Бинокулярное (стереоскопическое) зрение – видение человеком окружающего мира двумя глазами. Данная способность обусловлена происходящем в головном мозге сложным механизмом слияния изображений, получаемых от каждого глаза.

Благодаря стереоскопическому зрению человек способен воспринимать окружающие предметы в трехмерном изображении (т.е. рельефно и объемно). Монокулярное зрение ограничивает человека в профессиональном плане, т.е. он не может заниматься деятельностью, связанной с точными действиями вблизи предмета (например, попадание ниткой в иголку).

Образование единого зрительного образа возможно при условии попадания изображений на идентичные участки сетчатки глаз.

Формирование объемного зрения

Каждый новорожденный обладает монокулярным зрением и не может фиксировать свой взгляд на окружающих предметах. Однако через 1,5-2 месяца у младенца начинает развиваться способность видеть двумя глазами, что и обуславливает возможность фиксации взглядом предметов.

На 4-6 месяцах у ребенка появляются многие рефлексы, как безусловные, так и условные (например, реакция зрачков на свет, координированные движения обоих глаз и др.).

Однако полноценное бинокулярное зрение, которое включает способность определения не только формы и объемности предметов, но и их пространственного расположения, окончательно развивается после того, как ребенок начинает ползать и ходить.

Условия стереоскопического зрения

Полноценное бинокулярное зрение возможно при следующих условиях:

• острота зрения обоих глаз не менее 0,5;
• нормальный тонус глазодвигательных мышц;
• отсутствие травм, воспалительных заболеваний и опухолей глазницы, что может предопределить асимметричное расположение глазных яблок;
• отсутствие патологий сетчатки, проводящих путей, а также коркового отдела.

Методы исследования

Существуют несколько способов определения стереоскопического зрения человека.

Проба со спицами. Врач держит спицу на расстоянии вытянутой руки в вертикальном положении, пациент располагается напротив и должен кончиком своей спицы дотронуться до спицы доктора так, чтобы получилась прямая из двух спиц. Глаза обследуемого открыты. Врач несильно надавливает на глазное яблоко в области век, при этом у пациента возникает двоение (в случае стереоскопического зрения).

Опыт с «дырой» в ладони. Пациент одним глазом смотрит через трубу, к концу которой со стороны второго глаза подставляет ладонь. В норме обследуемый должен увидеть отверстие в ладони, а в этом отверстии – изображение, которое он видит через трубку первым глазом.

Патология стереоскопического зрения

Бинокулярное зрение может быть нарушено при отклонении зрительной оси одного глаза кнаружи, кнутри, кверху или книзу. Такое явление называется гетерофорией (скрытым косоглазием).

Для более полного ознакомления с болезнями глаз и их лечением – воспользуйтесь удобным поиском по сайту или задайте вопрос специалисту.

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.

Стереоскопическое зрение служит самым надежным и чувствительным показателем способности к анализу пространственных соотношений . По мнению Е.М. Белостоцкого (1959), способность зрительного анализатора к правильной оценке третьего пространственного измерения, т.е. глубинного зрения, является одним из компонентов сложного процесса бинокулярного восприятия пространства .

Благодаря способности к слиянию изображений, падающих на идентичные или слегка диспаратные участки сетчаток обоих глаз (в пределах зоны Панума), человек получает возможность свободно ориентироваться в окружающем пространстве и оценивать его в трех измерениях.

Вследствие того, что оба глаза расположены во фронтальной плоскости и на некотором расстоянии друг от друга, на сетчатки обоих глаз ложатся не вполне одинаковые, несколько смещенные изображения объекта фиксации.

Указанное смещение, или так называемая поперечная диспарация, является основным условием для стереоскопического (глубинного) восприятие объектов внешнего мира или первичным фактором восприятия глубины. При этом между стереоскопическим и глубинным зрением имеются различия. Стереоскопическое зрение может быть воспроизведено только в искусственных условиях на стереоскопических приборах. Оно осуществляется лишь при двух открытых глазах, тогда как глубинное зрение, т.е. способность к оценке третьего пространственного измерения в естественных условиях, может иметь место как при бинокулярном, так и при монокулярном зрении .

