательность соединений в нервной системе, но я думаю, что данный пример - наиболее яркий и убедительный.

Рассмотренные выше аксоны клеток зрительной коры составляют лишь небольшую долю всех волокон мозолистого тела. На соматосенсорной коре проводились эксперименты с использованием аксонного транспорта, аналогичные описанным в предыдущих главах опытам с инъекцией радиоактивной аминокислоты в глаз. Их результаты показывают, что мозолистое тело таким же образом связывает те участки коры, которые активируются кожными и суставными рецепторами, расположенными вблизи средней линии тела на туловище и голове, но не связывает корковые проекции конечностей.

Каждая область коры соединяется с несколькими или даже многими другими областями коры того же полушария. Например, первичная зрительная кора связана с полем 18 (зрительной зоной 2), с медиальной височной областью (зоной МТ), со зрительной зоной 4 и еще с одной или двумя областями. Многие участки коры имеют также связи с несколькими областями другого полушария, осуществляемые через мозолистое тело, а в некоторых случаях - через переднюю комиссуру.

Поэтому мы можем рассматривать эти комиссуральные связи просто как особый вид кортико-кортикальных связей. Легко сообразить, что об этом свидетельствует такой простой пример: если я говорю вам, что моя левая рука ощущает холод или что я увидел что-то слева, то я формулирую слова, используя свои корковые речевые зоны, находящиеся в левом полушарии (сказанное, может быть, и не совсем верно, поскольку я левша); информация, поступающая от левой половины поля зрения или от левой руки, передается в мое правое полушарие; потом соответствующие сигналы должны быть переданы через мозолистое тело в речевую зону коры другого полушария, чтобы я мог сказать что-нибудь о своих ощущениях. В серии работ, начатых в начале 1960-х годов, Р. Сперри (сейчас он работает в Калифорнийском технологическом институте) и его сотрудники показали, что человек с перерезанным мозолистым телом (для лечения эпилепсии) теряет способность рассказывать о тех событиях, информация о которых попадает в правое полушарие. Работа с такими испытуемыми стала ценным источником новых сведений о различных функциях коры, включая мышление и сознание. Первые статьи об этом появились в журнале Brain; они чрезвычайно интересны, и их сможет без труда понять всякий, кто прочел настоящую книгу.

Стереоскопическое зрение

Механизм оценки удаленности, основанный на сравнении двух сетчаточных изображений, настолько надежен, что многие люди (если они не психологи и не специалисты по физиологии зрения) даже не подозревают о его существовании. Для того чтобы убедиться в важности этого механизма, попробуйте в течение нескольких минут вести автомобиль или велосипед, играть в теннис или прокатиться на лыжах, закрыв один глаз. Стереоскопы вышли из моды, и вы можете найти их только в антикварных магазинах. Однако большинство читателей смотрели стереоскопические фильмы (когда зрителю приходится надевать специальные очки). Принцип действия как стереоскопа, так и стереоскопических очков основан на использовании механизма стереопсиса.

Изображения на сетчатках двумерны , а между тем мы видим мир трехмерным. Очевидно, что как для человека, так и для животных важна способность определять расстояние до объектов. Точно так же восприятие трехмерной формы предметов означает оценку относительной глубины. Рассмотрим в качестве простого примера круглый предмет. Если он расположен наклонно по отношению к линии взора, его изображение на сетчатках будет эллиптическим, однако обычно мы без труда воспринимаем такой предмет как круглый. Для этого необходима способность к восприятию глубины.

Человек обладает многими механизмами оценки глубины. Некоторые из них столь очевидны, что вряд ли заслуживают упоминания. Тем не менее я их упомяну. Если приблизительно известна величина объекта, например в случае таких объектов, как человек, дерево или кошка, то можно оценить расстояние до него (правда, есть риск ошибиться, если мы столкнемся с карликом, карликовым деревом или львом). Если один предмет расположен впереди другого и частично его заслоняет, то мы воспринимаем передний объект как расположенный ближе. Если взять проекцию параллельных линий, например железнодорожных рельсов, уходящих вдаль, то в проекции они будут сближаться. Это пример перспективы - весьма эффективного показателя глубины.

