Binokulinis regėjimas: apibrėžimas, stereopsė ir gylio suvokimas
Atraskite, kaip binokulinis regėjimas ir stereopsė kuria tikslų gylio suvokimą — mechanizmai, praktika ir jų svarba kasdienei orientacijai.
Binokulinis regėjimas – tai regėjimas, kai abi akys dirba kartu ir jų siunčiama informacija smegenyse jungiama į vieningą vaizdą. Dažnai tai reiškia ne tik fizinę dviejų akių buvimą, bet ir gebėjimą suderinti abiejų akių signalus taip, kad susidarytų vienas išsamus regimojo lauko vaizdas. Tai yra įprasta daugeliui stuburinių ir kitų rūšių gyvūnų, kuriems svarbu tiksliai nustatyti atstumą ir erdvinę padėtį.
Žmogaus regos lauko ribos: bendras horizontalaus regėjimo laukas gali siekti apie 200 laipsnių. Apie 120 laipsnių sudaro binokulinį regėjimo lauką (matomą abiem akimis vienu metu), o du šoniniai monoculiniai laukai – apie po 40 laipsnių kiekvienoje pusėje – matomi tik viena akimi. Būtent binokuliniame lauke susidaro erdvinės informacijos perdengimas, kurį smegenys naudoja gylio skaičiavimui.
Stereopsė ir gylio suvokimo mechanizmai
Mūsų regos sistema naudoja paralaksą, t. y. skirtumus tarp abiejų akių matomų vaizdų, kad gautų tikslią informaciją apie gylį. Šį reiškinį vadiname stereopse. Žiūrint į sceną binokuliariai, dėl akių padėties ant galvos kiekviena akis gauna šiek tiek pasislinkusį vaizdą. Smegenys palygina šiuos skirtumus (disparity) ir remiantis jais atkuria objektų atstumus.
Stereopsis paprastai lydi vienareikšmis matymas arba binokulinė sintezė – mes matome vieną vieningą vaizdą, nors kiekviena akis turi savo objekto atvaizdą. Jei abiejų akių vaizdai labai skiriasi, gali vystytis binokulinė varža (rivalry) arba dvejinimasis (diplopia), kai smegenys negali jų sujungti į vieną.
Svarbūs stereopsės ir gylio suvokimo aspektai:
- Binokulinė disparacija – skirtumas tarp atvaizdų, kuriuos formuoja dvi tinklainės. Tai pagrindinis stereopsės šaltinis.
- Kryžminė (crossed) ir nekryžminė (uncrossed) disparacija – nurodo, ar objektas yra arčiau (kryžminė) ar toliau (nekryžminė) nei fiksacijos taškas.
- Panumo zonos – sritis tinklainėje, kurioje nedidelės disparacijos vis dar gali būti sujungtos į vieną vaizdą; už jos ribų atsiranda dvejinimasis.
- Judesio paralaksa – kai žiūrėtojas juda, vienos akies stebimas vaizdas laike keičiasi; tai monoculinarus gylio šaltinis, panašus į binokulinę disparaciją.
- Kiti gylio signalai: perspektyva, uždengimas (occlusion), šešėliai, tekstūros tankis, objekto pažįstamas dydis, šviesos ir šešėlių informacija.
Fiziologija ir akių koordinacija
Binokuliniam regėjimui būtina tiksli akių koordinacija: vergence judesiai (konvergencija ir divergencija) leidžia akių optinėms ašims susikirsti stebimo objekto atžvilgiu, o akomodacija (lęšiuko užlaikymas) padeda sufokusuoti vaizdą. Tarp akių koordinaciją užtikrinančių mechanizmų yra ir smegenų gebėjimas sinchronizuoti nervinius signalus iš abiejų tinklainių.
Klinikiniai aspektai
Problemos, susijusios su binokuliniu regėjimu, gali reikšti rimtų pasekmių gylio suvokimui ir kasdieniam funkcionavimui:
- Žvairumas (strabizmas) – akių ašys nėra suderintos; ilgalaikiai žvairavimo atvejai vaikystėje gali sutrikdyti stereopsę.
- Ambliopija („tingi akis“) – viena akis nusilpsta dėl ilgalaikio nenaudojimo arba didelio regos skirtumo tarp akių; tai gali prarasti arba sumažinti binokulinę funkciją.
- Diplopia – dvigubas matymas, kai smegenys negali sujungti skirtingų atvaizdų.
- Stereoakuitės vertinimas atliekamas testais, pvz., Titmus, Randot ir kitais stereotestais, kurie matuoja mažiausią aptinkamą disparaciją (stereoakuitę).
Intervencijos: akių raumenų chirurgija, ortoptinė terapija, akių pleistravimas (patching) ir regos treniruotės gali pagerinti binokulinį regėjimą, ypač jei pradedama ankstyvoje vaikystėje – yra kritinis vystymosi laikotarpis, kai stereopsis susiformuoja geriausiai.
Evoliucija ir gyvūnų pavyzdžiai
Akinių padėtis ant galvos atspindi ekologinius poreikius: plėšrūnai (pvz., ropliai, daugelis žinduolių) turi priekines akis, kurios sukuria didelį binokulinį lauką ir leidžia tiksliau įvertinti atstumą; grobį medžiojantys paukščiai ir primatai ypač pasikelia iš stereopsės naudos. Priešingai, daugelis grobio gyvūnų turi šonines akis, kad užtikrintų platų regos lauką ir ankstyvą pavojų aptikimą, nors jų binokulinė zona būna siauresnė.