Наименьшая воспринимаемая разница в относительной удаленности двух объектов друг от друга называется остротой, или порогом глубинного зрения. Определение остроты или порога глубинного зрения дает возможность судить о наличии или отсутствии у данного испытуемого способности к восприятию глубины и дать ей количественную оценку (в углах диспарации или в углах бинокулярного параллакса).

Стереовосприятию способствуют и вторичные факторы оценки глубины, которые действуют и при монолатеральном зрении: распределение светотеней, относительные размеры предметов, линейная перспектива и др. факторы, которые помогают в оценке третьего пространственного измерения. Имеются данные о том, что стереоскопический эффект сохраняется на дистанции 0,1-100 м . Для нормального глубинного зрения необходимы: высокая острота зрения каждого глаза, правильное строение обоих глаз, отсутствие грубых нарушений в функции глазодвигательного аппарата.

В клинической практике используются специальные методы исследования стереоскопического зрения. Одни из методов основаны на использовании реальной глубинной разности с различным расположением тест-объектов по глубине: например, глубинно-глазомерный аппарат Литинского (1940), трехпалочковые устройства различных конструкций . Другие методы основаны на создании искусственной поперечной (горизонтальной) диспарации, которую обеспечивают смещением левого и правого изображения тест-объекта при предъявлении парных картинок (например, в линзовом стереоскопе), или демонстрацией на экране дисплея диспаратных изображений, которые рассматривают через цветовые, поляроидные или жидкокристаллические очки, позволяющие разделять поля зрения правого и левого глаза.

Frubise и Jeansch установили, что с увеличением расстояния, с которого ведется нaблюдение, поперечная диспарция определяется лучше. Они выявили, что у одного и того же исследуемого при наблюдении с расстояния 26 м порог глубины составляет 3,2", а при наблюдении с расстояния 6 м — 5,5" (цит. по: Заксенвегер Р., 1963) .

Adams W.E. с соавт. проводил исследование стереозрения с помощью теста FD2 у детей в возрасте от 3 до 6 лет и установил, что при расположении тест-объекта на расстоянии 3 м порог стереозрения составил 92", а на расстоянии 6 м — 29,6". Таким образом, они утверждают, что острота стереозрения вдаль намного лучше, чем вблизи .

Garnham L. и Sloper J.J. исследовали остроту стереозрения с использованием четырех тестов — TNO, Titmus, Frisby (для близи), Frisby-Davis (для дали) — у 60 здоровых субъектов в возрасте 17-83 лет .

В TNO-тесте используются случайные точки, разделение полей зрения двух глаз осуществляется с помощью красно-зеленых очков, в Titmus-тесте — черные круги и поляроидные очки, в Frisby-тесте — реальные предметы. Исследование стереоскопического и глубинного зрения с помощью данных тестов проводится вблизи. Для дали используют Frisby-Davis-тест с реальными предметами, угловые размеры которых соответствуют угловым величинам предметов для близи.

На рисунке представлены величины остроты стереозрения при использовании различных тестов по Garnham L. и Sloper J.J. . На рисунке видно, что имеются существенные отличия в остроте стереозрения у лиц разного возраста, а также при применении разных тестов. Так, при обследовании лиц 17-29 лет острота стереозрения по гистограмме А составляла 15-240", по гистограмме В — 40-60" и по гистограмме С — 20-55". Для дали острота стереозрения у них составила 4-20", т.е. наиболее высокая острота стереозрения выявляется при использовании реальных предметов, и при зрении вдаль она выше, чем при зрении вблизи. Аналогичная тенденция отмечена и в других возрастных группах.

Колосова С.А. определяла остроту глубинного зрения у лиц, отобранных в отряд космонавтов, и установила, что средние пороги глубинного зрения при освещенности фона 700 лк на расстоянии 30 см равны 10,8", на расстоянии 5 м — 4,4", на расстоянии 10 м — 2,1", а у некоторых испытуемых порог различения глубины был ниже 1". По мере накопления профессионального опыта острота глубинного зрения увеличивается, а при повышении интенсивности фонового освещения до максимальных величин — снижается .

Таким образом, острота стереозрения в значительной степени зависит от используемых тестов и расстояния до них, интенсивности фонового освещения, возраста пациентов, степени их тренированности, состояния их зрительных функций, способа обработки полученных данных и других факторов .

