双眼视差与立体视觉

双眼视差与立体视觉

2010-06-25 16:38

(1)双眼视差

指由于正常的瞳孔距离和注视角度不同，造成左右眼视网膜上的物像存在一定程度的水平差异。在观察立体视标的时候，两只眼由于相距约60mm，所以会从不同角度观察，左眼看到视标的左侧部分多一些，右眼看到右侧的部分多一些。这种在双眼视网膜结像出现微小的水平像位差，称为双眼视差(tfinocular parallax)或立体视差(stereoscopic vision)。视差常用角度单位表示(1度等于60’；1’等于60")，视差是属于深度信息的客观物理现象，所产生的主要是水平视差即是产生立体视觉的生理基础。一般在双眼黄斑与黄斑对应点上查到的视差称为零视差。(zero parallax)在单视圆注视点前与后的物像刺激两眼视网膜的非对应点而形成的视差称为交叉视差与非交叉视差。位于注视点前的物像落在双眼的黄斑颞侧网膜，为交叉视差，位于注视点后的物像落在双眼的黄斑鼻侧网膜，则为非交叉视差，正是由此形成Panum对应感觉区的前、后界。颜少明《立体视觉检查图》中的交叉视差和非交叉视差检查图即按此原理设计，其正常值均为100’～150’。

(2)立体视觉

又称深度觉、空间视觉，是由于Panum对应感觉区内，存在轻微视差的物像刺激双眼视网膜对应点，大脑才能由此产生对该物体三维空间的立体形状及判断其位置远近距离关系的感知能力。

传统理论认为立体视觉是第Ⅲ级即最高级别的双眼视觉。立体视觉研究多偏重于根据几何光学原理，双眼的视差范围等，很少涉及视网膜以上的视觉系统和双眼的信息匹配。

自从20世纪60年代美国贝尔实验室的信息学家Julesz利用计算机研究发明随机点立体图对(RDS)，树立了立体视觉走向信息科学的一个里程碑。研究证实了双眼视差是产生立体视的基础，同时也揭示了图像识别是人类视觉系统最高级的功能，它涉及最高级的信息加工过程-感知、记忆、认识搜索、形成概念及对图像再认识。立体深度知觉则被认为是在二维图形识别之前的初级视功能，挑战了立体视觉是双眼视觉最高阶段的经典理论。

20世纪70年代受傅里叶光学(Fourier optics)信息加工的影响，双眼视觉的研究也逐渐从几何光学的“视差”领域进入物理光学“空间频率”(spatial frequency)的领域。尤其是从人工智能的角度赋予了立体视觉崭新的研究方法——视觉计算理论。

20世纪80年代美国麻省理工学院人工智能实验室的马尔(Mart)提出了一种视觉计算理论，首先成功地应用在双眼匹配上，使两张有视差的平面图完全由计算机根据视觉计算理论产生有深度的立体图形。    

我国郑竺英从自己的研究和引述浙江大学葛霁光的研究结果分析，从物理光学的角度探讨了空间频率(频差)与立体视觉的关系，发现视差和频差存在对应关系，认为频率效应可以克服视差。根据立体图对傅里叶分析，再结合频差克服视差心理物理实验以及人的视觉系统所存在的空问频率通道，认为视觉系统在加工深度信息时，可根据图像的空间频率表象对客观存在的深度线索一双眼视差．进行频差分析和综合。可以由此推测，深度知觉不是由视网膜像位置上的差异造成的，而是由大脑皮质神经元对两个视网膜像空间频率的差别进行比较和分析产生的。可以说，立体视觉的形成是涉及视皮质以外大脑高级整合区的一项复杂的认知过程，是相对独立的双眼视觉的最高阶段。