Выпуклый участок стены кажется более светлым в верхней своей части, если источник света расположен выше (обычно источники света и находятся вверху), а углубление в ее поверхности, если оно освещается сверху, кажется в верхней части более темным. Если же источник света поместить внизу, то выпуклость будет выглядеть как углубление, а углубление - как выпуклость. Важным признаком удаленности служит параллакс движения - кажущееся относительное смещение близких и более далеких предметов, если наблюдатель будет двигать головой влево и вправо или вверх и вниз. Если какой-то твердый предмет поворачивается, пусть даже на небольшой угол, то сразу же выявляется его трехмерная форма. Если мы фокусируем хрусталик нашего глаза на близко расположенном предмете, то более удаленный предмет будет не в фокусе; таким образом, меняя форму хрусталика, т. е. изменяя аккомодацию глаза, мы получаем возможность оценивать удаленность предметов.

Если изменять относительное направление осей обоих глаз, сводя их или разводя (осуществляя конвергенцию или дивергенцию), то можно свести вместе два изображения предмета и удерживать их в этом положении. Таким образом, управляя либо хрусталиком, либо положением глаз, можно оценить удаленность объекта. На этих принципах основаны конструкции ряда дальномеров. За исключением конвергенции и дивергенции, все остальные показатели удаленности, перечисленные до сих пор, являются монокулярными. Наиболее важный механизм восприятия глубины - стереопсис - зависит от совместного использования двух глаз.

При рассматривании любой трехмерной сцены два глаза формируют несколько различные изображения на сетчатке. Вы легко можете в этом убедиться, если будете смотреть прямо вперед и быстро перемещать голову из стороны в сторону примерно на 10 см или же быстро закрывать поочередно то один, то другой глаз. Если перед вами плоский объект, вы не заметите особой разницы. Однако, если сцена включает предметы на разном расстоянии от вас, вы заметите существенные изменения в картине. В процессе стереопсиса мозг сравнивает изображения одной и той же сцены на двух сетчатках и с большой точностью оценивает относительную глубину.

Предположим, наблюдатель фиксирует взором некоторую точку Р. Это утверждение эквивалентно тому, как если мы скажем: глаза направляются таким образом, чтобы изображения точки оказались в центральных ямках обоих глаз (F на рис. 103).

Предположим теперь, что Q - это другая точка пространства, которая кажется наблюдателю расположенной на такой же глубине, что и Р. Пусть Qlh Qr - изображения точки Q на сетчатках левого и правого глаза. В этом случае точки QL и QR называют корреспондирующими точками двух сетчаток. Очевидно, что две точки, совпадающие с центральными ямками сетчаток, будут корреспондирующими. Из геометрических соображений ясно также, что точка Q", оцениваемая наблюдателем как расположенная ближе, чем Q, будет давать на сетчатках две проекции - и Q"R - в некорреспондирующих точках, расположенных дальше друг от друга, чем в том случае, если бы эти точки были корреспондирующими (эта ситуация изображена в правой части рисунка). Точно так же, если рассматривать точку, расположенную дальше от наблюдателя, то окажется, что ее проекции на сетчатках будут расположены ближе друг к другу, чем корреспондирующие точки.

То, что сказано выше о корреспондирующих точках, - это частично определения, а частично утверждения, вытекающие из геометрических соображений. При рассмотрении этого вопроса учитывается также психофизиология восприятия, поскольку наблюдатель субъективно оценивает, дальше или ближе точки Р расположен объект. Введем еще одно определение. Все точки, которые, подобно точке Q (и, конечно, точке Р), воспринимаются как равноудаленные, лежат на гороптере - поверхности, проходящей через точки Р и Q, форма которой отличается как от плоскости, так и от сферы и зависит от нашей способности оценивать удаленность, т. е. от нашего мозга. Расстояния от центральной ямки F до проекций точки Q (QL и QR) близки, но не равны. Если бы они всегда были равны, то линия пересечения гороптера с горизонтальной плоскостью представляла бы собой круг.