Мнения исследователей о возрастной норме порогов стереозрения у детей разделились: одни считают, что дети достигают уровня «взрослой» нормы к 7 годам, а другие отмечают улучшение показателей к 11-12 годам .

Высокую точность измерения стереоскопического зрения до 1" обеспечивает компьютерная программа «Стереопсис» . В качестве тест-объектов в ней используются стереопары, состоящие из расположенных одна над другой вертикальных синусоидальных решеток с одинаковой пространственной частотой (ПЧ) и различной диспаратностью, демонстрируемые на экране монитора.

При этом измерение порогов стереоскопического зрения можно осуществлять в широком диапазоне пространственной частоты от 0,35 до 32 цикл/град. При измерении порога стереозрения разделение полей зрения осуществляется с помощью очков с цветными (красно-зелеными) фильтрами. Для каждой из исследуемых частот порог стереозрения определяют как минимальную разницу диспаратностей верхней и нижней половины стереопары, при которой пациент еще различает их взаимное расположение по глубине.

Васильева Н.Н., Рожкова Г.И., Белозеров А.Е. исследовали остроту стереозрения по программе «Стереопсис» у 178 школьников в возрасте от 7 до 17 лет с расстояния 2,27 м. Во всех возрастных группах наименьшие пороги были зарегистрированы на частотах 1,0-2,0 цикл/град. В возрастной группе 7-10 лет оказалось 12% детей с порогами от 4 до 8"; в возрастной группе 11-14 лет — 42% с порогами 1-8"; в возрастной группе 15-17 лет — 49% с порогами 3-8" .

По мнению Рожковой Г.И. (1992) в восприятие и анализ стимулов могут вносить вклад, как минимум, две подсистемы бинокулярного зрения — чисто бинокулярная и постмонокулярная. При использовании случайно-точечного изображения работает только бинокулярная подсистема зрения, при использовании пространственно-частотной стереовизометрии — бинокулярная и постмонокулярная подсистемы .

В нашей работе для исследования стереоскопического зрения использовалась компьютерная программа «Стереопсис» . Исследование остроты стереозрения на расстояниях 5; 2,5; 1; 0,5; 0,33 м от объекта проводили при низких пространственных частотах наблюдаемой решетки (0,7-1,0 цикл/град). Исходная величина диспарации для 2,25 м составляла 1,8", при применении геометрических расчетов становится ясным, что для расстояния 5 м заданная диспаратность будет соответствовать 0,8", при приближении на расстояние 1 м — она составит 4", на расстоянии 0,5 м — 8", а на 0,33 м — 12,2". Если пациент видит на разных дистанциях минимальную заданную диспаратность, то по мере приближения к экрану показатели остроты стереозрения будут снижаться.

При сравнении полученных нами данных для расстояния 2,5 м (при эмметропии — 2,1±0,1", при гиперметропии — 1,6±0,2", при миопии — 5,3±0,3") мы не нашли большого разногласия с данными, полученными Васильевой Н.Н. с соавт. , которые использовали программу «Стереопсис»: чуть менее чем в половине случаев пороги стереозрения для расстояния 2,27 м у детей 11-14 лет составляли 1-8". При этом необходимо учитывать то обстоятельство, что они обследовали детей с очками, которые у них были, а не с полной коррекцией, устраняющей аметропию, а некоторые дети, как отмечают сами авторы, вовсе не пользовались коррекцией, стесняясь носить очки. В нашем случае мы отбирали детей только со слабой и средней степенью аметропии, без астигматизма, и при исследовании стереозрения полностью корригировали аметропию. Поэтому определенные различия в результатах могут наблюдаться. Сравнивать полученные пороги стереозрения с результатами других методов, основанных на использовании принципиально отличающихся от применяемых нами тестов, было бы некорректно. Оценка влияния расстояния на остроту стереоскопического зрения, несомненно, зависит от чувствительности используемой методики.

Заключение

Анализ литературных данных подтверждает известный факт зависимости бинокулярного, стереоскопического и глубинного зрения от применяемых методов, условий исследования, характера и степени гаплоскопического эффекта использованных тест-объектов.

