视觉线索对深度知觉的影响

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2024年6月10日发(作者：)

视觉线索对深度知觉的影响 摘 要 本实验旨在通过对双眼和单眼在深度知觉上的

误差的测定学习使用深度知觉测试仪测量深度知觉阈限并计算深度阈限的视差角探

讨分析双眼和单眼单眼之间在深度辨别中的差异了解双眼视差的生理基础。被试为

华东师范大学本科二年级女生两名。实验采用霍瓦-多尔曼深度实验分别测量被试用

单眼左右眼和用双眼观察的深度知觉实验结果1.单、双眼视觉线索对深度知觉准确

性有显著影响且双眼的深度知觉准确性好于单眼。2.被试双眼观察观察距离2m时深

度阈限的视差角被试1为23.55 弧秒被试2为31.19弧秒。3.刺激远近对于单双眼都有

显著差异。4.左眼与右眼的深度知觉无显著差异。 关键词 深度知觉单眼双眼深度

知觉阈限视差角 1 引言 深度知觉是指人对物体远近距离即深度的知觉。作为深度

知觉的线索有很多人们可以自动利用多种线索形成对深度的知觉三维空间中的物体

结构、相对关系和敏感程度以及双眼的生理变化都是主要的信息来源。主要有以下

三种1单眼视觉线索包括物体的遮挡重叠在前面的近被遮挡者远光亮和阴影的分布

明暗分析近处物体显得亮远处物体显得暗些空气透视近处物体轮廓清晰、细节分明

远处物体不清晰线条透视指对象在空间上的几何投影大小相同的物体近的视角大远

的视角小运动视差即由观察者的位置移动而引起的客体相对运动的知觉各种表面的

组织结构如地面的结构越远越密集构成结构上的梯度给人以深度印象。2双眼线索①

水晶体调节当人眼看远近不同的物体时通过睫状肌改变水晶体的凸度以使视网膜象

清晰。睫状肌的动觉信号传到中枢成为距离的线索。这种线索只在10米以内起作用。

②双眼辐合双眼在注视物体时视轴会聚在对象上看近物时辐合程度大看远物时则辐

合程度小。辐合与其他线索协同作用可以精确地提供距离的信息如双眼辐合与视网

膜象大小相结合远者视轴分散视象小近者辐合程度大视象也大。在不同距离上的两

个大小不等的客体可以有等大的视象但因辐合程度不同也能区分出远近。辐合只在

几十米内起作用。3双眼视觉线索的双眼视差当人看远近不同的平面物体时由于两眼

相距约65mm两眼视像便不完全落到对应部位这时左眼看物体的左边多些右眼看物

体的右边多些它都偏向鼻侧这样不在同一平面上的物体在两眼视网膜上的成像就有

了差异这一差异便称为双眼视差。过去心理学家认为空间距离不能直接被感知到而

必须由单眼和双眼线索间接推断出来J.J.吉布森提出的心理物理对应理论认为观察

者周围光线的变化和分布是空间知觉的直接信息。 最早的深度知觉实验是

Helmholtz于1866年设计的三针实验。后来HHoward J于1919年设计了一个深度知觉

测量器。他测定了106个被试结果发现双眼的平均误差为14.4mm其中误差仅5.5mm

的有14人误差有3.6mm的有24人。但单眼的平均误差则达到 285mm单眼和双眼平均

误差之比为 20l。两只眼睛的视野发生重叠是双眼视差产生的重要基础。物体同时

刺激双眼形成两个独立的网膜视像而人们仍然把它知觉为单一的物体。缪勒1912认

为这是由于物体的同一部分落在两个视网膜上相应点的缘故。此后缪勒和菲特用视

野单向区这一概念来描述能产生视觉融合的空间点。这个点就在两眼焦点和两眼网

膜影像点连线的延长线上。视差角辐合角是双眼视轴在注视点处相交所形成的夹角。

每个人的目间距视焦点间距不同观察相同的事物时视差角也不相同。 1960年

Gibson 和 Walk 以深度知觉为研究对象设计了视崖实验掀起了深度知觉研究的热