Предположим теперь, что мы фиксируем взглядом некоторую точку в пространстве и что в этом пространстве расположены два точечных источника света, которые дают проекцию на каждой сетчатке в виде световой точки, причем эти точки - не корреспондирующие: расстояние между ними несколько больше, чем между корреспондирующими точками. Любое такое отклонение от положения корреспондирующих точек мы будем называть диспаратностью . Если это отклонение в горизонтальном направлении не превышает 2° (0,6 мм на сетчатке), а по вертикали не больше нескольких угловых минут, то мы будем зрительно воспринимать одиночную точку в пространстве, расположенную ближе, чем та, которую мы фиксируем. Если же расстояния между проекциями точки будут не больше, а меньше, чем между корреспондирующими точками, то данная точка будет казаться расположенной дальше, чем точка фиксации. Наконец, в том случае, если вертикальное отклонение будет превышать несколько угловых минут или же горизонтальное будет больше 2°, то мы увидим две отдельные точки, которые, возможно, покажутся расположенными дальше или ближе точки фиксации. Эти экспериментальные результаты иллюстрируют основной принцип стереовосприятия, впервые сформулированный в 1838 году сэром Ч. Уитстоном (который также изобрел прибор, известный в электротехнике как «мостик Уитстона»).

Кажется почти невероятным, что до этого открытия ни один человек, по-видимому, не отдавал себе отчета в том, что наличие едва заметных различий в изображениях, проецируемых на сетчатки двух глаз, может приводить к отчетливому впечатлению глубины. Такой стереоэффект может продемонстрировать за несколько минут любой человек, способный произвольно сводить или разводить оси своих глаз, или же тот, у кого есть карандаш, кусок бумаги и несколько небольших зеркал или призм. Непонятно, как прошли мимо этого открытия Евклид, Архимед и Ньютон. В своей статье Уитстон отмечает, что Леонардо да Винчи был очень близок к открытию этого принципа. Леонардо указывал, что шар, расположенный перед какой-либо пространственной сценой, виден каждым глазом по-разному - левым глазом мы немного дальше видим его левую сторону, а правым глазом - правую. Далее Уитстон отмечает, что если бы вместо шара Леонардо выбрал куб, то он, безусловно, заметил бы, что его проекции для разных глаз различны. После этого он мог бы, как и Уитстон, заинтересоваться тем, что будет, если специально спроецировать два подобных изображения на сетчатки двух глаз.

Важным физиологическим фактом является то, что ощущение глубины (т. е. возможность «непосредственно» видеть, дальше или ближе точки фиксации расположен тот или иной объект) возникает в тех случаях, когда два сетчаточных изображения несколько смещены относительно друг друга в горизонтальном направлении - раздвинуты или, наоборот, сближены (если только это смещение не превышает примерно 2°, а вертикальное смещение близко к нулю). Это, разумеется, соответствует геометрическим соотношениям: если по отношению к некоторой точке отсчета расстояния объект расположен ближе или дальше, то его проекции на сетчатках будут раздвинуты или сближены по горизонтали, тогда как существенного вертикального смещения изображений не произойдет.

На этом и основано действие стереоскопа, изобретенного Уитстоном. Стереоскоп в течение примерно полувека был настолько популярен, что имелся чуть ли не в каждом доме. Тот же принцип лежит в основе и стереокино, которое мы сейчас смотрим, используя для этого специальные поляроидные очки. В первоначальной конструкции стереоскопа наблюдатель рассматривал два изображения, помещенные в ящик, с помощью двух зеркал, которые были расположены таким образом, что каждый глаз видел только одно изображение. Для удобства теперь часто используют призмы и фокусирующие линзы. Два изображения идентичны во всем, кроме небольших горизонтальных смещений, которые и создают впечатление глубины. Любой может изготовить фотографию, пригодную для использования в стереоскопе, если выберет какой-либо неподвижный объект (или сцену), сделает снимок, а затем сдвинет фотоаппарат на 5 сантиметров вправо или влево и сделает второй снимок.

Не все обладают способностью воспринимать глубину с помощью стереоскопа. Вы сами можете легко проверить свой стереопсис, если воспользуетесь стереопарами, приведенными на рис. 105 и 106.

Если у вас есть стереоскоп, вы можете сделать копии изображенных здесь стереопар и вставить их в стереоскоп. Вы можете также поместить тонкий кусок картона перпендикулярно между двумя изображениями из одной стереопары и попытаться смотреть каждым глазом на свое изображение, установив глаза параллельно, как если бы вы смотрели вдаль. Можно также научиться сводить и разводить глаза с помощью пальца, поместив его между глазами и стереопарой и передвигая вперед или назад, пока изображения не сольются, после чего (это самое трудное) вы сможете рассматривать слитое изображение, стараясь, чтобы оно не разделилось на два. Если у вас это получится, то кажущиеся отношения глубины будут противоположны тем, которые воспринимаются при использовании стереоскопа.