Полученные нами данные, опубликованные в журнале «Офтальмохирургия» (2012, № 1, с. 13-19) в статье «Состояние стереоскопического зрения у детей с различными видами рефракции», мы не представляем критериями порогов стереозрения у детей; их следует расценивать как пороги стереоскопического зрения, определенные с помощью компьютерной программы «Стереопсис», адаптированной для различных дистанций исследования, при одинаковой угловой величине объектов, соответствующих пространственной частоте 0,7-1,0 цикл/град, у детей 10-15 лет с эмметропией и корригированными аметропиями слабой и средней степени.

Мы выражаем глубокую благодарность профессору А.А. Шпаку, проявившему интерес к нашей работе, что лишний раз указывает на актуальность данной проблемы и необходимость дальнейшего изучения и разработки методов исследования такой сложной функции, как стереоскопическое зрение.

Изображение предметов на сетчатках глаз двумерны, а между тем человек видит мир трехмерным, т.е. он обладает способностью к восприятию глубины пространства, или стереоскопическим (стерео – от греч. stereos –твердый, пространственный) зрением.

Человек обладает многими механизмами оценки глубины. Некоторые из них совершенно очевидны. Например, если приблизительно известна величина объекта (человек, дерево и др.), то можно оценить расстояние до него или понять, какой из объектов ближе, сравнивая угловую величину объекта. Если один предмет расположен впереди другого и частично его заслоняет, то человек воспринимает 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 пространства.

Выпуклый участок стены кажется более светлым в верхней своей части, если источник света расположен выше, а углубление в ее поверхности кажется в верхней части более темным. 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. Известен «железнодорожный эффект» при наблюдении из окна движущегося поезда: кажущаяся скорость перемещения близко расположенных объектов выше чем расположенных на большом расстоянии.

Оценивать удаленность предметов можно также по величине аккомодации глаза, т.е. по напряжению цилиарного тела и цинновых связок, управляющих хрусталиком. По усилению конвергенции или дивергенции можно также судить об удаленности объекта наблюдения. За исключением последнего все вышеперечисленные показатели удаленности являются монокулярными. Наиболее важный механизм восприятия глубины пространства – стереопсис – зависит от совместного использования двух глаз. При рассматривании любой трехмерной сцены два глаза формируют несколько различные изображения на сетчатках.

В процессе стереопсиса мозг сравнивает изображения одной и той же сцены на двух сетчатках и с большой точностью оценивает относительную глубину. Слияние двух монокулярных изображений, видимых раздельно правым и левым глазом при рассматривании предметов одновременно двумя глазами, в одно объемное изображение называют фузией .

Предположим, что наблюдатель фиксирует взором некоторую точку Р , (рис.1) при этом изображения точки оказываются в центральных ямках (фовеа) F обоих глаз. Пусть Q – это другая точка пространства, которая кажется наблюдателю расположенной на такой же глубине, что и точка Р , при этом Q L и Q R – изображения точки Q на сетчатках левого и правого глаз. В этом случае точки Q L и Q R называют корреспондирующими точками двух сетчаток.

Рис 1. Геометрическая схема объяснения стереоэффекта

Очевидно, что две точки, совпадающие с центральными ямками сетчаток, также являются корреспондирующими. Из геометрических соображений ясно, что точка Q′, оцениваемая наблюдателями как расположенная ближе, чем точка Q, будет давать на сетчатках два изображения – Q′ L и Q′ R – в некорреспондирующих (диспарантных) точках, расположенных дальше друг от друга, чем в том случае, если эти точки были корреспондирующими.

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. Все точки, которые, подобно точкам Q и Р , воспринимаются как равноудаленные, лежат на гороптере – поверхности, проходящей через точки Р и Q, форма которой отличается от сферы и зависит от способности человека оценивать расстояние. Расстояния от фовеа F до проекций Q R и Q L для правого и левого глаз близки, но не равны, если бы они всегда были равны, то линия пересечения гороптера с горизонтальной плоскостью представляла бы собой круг.

Углы α и α′ в стереоскопии называют параллактическими углами. Величина их изменятся от нуля, когда точка фиксации лежит в бесконечности, и до 15°, когда точка фиксации находится на расстоянии 250 мм.