Taikymas technologijose
Žinios apie binokulinį regėjimą ir stereopsę plačiai taikomos:
- 3D kinas, virtuali realybė (VR) ir 3D televizija remiasi stereoskopiniais vaizdais, kurie dirbtinai sukuria disparacijas ir taip sukelia gylio pojūtį.
- Stereokameros ir robotika naudoja dvisferinę vaizdų analizę atstumų matavimui ir erdvinio suvokimo suteikimui.
- Medicina ir oftalmologija naudoja stereotestus diagnostikai ir reabilitacijai.
Stereopsis dažnai vartojama kaip trumpinys binokuliniam gylio suvokimui, tačiau griežtai kalbant, gylio įspūdis gali susidaryti ir monoculinariais mechanizmais (pvz., judesio paralaksa), kai stebėtojas, judėdamas, vienos akies vaizdo pokyčiais gauna erdvinę informaciją. Todėl gylio suvokimas yra daugelio sinergetiškai veikiančių signalų rezultatas.
Apibendrinant, binokulinis regėjimas ir stereopsė suteikia mums itin tikslų erdvinio pasaulio suvokimą, svarbų tiek kasdieniame gyvenime, tiek specializuotose užduotyse. Geras abiejų akių bendradarbiavimas yra būtinas, todėl ankstyva diagnostika ir, prireikus, gydymas gali reikšmingai pagerinti regos kokybę ir gylio suvokimą.
Pora erelio akių.
Balandžio (tipiško grobio gyvūno) ir pelėdos (tipiško plėšrūno) matymo laukas.
Matymo laukas ir akių judesiai
Kai kurie gyvūnai, dažniausiai, bet ne visada plėšrūnai, turi dvi akis, esančias priešingose galvos pusėse, kad turėtų kuo platesnį matymo lauką. Pavyzdžiai - triušiai, buivolai ir antilopės. Tokių gyvūnų akys dažnai juda nepriklausomai, kad padidintų matymo lauką. Net nejudindami akių, kai kurie paukščiai turi 360 laipsnių matymo lauką.
Kitų gyvūnų, dažniausiai, bet ne visada plėšriųjų, abi akys yra priekinėje galvos dalyje, todėl jie gali matyti binokuliniu būdu, o jų regėjimo laukas sumažėja stereopsijos naudai. Pavyzdžiai - žmonės, ereliai, vilkai ir gyvatės.
Kai kurių plėšriųjų gyvūnų, ypač didelių, pavyzdžiui, kašalotų ir banginių žudikų, abi akys yra priešingose galvos pusėse. Kiti gyvūnai, kurie nebūtinai yra plėšrūnai, pavyzdžiui, vaisėdžiai šikšnosparniai ir kai kurie primatai, taip pat turi į priekį nukreiptas akis. Paprastai tai gyvūnai, kuriems reikia smulkiai atskirti gylį ir (arba) jį suvokti, pavyzdžiui, dėl binokulinio regėjimo geriau pavyksta nuskinti pasirinktą vaisių arba surasti ir paimti tam tikrą šaką.
Gyvūnų, kurių akys nukreiptos į priekį, akys paprastai juda kartu. Kai kurie gyvūnai naudoja abi strategijas. Pavyzdžiui, strazdų akys išdėstytos į šonus, kad aprėptų platų regėjimo lauką, bet taip pat gali judinti jas kartu ir nukreipti į priekį, kad jų laukai persidengtų ir būtų galima gauti stereopsis. Nuostabus pavyzdys yra chameleonas, kurio akys yra tarsi ant bokštelių, o kiekviena jų juda nepriklausomai viena nuo kitos, aukštyn arba žemyn, į kairę arba į dešinę. Nepaisant to, medžiodamas chameleonas gali nukreipti abi akis į vieną objektą.
Klausimai ir atsakymai
Klausimas: Kas yra binokuliarinis matymas?
Atsakymas: Binokulinis regėjimas - tai toks regėjimas, kai abi akys kartu sukuria regos lauką, kurį smegenys sudaro iš abiejų akių gaunamų duomenų.
K: Kokią horizontalaus regėjimo lauko dalį žmogus gali matyti dviem akimis?
A: Didžiausias horizontalus matymo laukas, kurį žmonės gali matyti dviem akimis, yra apie 200 laipsnių.
K: Kokią informaciją apie gylį teikia paralaksas?
A: Paralaksas suteikia tikslią informaciją apie gylį, vadinamą stereopse.
K: Kas yra binokulinė sintezė?
A: Binokulinė sintezė yra tada, kai matomas vienas vaizdas, nors kiekviena akis turi savo objekto vaizdą.
K: Kas yra stereopsis?
A: Stereopsis - tai gylio įspūdis, kurį gauname, kai į sceną žiūrime abiem akimis. Pagal kiekvienos akies matomų vaizdų skirtumus apskaičiuojamas regimosios scenos gylis.
K: Kaip veikia judesio paralaxas?
A: Judesio paralaxas veikia sukuriant vieno tinklainės vaizdo skirtumus laikui bėgant, panašiai kaip binokulinis disparitetas, kai stebėtojas judėdamas žiūri į sceną tik viena akimi.
Ieškoti