人眼的立体视觉特性

1、在我国冋家林准旳肛*5川”册色的定文兀=“ft長光柞闻于人服引起除腹象外 的视咙特性J朗色足111人眼;K感受的*是一种视咙现彖.离歼人眼死们就无趴陕起爾 色-从相阪：说颜色乂昱种光挙现纹.采光剌激人眼的结果口埶色址与人的感册、 的界的钊激和人的知觉紧'?相连的.啲人的视览功傩不仅增加了人眼師视觉分辨半，V 大了视野南且述可以通过大脑来感觉立体图像位港段採度的变化-豈休诫像技的发 展相对平ifftllSlflW更加依戟于对人类觇觉系统的探唏和研ft因此.从人类W觉系统 的角度研究人眼产圮立休感的原因是尤为必耍的°哌球殳一卜；杂n祐密的光浄乐纽.是视咙«统的感蹙曙它.

2、外界光源的光典FI射 坯爛色韧怵1一颐色物休很如门身的化学特性对光线进fj选掙性的吸收.将H余的光红 透射或书反射"緊.这卸分光线晟话达到人眼，益扎HI的述觉细胞以刺激.剧澈川代输 到大脳屮枢丛佃人眼村拘侔戶:生颤色感觉它是在比源、颇色拥侔、眼睛和大脑这四 个娈索共同作川卜产生的结！lb inr趣业的#在tt得征观察同一个LI后xf象时所形诚的视场用度览爪同的，进向俛得艘观测対皱在祀览成像系统上所形直的阳1（占息存血?一 進档0变r的g笊.这种差Hsjttii人眼能观寿到圈爍的宣体敗果的原阂.人的觇觉蔡统是由眼球、视同膜成像系统大脑的视觉屮枢构成的-人的眼球结构 如阁：卜1所示口&#

3、171;1«n0q/«m an*a图31人的眼球结构人的眼時是产生视觉的耍素之一.人的眼球前后直径约为25n»横向及径约20nm 包括屈光系统和感光系统陶部分.在眼球的后极假向内疔神经与大脳连接.与视觉形 成賞密相关的部分是眼球唯、屈光装宜和视网膜-rti于大脑视觉中枢具仃门动调节动能.使得眼球的腕孔会吸收U标对猱在不同方向的映射国像伯息从而在人眼感光记录条统 上炎焦形成ra像-人眼观察立体用像时用像在取眼感光记录系统上形成两个相似而又 不完全相同的像经过视觉中枢系统对刺激位号的识别.理解和判斷后形成人眼看到的 立体ra像(冈耍获得这种能够感知立体感的能力.眼睛必

4、须具备以下止常生理特征:(1) 两眼是同时观察立体图低和接收外界光线的刺激的-因此眼必需同时具备谓节的功能.(2) 当观察一个H标对象时-口眼的聚焦功能便其与被规测对象2何会形成辐橫侑人眼与H标対彖Z何的距离近时辐湊角就大：人眼£HI标对紋Z御的甌离近时，辐佞 角就小(3) <Z眼观察一个H标对时.在<Z眼感光记录系统卜会形成两个存在细徽差异肿图愎对，这种戏眼视差就是人眼能/S5ai立体的原因3仁2立体视觉的基础由物体发出的光级经过折射后最终是聚焦成傑于人眼的感光记录系统上的在刃眼 视觉中.当观察H标对欽中的菜一点时由该点发出的光线经过视觉成像系统的调节后 聚焦到视网脱的

5、中央凹处不同U标物体的像坐落任感光记;系统上产生的視觉方向足 相同的.但淇对应的实际方位却可能在建并.：Fk们称Z为双眼视垒.这种差井在受到 光刺激右通过视觉神经系统传入到大脑视竟中枢，经过兴舫视觉屮枢的记忆.对比和分 析后形成一个具冇立休憊的视觉图像.从而产生立体知觉.可见双眼视差是人眼立休知 觉的基础.3,1,3视觉的形成视M膜是人限视觉的诫低系统它主要是山三层细胞组虑的.如用32所示-晟外 层足视锥细胞和视杆细胞它们构成了视觉通路的第一级神经元.而中何层为口极细胞Jx!通过与视细胞和节细胞的连接构诫第二级神经尤.最内厘恭近玻璃体的细胞为神经卩细胞-也是视觉通路的第三级神经元.双极细帥視杆