Предположим теперь, что мы фиксируем взглядом некоторую точку в пространстве и что в этом пространстве расположены два точечных источника света, один из которых проецируется только на сетчатку левого, а другой – правого глаза в виде световых точек, причем эти точки являются некорреспондирующими: расстояние между ними несколько больше, чем между корреспондирующими точками. Любое такое отклонение от положения корреспондирующих точек называют диспарантностью . Если это отклонение в горизонтальном направлении не превышает 2° (0,6 мм на сетчатке), а по вертикали – не более нескольких угловых минут, то мы будем зрительно воспринимать одиночную точку в пространстве, расположенную ближе, чем точка фиксации.

Если же расстояния между проекциями точки будут не больше, а меньше, чем между корреспондирующими точками, то данная точка будет казаться расположенной дальше точки 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. Такой эксперимент иллюстрирует основной принцип стереовосприятия, впервые сформулированный Ч.Уитстоном в 1838 г. и лежащий в основе создания целой серии стереоскопических приборов, начиная со стереоскопа Уитстона вплоть до стереодальномеров и стереотелевидения.

Не каждый человек обладает способностью воспринимать глубину с помощью стереоскопа. Вы можете сами легко проверить свой стереопсис, если воспользуетесь рис.2. Если у вас есть стереоскоп, вы можете сделать копии изображенных здесь стереопар и вставить их в стереоскоп. Вы можете также поместить тонкий лист картона перпендикулярно между двумя изображениями из одной стереопары и попытаться смотреть каждым глазом на свое изображение, установив глаза параллельно подобно тому, если бы вы смотрели вдаль.

Рис 2. Примеры стереопар

В 1960 г Бела Юлеш (фирма Bell Telephone Laboratories, США) предложил оригинальный способ демонстрации стереоэффекта, исключающий монокулярное наблюдение объекта.

Основываясь на этом принципе, кстати, издана целая серия развлекательных книг, которые вместе с тем могут быть использованы и для тренировки стереопсиса. На рис.3 в черно-белом варианте представлен один из рисунков из этой книги. Установив зрительные линии своих глаз параллельно (для этого надо смотреть вдаль, как бы сквозь рисунок), вы можете увидеть стереоскопическую картину. Такие рисунки получили название автостереограмм. Основываясь на методе Бела Юлеша, в Новосибирском государственном медицинском институте совместно с Новосибирским государственным техническим университетом создано устройство для исследования порога стереоскопического зрения, а нами предложена его модификация, позволяющая повысить точность определения порога стереоскопического зрения. В основу измерения порога стереоскопического зрения положено представление каждому глазу наблюдателя тест-объектов на, так называемом, рандомизированном фоне. Каждый из таких тест-объектов представляет собой совокупность точек на плоскости, расположенных по индивидуальному вероятностному закону. Причем на каждом тест-объекте имеются идентичные области точек, которые могут представлять собой фигуру произвольной формы.

Если идентичные точки фигур на тест-объекте имеют нулевые значения параллактических углов, то наблюдатель видит в обобщенном изображении суммарную картину в виде случайного распределения точек, иными словами, наблюдатель не в состоянии выделить фигуру на рандомизированном фоне. Таким образом, исключается монокулярное видение фигуры. Если же смещать один из тест-объектов перпендикулярно оптической оси системы, то будет изменяться параллактический угол между фигурами, и при некотором его значении наблюдатель увидит фигуру, которая как бы оторвется от фона и начнет приближаться или удаляться от него. Изменение параллактического угла производится при помощи оптического компенсатора, введенного в одну из ветвей прибора. Момент появления фигуры в поле зрения фиксируется наблюдателем, и соответствующее значение порога стереоскопического зрения появляется на индикаторе.

Рис 3. Автостереограмма

Исследования последних десятилетий в области нейрофизиологии стереоскопического зрения позволили выявить в первичной зрительной коре головного мозга специфические клетки, настроенные на диспарантность. Обнаружены клетки, реагирующие только в том случае, если стимулы попадают точно на корреспондирующие участки двух сетчаток. Клетки второго типа отвечают тогда и только тогда, когда объект расположен дальше точки фиксации. Имеются также клетки, отвечающие только тогда, когда стимул расположен ближе точки фиксации. По-видимому, в первичной зрительной коре могут быть специфические нейроны для разных степеней диспарантности. Все эти клетки обладают также свойством ориентационной избирательности, хорошо реагируют на движущиеся стимулы и на концы линий. По словам Д.Хьюбела, «хотя мы до сих пор не знаем, как именно мозг «реконструирует» сцену, включающую множество разноудаленных объектов, клетки, обладающие чувствительностью к диспарантности, участвуют в первых этапах этого процесса».