Даже если вам не удастся повторить опыт с восприятием глубины - из-за того ли, что у вас нет стереоскопа, или потому, что вы не можете произвольно сводить и разводить оси глаз, - вы все-таки сможете понять суть дела, хотя не получите удовольствия от стереоэффекта.

В верхней стереопаре на рис. 105 в двух квадратных рамках имеется по небольшому кружку, один из которых смещен немного влево от центра, а другой - немного вправо. Если рассматривать эту стереопару двумя глазами, используя стереоскоп или иной метод совмещения изображений, то вы увидите кружок не в плоскости листа, а впереди него на расстоянии около 2,5 см. Если так же рассматривать нижнюю стереопару на рис. 105, то кружок будет виден позади плоскости листа. Вы воспринимаете положение кружка таким образом потому, что на сетчатки ваших глаз попадает в точности такая же информация, как если бы кружок действительно находился впереди или позади плоскости рамки.

В 1960 году Бела Юлеш из фирмы Bell Telephone Laboratories придумал весьма полезную и изящную методику для демонстрации стереоэффекта. Изображение, представленное на рис. 107, на первый взгляд кажется однородной случайной мозаикой из маленьких треугольничков.

Так оно и есть, за исключением того, что в центральной части имеется скрытый треугольник большего размера. Если вы будете рассматривать это изображение с помощью двух кусочков цветного целлофана, помещенных перед глазами, - красного перед одним глазом и зеленого перед другим, то вы должны увидеть в центре треугольник, выступающий из плоскости листа вперед, как в предыдущем случае с маленьким кружком на стереопарах. (Быть может, в первый раз вам придется смотреть минуту или около этого, пока не возникнет стереоэффект.) Если поменять куски целлофана местами, произойдет инверсия глубины. Ценность этих стереопар Юлеша заключается в том, что если у вас нарушено стереовосприятие, то вы не увидите треугольника впереди или позади окружающего фона.

Подводя итоги, можно сказать, что наша способность ощущать стереоэффект зависит от пяти условий:

1. Имеется много косвенных признаков глубины - частичное заслонение одних предметов другими, параллакс движения, вращение предмета, относительные размеры, отбрасывание теней, перспектива. Однако наиболее мощным механизмом является стереопсис.

2. Если мы фиксируем взглядом какую-то точку в пространстве, то проекции этой точки попадают в центральные ямки обеих сетчаток. Любая точка, которая оценивается как расположенная на том же расстоянии от глаз, что и точка фиксации, образует две проекции в корреспондирующих точках сетчаток.

3. Стереоэффект определяется простым геометрическим фактом - если некоторый объект находится ближе точки фиксации, то две его проекции на сетчатках оказываются дальше друг от друга, чем корреспондирующие точки.

4. Главный вывод, основанный на результатах экспериментов с испытуемыми, заключается в следующем: объект, проекции которого на сетчатках правого и левого глаза попадают на корреспондирующие точки, воспринимается как расположенный на том же расстоянии от глаз, что и точка фиксации; если проекции этого объекта раздвинуты по сравнению с корреспондирующими точками, объект кажется расположенным ближе точки фиксации; если же они, наоборот, сближены, объект кажется расположенным дальше точки фиксации.

5. При горизонтальном смещении проекций больше чем на 2° или вертикальном смещении больше нескольких угловых минут возникает двоение.

Физиология стереоскопического зрения

Если мы хотим знать, каковы мозговые механизмы стереопсиса, то проще всего начать с вопроса: существуют ли нейроны, реакции которых специфически определяются относительным горизонтальным смещением изображений на сетчатках двух глаз? Посмотрим сначала, как отвечают клетки нижних уровней зрительной системы при одновременной стимуляции обоих глаз. Мы должны начать с нейронов поля 17 или более высокого уровня, поскольку ганглиозные клетки сетчатки явно монокулярные, а клетки наружного коленчатого тела, в котором входы от правого и левого глаз распределены по разным слоям, тоже можно считать монокулярными - они отвечают на стимуляцию либо одного глаза, либо другого, но не обоих одновременно. В поле 17 примерно половину нейронов составляют бинокулярные клетки, отвечающие на стимуляцию обоих глаз.

