深度知觉(Depth Perception)
视觉感知物体的距离和立体感的能力
判断物体距离多远、有多大的能力,对于我们在日常生活中正确操作物体至关重要。例如,在开车时测量与其他车辆的距离,或者在接球时判断其位置,都需要深度知觉。
深度知觉是人类和动物把握环境立体结构的重要视觉功能。从19世纪到20世纪, 心理学心理学家和生理学家研究了深度知觉的机制,并在此过程中发现了多种线索(深度线索)。
深度知觉是我们视觉上识别物体距离、形状和立体感的能力。这是通过双眼视差、运动视差、阴影、重叠和线性透视等视觉线索实现的。双眼视差是利用左右眼从不同视角观察物体所产生的视差来判断深度的方法。运动视差则是利用我们在移动时,近处物体看起来比远处物体移动得更快的现象。
在深度知觉的研究中,使用立体图(立体视觉图像)进行实验是很常见的。通过向受试者的左右眼呈现不同的图像,观察他们如何根据视差来感知深度。研究结果表明,视觉皮层的特定神经元负责处理双眼视差,并发挥着整合深度信息的作用。
深度知觉是视觉信息处理中的一个重要研究课题。双眼视差利用左右眼看到的图像差异,在视觉皮层中计算深度。视觉皮层的神经元整合这些视差信息,从而识别物体的立体结构。此外,运动视差、阴影和线性透视等线索也会在视觉皮层中被处理,以补充深度知觉。
投射到视网膜上的图像虽然是二维平面图像,但人类却能感知到三维世界。照片和电视等也是平面图像,但我们能感知到深度。人类从平面图像信息中用于感知深度的线索,可分为单眼线索和双眼线索。
单眼深度知觉
相对大小……如果知道目标的大小,就可以根据所见目标的尺寸来推测其距离。
重叠……当一个目标遮挡了另一个目标的一部分时,被遮挡的目标会被感知为在后方。
线性透视……平行线越远,宽度就越窄,并汇聚于一点。
大气透视法……远处的物体会变得模糊或颜色变淡,清晰度降低。
纹理梯度……当地板或天花板等表面布满均匀的图案时,距离越远,纹理看起来就越细腻。
运动视差……当移动的观察者注视某个物体时,比注视目标更远的物体看起来会与观察者朝同一方向移动,而比注视目标更近的物体则看起来会与观察者朝相反方向移动。
此外,阴影、明暗变化以及晶状体厚度的调节量等,也是深度感的重要线索。
双眼深度知觉
辐辏……当双眼凝视一点时,两视线交汇的角度称为辐辏角。当凝视点较近时,辐辏角变大;当凝视点较远时,辐辏角变小。此时动眼肌的紧张度成为深度线索。
双眼视差……由于人类的双眼左右分开,用双眼观察同一物体时,左右眼的视网膜上投影会略有偏移。这种偏移称为双眼视差或双眼视网膜视差。通过大脑处理这种双眼视差,我们就能将物体感知为具有深度的立体图像。
平面观察的深度知觉畸变
用单组物镜的体视显微镜观察平面物体时,人眼感知到的像并非平面,而是呈现中间凸起的曲面形态,造成立体深度知觉(奥行知覚)错乱,是这类体视显微镜的核心短板。