При изучении стереопсиса исследователи столкнулись с целым рядом проблем. Оказалось, что обработка некоторых бинокулярных стимулов происходит в зрительной системе совершенно непонятным образом. Например, если вновь обратится к стереопарам, представленным на рис. 37а и 37б, то мы получим ощущение, что в одном случае кружок расположен ближе, в другом – дальше плоскости рамки. Если же две стереопары объединить, т.е. в каждой рамке поместить по два кружка, расположенных друг около друга, то, казалось бы, мы должны видеть один кружок ближе, другой дальше. Однако на самом деле этого не получится: оба кружка видны на том же расстоянии, что и рамка.

Второй пример непредсказуемости бинокулярных эффектов – это так называемая борьба полей зрения. Если на сетчатках правого и левого глаз 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 – на решетку из горизонтальных линий (например, через стереоскоп), то невозможно увидеть оба набора линий одновременно. Виден или тот, или другой, причем каждый из них – лишь в течении нескольких секунд; иногда можно увидеть мозаику этих изображений. Феномен борьбы полей зрения означает, что в тех случаях, когда зрительная система не может объединить изображения на двух сетчатках, она просто отвергает один из образов либо полностью, либо частично.

Итак, для нормального стереоскопического зрения необходимо следующие условия: нормальное функционирование глазодвигательной системы глаз; достаточная острота зрения и не очень большая разница в остроте правого и левого глаз; прочная связь между аккомодацией, конвергенцией и фузией; малое различие в масштабах изображений в левом и правом глазах.

Неравенство размеров или различный масштаб изображений, получаемых на сетчатках правого и левого глаз при рассматривании одного и того же объекта, называется анизейконией . Анизейкония является одной из причин неустойчивости или отсутствия стереоскопического зрения. В основе анизейконии чаще всего лежит различие в рефракции глаз, т.е. анизометрония . Если анизейкония не превышает 2 – 2,5%, то ее можно скоррегировать обычными стигматическими линзами, в противном случае используются анизейконические очки.

Нарушением связи между аккомодацией и конвергенцией – одна из причин появления различных видов косоглазия. Явное косоглазие помимо того, что является косметическим недостатком, как правило, приводит к снижению остроты зрения косящего глаза впоть до его выключения из процесса зрения. Скрытое косоглазие, или гетерофория , не создает косметического дефекта, но может препятствовать стереопсису. Так, лица с гетерофорией более 3° не могут работать с бинокулярными приборами.

Порог стереоскопического зрения характеризуют минимальной разностью параллактических углов Δα, которая еще воспринимается наблюдателем. Связь между Δα (в секундах) и минимальным расстоянием Δl между объектами, которые воспринимаются наблюдателем как разноудаленные, следующая:

,

где b – расстояние между зрачками глаз наблюдателя;
l – расстояние от глаза до ближайшего из рассматриваемых объектов.

Порог стереоскопического зрения зависит от разных факторов: от яркости фона (наибольшая острота наблюдается при яркости фона около 300 кд/м 2), контраста объектов (с увеличением контраста порог глубинного зрения уменьшается), продолжительности наблюдения (рис.4).

Рис 4. Зависимость порога стереоскопического зрения от продолжительности наблюдения

Порог восприятия глубины при оптимальных условиях наблюдения колеблется в пределах от 10 – 12 до 5″ (у отдельных наблюдателей достигает 2 – 5″).

Приняв за порог значение Δα =10″, можно рассчитать максимальное расстояние, на котором глаз еще воспринимает глубину. Это расстояние l = 1400 м (радиус стереоскопического зрения).