潮。实验结果证明6个月大的儿童已经具备了感知深度的能力但是对于知觉的先天性

与后天性问题并不能很好地解释。之后Campos Langer采用更为灵敏的技术心率变化

对婴儿的深度知觉进行研究并发现婴儿深度知觉的发展与其爬行经验有关。之后的

许多实验都表明婴儿深度知觉的先天性和后天性、经验因素对深度知觉的影响目前

并没有一致的看法。更被普遍接受的说法是深度知觉的产生和发展是先天和后天经

验的交互影响。 1959年两篇几乎同时发表的文章掀起了一场有关双眼视觉机制的革

命。首先Hubel和Wiese有关猫纹状皮层存在双眼驱动细胞的报道第一次明确了来自

双眼的视觉信息在很早的阶段就发生汇合。第二个报道是Julesz提出的随机点立体图

这种图排除了立体视觉的单眼线索认为视差是产生立体视的充分条件因此深度感知

的神经机制一定发生在对形状感知之前。神经科学视差敏感细胞分别对水平视差或

垂直视差敏感有些细胞对两者都敏感而垂直视差与水平视差结合可估计出物体与注

视点的相对深度单独由垂直视差可判断出物体的距离和方向垂直视差保证了水平视

差和凝视点的相对关系。 2方法 2.1 被试 本科二年级女生两名佩戴眼镜矫正视力

正常无色盲色弱 优势眼为右眼。 2.2 材料 实验仪器 EP503 深度知觉仪 2.3 实验

程序 1学习使用深度知觉仪被试坐在仪器面前与观察窗保持水平通过观察孔进行观

察以仪器内部三根立柱中两侧的立柱为标准刺激距离被试两米位置固定。以中间一

根立柱为变异刺激先由主试调到某一定的位置然后由被试根据观察自由调节到他认

为三根立柱在同一平面上为止主试记录误差。2在双眼视觉的情况下进行20次实验其

中有10次是变异刺激在前由近向远调整有10次是变异刺激在后由远向近调整顺序以

及距离随机安排求出10次的平均结果。3按照上述程序再分别做左右眼视觉实验20

次并求出平均结果。4主试仔细记录实验结果。 3 结果 被试1η23.55 弧秒 被试

2η31.19 弧秒 表一两被试1、2单双眼数据的平均数和标准差cm 双眼 左眼 右眼 1

2 1 2 1 2 平均数 0.705 0.935 4.0800 4.01 3.5100 4.075 标准差 0.48718 0.27411

2.84598 2.470185 2.91925 2.733635 表二两被试的单双眼远-近、近-远数据的平均数

和标准差cm 双眼 左眼 右眼 被试1 远-近 近-远 远-近 近-远 远-近 近-远 平均

数 1.1 0.31 2.48 5.68 2.25 4.77 标准差 0.32998 0.21318 1.06958 3.20409 1.59042

3.45448 被试2 平均数 0.24 1.09 2.57 5.45 2.36 5.79 标准差 0.29337 0.25485

1.35642 3.58395 1.78335 3.68392 表三对两个被试进行独立样本t检验 被试 因素 t

P df 被试1 左眼右眼 0.625 0.536 38 远-近近-远 双眼左眼 -5.227 0.0001 20.113 双

眼右眼 -4.238 0.0001 20.057 双眼 6.359 0.0001 18 左眼 -2.99 0.012 10.98 右眼

-2.095 0.0044 18 被试2 左眼右眼 0.426 0.632 38 远-近近-远 双眼左眼 -3.245

0.0001 20.342 双眼右眼 -4.762 0.0001 21.463 双眼 4.375 0.006 18 左眼 -2.453

0.009 18 右眼 -2.274 0.0078 18 被试1被试2 双眼 -1.782 0.147 38 左眼 3.275 0.045