При тщательном тестировании выясняется, что ответы этих клеток, по-видимому, мало зависят от относительного положения проекций стимулов на сетчатках двух глаз. Рассмотрим типичную сложную клетку, которая отвечает непрерывным разрядом на движение стимульной полосы через ее рецептивное поле в том или другом глазу. При одновременной стимуляции обоих глаз частота разрядов этой клетки выше, чем при стимуляции одного глаза, но обычно для ответа такой клетки несущественно, попадают ли в какой-то момент проекции стимула точно в одни и те же участки двух рецептивных полей.

Наилучший ответ регистрируется тогда, когда эти проекции входят и выходят из соответствующих рецептивных полей двух глаз примерно в одно время; однако не столь важно, которая из проекций немного опережает другую. На рис. 108 показана характерная кривая зависимости ответа (например, общего числа импульсов в ответе за одно прохождение стимула через рецептивное поле) от разницы в положении стимула на обеих сетчатках. Эта кривая очень близка к горизонтальной прямой, из чего ясно, что относительное положение стимулов на двух сетчатках не очень существенно.

Клетка такого типа будет хорошо реагировать на линию надлежащей ориентации независимо от ее удаленности - расстояние до линии может быть больше, равно или меньше расстояния до точки> фиксируемой взором.

По сравнению с этой клеткой нейроны, ответы которых представлены на рис. 109 и 110, весьма чувствительны к относительному положению двух стимулов на двух сетчатках, т. е. чувствительны к глубине.

Первый нейрон (рис. 109) лучше всего отвечает в том случае, если стимулы попадают точно на корреспондирующие участки двух сетчаток. Величина несовмещения стимулов по горизонтали (т. е. диспаратность), при которой клетка уже перестает реагировать, составляет некоторую долю ширины ее рецептивного поля. Поэтому клетка отвечает тогда и только тогда, когда объект находится примерно на таком же расстоянии от глаз, как и точка фиксации. Второй нейрон (рис. 110) отвечает только тогда, когда объект расположен дальше точки фиксации. Имеются также клетки, отвечающие только тогда, когда стимул расположен ближе этой точки. При изменении степени диспаратности нейроны двух последних типов, называемые дальними клетками и ближними клетками , очень резко изменяют интенсивность своих ответов в точке нулевой диспаратности или поблизости он нее. Нейроны всех трех типов (клетки, настроенные на диспаратность ) были обнаружены в поле 17 обезьяны.

Пока не совсем ясно, насколько часто они там встречаются, расположены ли они в определенных слоях коры и находятся ли в определенных пространственных отношениях к колонкам глазодоминантности. Эти клетки весьма чувствительны к расстоянию объекта от глаз, которое кодируется в виде относительного положения соответствующих стимулов на двух сетчатках. Еще одна особенность этих клеток - то, что они не отвечают на стимуляцию только одного глаза или же отвечают, но очень слабо. Все эти клетки обладают общим свойством ориентационной избирательности; насколько нам известно, они сходны с обычными сложными клетками верхних слоев коры, но обладают еще дополнительным свойством - чувствительностью к глубине. Кроме того, эти клетки хорошо реагируют на движущиеся стимулы, а иногда и на концы линий.

Дж. Поджо из медицинской школы Джонса Гопкинса регистрировал ответы таких клеток в поле 17 бодрствующей обезьяны с вживленными электродами, которая была предварительно обучена фиксировать взглядом определенный объект. У наркотизированных обезьян такие клетки тоже выявлялись в коре, но редко встречались в поле 17 и очень часто - в поле 18. Я был бы крайне удивлен, если бы оказалось, что животные и человек могут стереоскопически оценивать расстояния до объектов с помощью только трех описанных выше типов клеток - настроенных на нулевую диспаратность, «ближних» и «дальних». Я бы скорее ожидал найти полный набор клеток для всех возможных глубин. У бодрствующих обезьян Поджо встречал также узконастроенные клетки, которые лучше всего реагировали не на нулевую диспаратность, а на небольшие отклонения от нее; по-видимому, в коре могут быть специфические нейроны для всех ступеней диспаратности. Хотя мы до сих пор не знаем, как именно мозг «реконструирует» сцену, включающую множество разноудаленных объектов (что бы мы ни понимали под словом «реконструкция»), клетки вроде описанных выше, вероятно, участвуют в первых этапах этого процесса.

Некоторые проблемы, связанные со стереоскопическим зрением

За время изучения стереопсиса психофизики столкнулись с целым рядом проблем. Оказалось, что обработка некоторых бинокулярных стимулов происходит в зрительной системе совершенно непонятными способами. Я мог бы привести много примеров такого рода, но ограничусь лишь двумя.