6、细M健惟细M图32视M膜结构示意怕节细號眼球外郵i帳球内部视M膜=尼细胞Z何具右复杂的交叉联系人眼视M般屮的视Ift细胞上塑是通过单 对单和多对单两仲方式传入的-而冲经节细胞的轴突在视网膜乳头处集结成束穿过眼 球后堆形成视神经来n视网離鼻M半部分的视神经纤维经过視交叉.而来门视网膜濒 侧半部分的稅神经纤缩不经过交叉然后再形成视束继续传向外«藤状休同时视束的 纤维有一小部分传至中脑上丘.由外侧状体发出的纤维最后到达大皮层纹状区这 些修I色伯息的剌激引起夫肱皮层的活动，经过记忆、对比和综合分析，在大胪H形成关 物体的顔色持质将人眼感爻到的光唧激粒化为知觉.左虑现觉过S的形成1“九7

7、87;3. 2立体视觉的特征参数人们借助于视觉器官能够完成一迟的视觉任务的能力称为视觉功能.通常以视觉区 别物体的细节和辨认对比能力的大小来作为衡就视觉功能的标准影响立体视觉的W素 主要包括敌眼视輕、视用、规场-视觉玻锐度和对比辨认度3. 2. 1双眼视差肖人们用女眼注视某一物体时.由于取眼观察角度不同而使两个视网膜影像Z间产 生畫斤.这种址斥称为女眼视左（binocular parallnx；.在深贋如览中可眼视S所起的作用址相当R要的.眼视爼足itWhcBlslurw1883年发现的为了研兀深度知觉 他发明了立休愷-立体魏足观察立休像对时获得立休效果的?53易比学观察裝a-它的转 点绘可以

8、把左眼和右眼的视线分开.便左眼只能看到左I乳 右眼只能看到右图-但却能眼睛辐合-两眼从两个不同的用度观察1對«时会使（眼产生一个育位移感的立体用傑对进而佚阳像产生三维立休感.这种客观的物理观象称Z为"觇差S它是人眼 产先深度知觉的生理宰础mi.通常惜况下观看一个物休商眼視轴辐合在这个物体I:时.物体的映像将落左两眼 视网滾的荷应点上两眼的视«在视网膜帝叠后人眼观音到的是眼一和淸晰的物体：而 出阴眼的视像落在视网膜非前应部位H鉴别不大时.由于脚眼祕差进一步第丸 人眼观 蔡刘的足女像取眼视苣对知觉深麼和距离仃墜耍的总义这种立体视觉生理功能反映 了名观物体的景深和距离再

9、通过大脑的分析处理和对比后人眼便貝仃深度知觉图3-3 为戏眼视基示总阳.阳33 «眼视筮示息ra如上阳所示 M和IS分别为览离人眼一近一述的物休，它们落在左眼也网膜中央窝1；的視像在址和凡处.落在右眼视网脱中央窝匕的视傑在如和阮处 Ol和仇为左眼和右眼晶状体的光学中心-UA-*jMNl的差值即为观旌两物休的空何和离越犬则養值越大.视S也可用Y和N在卿眼的两个怅弁JZ2來董示几在国37屮三角形AN0（V了 ANOOJhfKjZMOOIZNOOlHI等.所以ZU-ZN=Z0u-Z0a.当张侑较小时通常可用圆上对应的的眩来我示.故Z0与上（X的差值即为氐N与的差值3. 2. 2视角人眼观察

10、物体时.物休的大小对眼時形成的张角叫做视角同一物体距离人眼越近 视和越大：不同的物体与人眼的弟离相同.则对眼BS形咸的视用越大时.视网脱I:的橡 越大越清晰.因此通常用视角来:衣示物体与眼睛的关系。如罔3T所示，A为物体的大小-D为人眼与物体Z间的郭离.又称为複距在图中角O为视们a Atan2 ID国37现角示恿国则视角的计算公试如下:<3-1>当很小时.uinyll：常近W fy .即J «1（按鴉度计）D由以上公式可知-视角的大小与眼睛到掬休的距离成反比-当物体的大小固定时.(3*2)则物休离人眼越近视角越大物体在«网膜卜的成橡也越大；物体离人眼越远-则觇角