Существует несколько способов оценки, определения и исследования стереоскопического зрения:

1) с помощью стереоскопа по таблицам Пульфриха (минимальный порог стереоскопического восприятия, определяемый этим методом, – 15″);
2) с помощью различного вида стереоскопов с набором более точных таблиц с диапазоном измерения – 10 – 90″;
3) с помощью упомянутого выше устройства с использованием рандомизированого фона, исключающего монокулярное наблюдение объектов, погрешность измерения 1 – 2″.

Стереоскопическое зрение – бесценный дар, которым природа наградила человека. Благодаря этому механизму, мы воспринимаем окружающий мир во всей его глубине и многогранности. Объёмное изображение формирует мозг, когда человек рассматривает видимые объекты обоими глазами.

Стереоскопическое зрение дало возможность современному человеку создавать имитации стереоэффекта: 3D-фильмы, стереокартинки и стереофотографии. Всё это делает мир вокруг нас ещё более восхитительным и загадочным.

Что такое стереоскопическое зрение и как оно работает?

Определение стереоскопического зрения

Стереоскопическое зрение – это уникальное свойство органов зрения, которое позволяет увидеть не только размеры объекта в одной плоскости, но и его форму, а также размеры объекта в разных плоскостях. Такое объёмное зрение присуще каждому здоровому человеку: к примеру, если мы видим дом вдалеке, мы можем приблизительно определить, какого он размера и на каком расстоянии от нас находится.

Стереоскопическое зрение – важная функция, которую выполняет человеческий глаз.

Механизм

На сетчатке наших глаз формируется двумерное изображение, тем не менее, человек воспринимает глубину пространства, то есть обладает трёхмерным стереоскопическим зрением.

Мы способны оценивать глубину благодаря разным механизмам. Владея данными о величине предмета, человек способен рассчитать расстояние к нему или понять, какой из объектов находится более близко, путём сравнения угловой величины объекта. Если один предмет находится перед другим и частично его заслоняет, то передний объект воспринимается на более близком расстоянии.

Удалённость предмета можно также определить по такому признаку, как «параллакс» движения. Это кажущееся смещение более далёких и близких предметов при движении головой в разных направлениях. Примером может служить «железнодорожный эффект»: когда мы смотрим из окна движущегося поезда, нам кажется, что скорость близко расположенных предметов больше скорости удалённых объектов. Узнайте также, как развить периферическое зрение в .

Одной из важных функций стереоскопического зрения является ориентация в пространстве. Благодаря возможности видеть предметы объёмно, мы лучше ориентируемся в пространстве.

Если человек утратит восприятие глубины пространства, жизнь его станет опасной.

Стереоскопическое зрение помогает нам во многом, например, в спортивной деятельности. Без оценки себя и окружающих объектов в пространстве станут невозможными выступления гимнастов на брусьях и бревне, прыгуны с шестом не смогут правильно оценивать расстояние до планки, а биатлонисты не способны будут поразить мишень.

Без стереоскопического зрения человек не сможет работать в профессиях, требующих моментальной оценки расстояния, или связанных с быстро движущимися объектами (лётчик, машинист поездов, охотник, стоматолог).

Отклонения

Человек обладает несколькими механизмами оценки глубины. Если какой-либо из механизмов не работает, то это – отклонение от нормы, ведущее к различным ограничениям оценки удалённости предметов и ориентации в пространстве. Наиболее важный механизм восприятия глубины – стереопсис.

Стереопсис

Стереопсис зависит от совместного использования обоих глаз. При рассматривании любой трёхмерной сцены оба глаза формируют различные изображения на сетчатке. В этом можно убедиться, если смотреть прямо вперёд и быстро перемещать голову из стороны в сторону или быстро закрывать поочередно то один, то другой глаз. Если перед вами плоский объект, то особой разницы вы не заметите. Однако если предметы находятся на разном расстоянии от вас, то вы заметите значительные изменения в картине. В процессе стереопсиса мозг сравнивает изображения одной и той же сцены на двух сетчатках и с относительной точностью оценивает их глубину.

Проявление стереопсиса

Диспарантность

Так называют отклонение от положения корреспондирующих точек на сетчатках правого и левого глаза, в которых фиксируется одно и то же изображение. Если отклонение не превышает в горизонтальном направлении 2°, а по вертикали – не более нескольких угловых минут, то человек будет визуально воспринимать одиночную точку в пространстве как расположенную ближе, чем сама точка фиксации. Если же расстояние между проекциями точки меньше, чем между корреспондирующими точками, то человеку будет казаться, что она расположена дальше точки фиксации.