На примере стереопар, приведенных на рис. 105, мы видели, что смещение двух идентичных изображений (в данном случае кружков) по направлению друг к другу приводит к ощущению большей близости, а по направлению друг от друга - к ощущению большей удаленности. Предположим теперь, что мы делаем одновременно обе эти операции, для чего помещаем в каждую рамку по два кружка, расположенных друг около друга (рис. 111).

Очевидно, что рассматривание такой стереопары могло бы привести к восприятию двух кружков - одного ближе, а другого дальше плоскости фиксации. Однако можно предположить и другой вариант: мы увидим просто два кружка, лежащие рядом в плоскости фиксации. Дело в том, что этим двум пространственным ситуациям соответствуют одинаковые изображения на сетчатках. В действительности данная пара стимулов может быть воспринята только как два кружка в плоскости фиксации, в чем легко убедиться, если любым способом достичь слияния квадратных рамок на рис. 111.

Точно так же можно представить себе ситуацию, когда мы рассматриваем две цепочки из знаков х, скажем, по шесть знаков в цепочке. Если рассматривать их в стереоскоп, то в принципе можно воспринять любую из ряда возможных конфигураций в зависимости от того, какой знак х из левой цепочки сольется с определенным знаком х в правой цепочке. На самом же деле , если мы будем рассматривать такую стереопару в стереоскоп (или иным способом, создающим стереоэффект), то всегда увидим шесть знаков х в плоскости фиксации. Мы до сих пор не знаем, как мозг разрешает эту неоднозначность и выбирает простейшую из всех возможных комбинаций. Из-за такого рода неоднозначностей трудно даже вообразить, как нам удается воспринимать объемной сцену, включающую множество ветвей разной величины, находящихся на разных расстояниях от нас. Правда, физиологические данные подсказывают, что задача, возможно, не столь трудна, так как разные ветви скорее всего будут иметь разную ориентацию, а мы уже знаем, что клетки, участвующие в стереопсисе, всегда бывают ориентационно-избирательными.

Второй пример непредсказуемости бинокулярных эффектов, имеющий отношение к стереопсису, - это так называемая борьба полей зрения, о которой мы упоминаем также в разделе о косоглазии (гл. 9). Если на сетчатках правого и левого глаза создаются очень сильно различающиеся изображения, то часто одно из них перестает восприниматься. Если вы будете смотреть левым глазом на решетку из вертикальных линий, а правым глазом - на решетку из горизонтальных линий (рис. 112; можно пользоваться стереоскопом или конвергенцией глаз), то, казалось бы, следует ожидать, что вы увидите сетку из пересекающихся линий.

Однако в действительности почти невозможно увидеть оба набора линий одновременно. Виден или тот или другой, причем каждый из них - лишь в течение нескольких секунд, после чего он исчезает и появляется другой. Иногда можно также увидеть как бы мозаику из двух этих изображений, в которой отдельные однороднее участки будут перемещаться, сливаться или разделяться, а ориентация линий в них будет меняться (см. рис. 112, внизу). По какой-то причине нервная система не может воспринимать столь разные стимулы одновременно в одном и том же участке поля зрения, и она подавляет переработку одного из них.

Слово «подавлять » мы используем здесь просто как иное описание того же феномена: на самом деле мы не знаем, как осуществляется такое подавление и на каком уровне центральной нервной системы оно происходит. Мне думается, мозаичный характер воспринимаемого образа при борьбе полей зрения позволяет предположить, что «принятие решений» в этом процессе происходит на достаточно ранних этапах переработки зрительной информации, возможно, в поле 17 или 18. (Я рад, что мне не нужно защищать это предположение.)

Феномен борьбы полей зрения означает , что в тех случаях, когда зрительная система не может объединить изображения на двух сетчатках (в плоскую картину, если изображения одинаковы, или в трехмерную сцену, если имеется лишь небольшая горизонтальная диспаратность), она просто отвергает один из образов - либо полностью, когда, например, мы смотрим в микроскоп, держа второй глаз открытым, либо частично или на время, как в примере, описанном выше. В ситуации с микроскопом существенную роль играет внимание, но нейронные механизмы, лежащие в основе такого переключения внимания, тоже неизвестны.