11、越小，枷体在视网膜1：的成像也越小而当物体离人眼的即离一定时，物体越大则视用越大-视也一股用弧度來农示.也可以用度（。）-分（）.抄（）衣示1。M607-60320.000291狐度.具仔1E常视觉的人业够分0F物体空闻两点间所形成的最小视角为取眼ttlS足人眼产生立休视觉的基础和IU本嫌因但足人的视觉功能受到人眼与物 体Z创的趾离的限制.当一个9人眼相開一建跑离的物体所产生的视望小于视垦W(ft时，期人眼不能感刘物体的立体感-I割35即是人眼能感知物体立休感的极限凱离的示阳3-5深度感知的极限跑离示怠国I1S 3-5中M是与人眼相隔一定览离的物体-是物休与人的两眼所形成的张角.物休与人眼晶状

12、体光学中心的匪貝即离为小 假设这是人眼能感知立体感的极限郭离 可则过下面算式得出;It) r伐与0为平行线的内羽t和可知:(37)gO. 土 屮d即：(3-4通常t冉况卞人眼的视觉败锐度卩取值为105网眼之何距离族值为6. 45代入式 (3-1)可得极限沖离:(3-5)64 X 10 'd »134 L4/WI叫180*x3600由上式可知.当人眼与物体2何的即.离超过1341 佃时人眼将无法感知物体深度和 立体感.通过大眾实验的分析比校.物休立休感与人眼视距的关系如表3T所示.衣31物体立休感与人眼规FE的天系人眼到H标对 奴的距离x(ni)产生立体感的 有效业离y(m)仃

13、效立体感与距 离的比率y/x (%)0. 50.4999.96109999.935L 9899.63109. 9199.265018. 2196.-11IU093. 0693.06500364.2372.841000572.8757.2900131 L 10从夜3l可以看岀.物体离人眼的亚离越近时.人的丸眼能够感知到的立体感越强烈可见视距和物休立休慣的感知呈现一定的反比关系 re 3-8中的Illi线即反映了二拧Z何的儿何关系.ssssssss*71一：.7' 1II 1 i11.I>lOUO和uo 4O1MJ 5(MIU 6UUII 7000 MMX) WtA lOCHM)图3

14、弋立体感师视距的变化曲线323视场觇场赴折眼睛视角a所对应的岡而积.视侑越大对应的視场也越大。视场的大小 还与视距冇关.视弟越大-对应形成的而枳也越大-很据阳37所示.视场的半径可由如下公式计算得岀:(3-6)R = z1 = Qian 2 2式"儿a为视角 D为视距视场就是捋人眼能够观察到的空间范f通常分为养态视场、动态视场和固定点视场三类2叫人眼观蔡物休时.物体在人眼觇网膜中央窝:的成像范例与人眼的觇场范I冏相关.视场范閑越大.物休的成像范田也越大.图39为左右两眼的视场范：|乳tSdIX1X21Q12C1*001»120盹6KAMUC 2B4IH90 120DO90

15、12Cmra 3-9人休左右眼的视场范【科324视觉敏锐度人眼济别外界物休的敏锐程度称作视觉敏俛度-它足用来夜示视觉掰别物体细节的 能力人眼辨别物体细肖的能力与物休打人眼Z间的亚离仃a接的关系.一个距离很远 的物体通常很难分辨它的细"-但段（着物体iti远及近的移动过S中-我们就能够逐渐的 辨别物体的细节部分.这足由随看距离的拉近.视用越来越大.物体住视网膜上的成 像也随Z变大.人眼观蔡物休细"的能力也随Z提高通常我们也采用眼晴的分辨力來农示视觉的嫩锐度-眼晴能辭分辨曲点Z何的最短 距离称为眼睛的分辨力-从生理上讲-人眼能分辨的点何的最短距离至少应该等于胸 个视惟细胞Z何的

16、直徨.大约为0006im-如果小于此业离则W个点的像将呈现在一个 觇惟细胞上，视神经也就无法辨认出是两个点-然而由于人眼的结构相当芟杂-从大a 的实中测得，具有止常视觉的人的眼睛实际上的视角辨别力在r到i30Z视觉敏锐度通常用V来表示是视觉所能分辭的W角嗖为单位的视和的倒救即:(3*7)r-a视觉嫂锐度的测S计算如图370所示:上阳中.2a为两眼Z间的秤离.a和a为物体A. B对应人眼的张戏眼视差0可由下而公成得出:(3-«)rtl视角与视距的关系式可知:(3-9la , la将式（39）代入（3-8）可得：C 2a Id 2f/G/+M）-2“2 必 180 小<3-10)“济=击h絢丁X山叶）国家观定正常视力的标准足当人的视觉能够分辨r角所对应的物体的细筋时英对 应的视觉败锐度为1通常情况下视觉f股锐度能够达到30“就于正常