Третий вариант предполагает отклонение более 2°. Если вертикальное направление превышает несколько угловых минут, то мы сможем увидеть 2 отдельные точки, которые будут казаться расположенными ближе или дальше от точки фиксации. Данный эксперимент лежит в основе созданий серии стереоскопических приборов (стереоскоп Уитстона, стереотелевидение, стереодальномеры и пр.).

Проявление диспарантности

Выделяют конвергентную диспаратность (у точек, расположенных ближе точки фиксации) и дивергентную (у точек, расположенных дальше точки фиксации). Распределение диспаратностей по изображению называют картой диспаратностей.

Проверка стереопсиса

Некоторые люди не могут воспринимать глубину объектов с помощью стереоскопа. Свой стереопсис можно проверить с помощью такого рисунка. Таблицы для проверки зрения собраны в .

Если есть стереоскоп, можно сделать копии стереопар, которые на нём изображены, и вставить их в прибор. Второй вариант – перпендикулярно расположить между двумя изображениями одной стереопары тонкий лист картона. Установив их параллельно, можно попытаться смотреть на своё изображение каждым глазом.

Применение стереоскопа

В 1960 году учёный из США Бела Юлеш предложил использовать уникальный способ демонстрации стереоэффекта, исключающий . Этот принцип можно использовать для тренировки стереопсиса. Посмотрите на рисунки-автостереограммы.

Если вы посмотрите вдаль, сквозь рисунок, то увидите стереоскопическую картину.

На базе этого метода создано устройство, позволяющее исследовать порог стереоскопического зрения, – автостереограмма. Существует и модифицированное устройство, которое позволяет очень точно определить порог стереоскопического зрения.

Каждому глазу предлагаются тест-объекты, которые имеют одинаковые области точек и представляют собой фигуру произвольной формы. В том случае, когда значения параллактических углов нулевые, то наблюдатель может увидеть в обобщённом изображении точки, расположенные в произвольном порядке. Он будет не способен выделить на рандомизированном фоне определённую фигуру. Таким образом, монокулярное видение фигуры исключается.

Проведение теста

Переместив один из тест-объектов перпендикулярно оптической оси системы, мы увидим, как изменяется параллактический угол между фигурами. Когда он достигнет определённого значения, наблюдатель сможет увидеть фигуру, как бы отрывающуюся от фона; фигура может также удаляться или приближаться к нему.

Параллактический угол измеряется посредством оптического компенсатора, который введён в одну из ветвей прибора. Когда фигура появляется в поле зрения, её фиксирует наблюдатель, а на индикаторе появляется соответствующий показатель порога стереоскопического зрения.

Нейрофизиология стереоскопического зрения

Исследования в области нейрофизиологии стереоскопического зрения позволили выявить в первичной зрительной коре головного мозга специфические клетки, настроенные на диспаратность. Они могут быть 2 типов:

Кроме того, существуют клетки, реагирующие в том случае, когда стимул находится ближе точки фиксации.

Все типы клеток обладают свойством ориентационной избирательности. Они обладают хорошей реакцией на движущиеся стимулы и концы линий.

Также существует борьба полей зрения. В том случае, когда на сетчатках обоих глаз создаются изображения, сильно различающиеся между собой, то зачастую одно из них вообще перестаёт восприниматься. Это явление означает следующее: если зрительная система не может объединить изображения на обеих сетчатках, то она частично или полностью отвергает один из образов.

Условия для стереоскопического зрения

Для нормального стереоскопического зрения необходимы следующие условия:

• Нормальная работа ;
• Хорошая ;
• Взаимосвязь между аккомодацией, фузией и конвергенцией;
• Незначительное различие в масштабах изображений обоих глаз.

Если на сетчатке обоих глаз при рассматривании одного и того же предмета изображение имеет разные размеры или неодинаковый масштаб, то это называется анизейконией.

Это отклонение является самой частой причиной того, что стереоскопическое зрение становится неустойчивым или теряется. Как восстановить зрение в домашних условиях можно узнать .

Похожие статьи