Еще один пример борьбы полей зрения вы можете наблюдать, если просто будете рассматривать какую-нибудь многоцветную сцену или картину через очки с красным и зеленым светофильтрами. Впечатления разных наблюдателей в этом случае могут быть весьма различными, однако большинство людей (в том числе и я) отмечает переходы от общего красноватого тона к зеленоватому и обратно, но без желтого цвета, который получается при обычном смешении красного света с зеленым.

Стереослепота

Если человек слеп на один глаз, то очевидно, что он не будет обладать стереоскопическим зрением. Однако его нет и у некоторой части людей, зрение которых в остальных отношениях нормально. Удивительно то, что доля таких людей не слишком мала. Так, если показать стереопары вроде тех, что приводились на рис. 105 и 106, сотне студентов-испытуемых (применяя поляроиды и поляризованный свет), то обычно оказывается, что четыре или пять из них не могут достичь стереоэффекта.

Нередко это удивляет их самих, так как в повседневных условиях они не испытывают никаких неудобств. Последнее может показаться странным любому, кто ради эксперимента пытался управлять автомобилем, закрыв один глаз. По-видимому, отсутствие стереопсиса достаточно хорошо компенсируется использованием других признаков глубины, таких как параллакс движения, перспектива, частичное закрытие одних предметов другими и т. п. В главе 9 мы рассмотрим случаи врожденного косоглазия, когда глаза длительное время работают несогласованно. Это может приводить к нарушению связей в коре, обеспечивающих бинокулярное взаимодействие, и в результате - к утрате стереопсиса. Косоглазие встречается не так уж редко, и даже слабая его степень, которая может остаться незамеченной, в некоторых случаях, вероятно, бывает причиной стереослепоты. В других же случаях нарушение стереопсиса, подобно цветовой слепоте, может быть наследственным.

Поскольку в этой главе шла речь и о мозолистом теле, и о стереоскопическом зрении, я воспользуюсь случаем сказать кое-что о связи этих двух вещей. Попробуйте задать себе вопрос: каких нарушений стереопсиса можно ожидать у человека с перерезанным мозолистым телом? Ответ на этот вопрос ясен из схемы, приведенной на рис. 113.

Если человек фиксирует взглядом точку Р, то проекции точки Q, расположенной ближе к глазам в пределах острого угла FPF, - QL и QR - окажутся в левом и в правом глазу по разные стороны от центральной ямки. Соответственно проекция Ql передает информацию в левое полушарие, а проекция Qr - в правое полушарие. Для того чтобы увидеть, что точка Q ближе, чем Р (т. е. получить стереоэффект), нужно объединить информацию левого и правого полушарий. Но единственный способ сделать это - передать информацию по мозолистому телу. Если же путь через мозолистое тело разрушен, человек окажется стереослепым в закрашенной на рисунке области. В 1970 году Д. Митчелл и К. Блейкмор из Калифорнийского университета в Беркли исследовали стереоскопическое зрение у одного человека с перерезанным мозолистым телом и получили в точности предсказанный выше результат.

Второй вопрос, тесно связанный с первым, состоит в том, какое нарушение стереопсиса произойдет, если перерезать по средней линии зрительную хиазму (что проделал Р. Майерс на кошках). Результат здесь будет в определенном смысле противоположным. Из рис. 114 должно быть ясно, что в этом случае каждый глаз станет слепым в отношении стимулов, падающих на носовую область сетчатки, т. е. исходящих из височной части поля зрения.

Поэтому стереопсиса не будет в области пространства, окрашенной светлее, где он в норме имеется. Боковые зоны за пределами этой области вообще доступны только для одного глаза, так что стереопсис здесь отсутствует и в нормальных условиях, а после перерезки хиазмы они будут зонами слепоты (на рисунке это показано более темным цветом). В области позади точки фиксации, где перекрываются височные части полей зрения, ставшие теперь невидимыми, тоже наступит слепота.

Однако в зоне ближе точки фиксации сохранившиеся полуполя обоих глаз перекрываются, так что здесь должен сохраниться стереопсис, если только не повреждено мозолистое тело. К. Блейкмор нашел все-таки больного с полной пререзкой хиазмы по средней линии (этот больной, будучи ребенком, получил перелом черепа при езде на велосипеде, что, по-видимому, привело к продольному разрыву хиазмы). При проверке у него была обнаружена именно та комбинация дефектов зрения, которую мы только что гипотетически описали.

Статья из книги: .