38 右眼 2.435 0.018 38 表示有显著差异表示有差异 4讨论 4.1实验误差及控制

4.1.1 动作误差在实验中被试自己操纵实验仪器来自由调节到他认为三根立柱在同

一平面上这一过程需要被试自己操作这就会产生动作误差比如被试是否采用优势手

调节被试是用调节器上的快速调节还是慢速调节这些都会对实验产生影响。实际上

正式实验中被试采用的是优势手即右手一直用的都是调节器的慢速调节。 4.1.2 空

间误差因实验系统所呈现的刺激是视觉的被试坐的位置如果不是正对观察窗口会发

现变异刺激与左右标准刺激的横向距离会有些差异当前后深度距离越小其差异值也

随之减小所以在固定座位时需要被试自己陈述并调整座位的位置要求被试正对仪器

以减少该线索带来的误差。并且在每次实验结束后用手遮住入口以免被试通过宏观

线索影响单眼深度知觉。 4.1.3 练习误差和疲劳误差一对相反的误差 练习误差是由

于实验的多次重复被试逐渐熟悉了实验情景对实验产生了兴趣和学习效果而导致反

应速度加快和准确性逐步提高的一种系统误差。被试在做完实验后表示在刚开始做

单眼实验时根本无法判断刺激的远近但做了几次之后被试找到了规律即观察棒子的

颜色从而判断远近。为了减少练习误差可以让被试在正式实验之前先进行几次练习

熟悉实验过程掌握实验方法。减少练习误差。 疲劳误差与练习误差相反由于实验多

次重复随着实验进程而发展的疲倦或厌烦情绪的影响而导致被试反应速度减慢和准

确性逐步降低的一种系统误差称之为疲劳误差。在这个试验中一共要做20360次且每

次主试都要调节棒子的远近较为耗时因而被试易产生厌烦情绪这时可以让被试在做

完20次一组的实验后休息一段时间以减少疲劳误差。 4.1.4 客观影响因素 实验仪器

本身的限制导致不能很好地模拟大多数单眼线索 并且仪器内光照不均光源在左侧

会影响单眼明暗线索。同时由于实验场地的限制被试的身高、坐姿都会对深度判断

产生影响有些被试比较高这会导致一直保持一个不舒服的姿势会影响被试的心境进

而影响被试的实验结果。 4.2 数据分析 4.2.1 对每个被试的左右眼进行独立样本t

检验的结果可知左眼与右眼的深度知觉无显著差异。我们知道通常人眼在观察外界

物体时两眼所起作用往往不同地位并不平等其中一眼在一定程度上占有优势注视目

标物成为定位的主要负担者是为主眼。由数据可知此被试在深度知觉上并没有左右

眼差异主眼与否可能和深度知觉无关。但是这里被试量较少若有可能可以增加被试

量探究。 4.2.2 对每个被试的双眼、左右眼的远-近、近-远两因素进行独立样本t检

验的结果可知远近近远的位置有显著差异实验设计时远近近远都是随机进行所以可

以排除被试主观远近期望并且由实验结果可以看出单眼由远及近的结果显著小于由

近及远的结果而双眼则没有规律于是本人提出疑问“深度知觉对于单眼而言在深度

的程度上是否有一定规律即深度较近和深度较远的差异或进一步能否找到知觉与深

度程度的数量关系”但是这一结果也有可能只是个人的差异不能推广到整体所以可

以增加被试量探究。 4.2.3 对双眼与右眼双眼与左眼进行独立样本t检验的结果可知

双眼与单眼都有显著差异且双眼深度知觉的准确性明显好于单眼这与与前人研究和

神经科学的研究结果相符。可能的原因是在本实验的条件下被试主要利用杆子的大

小和明暗进行判断其余的线索都不存在。双眼视觉线索除了双眼视差还有水晶体的

调节和双眼视轴的辐合。双眼提供的线索是判断深度知觉的最主要的线索 所以单眼

对深度知觉准确性远低于双眼。关于双眼视差由于人的两只眼睛相距大约65mm当

人们用双眼观察物体时物体分别在两只眼睛的视网膜上成像。有时候两个像正好落

在对应点上形成了单一融合的视像有时候落在非对称点上于是形成了不同程度的视

差。由此可见物体在两眼视网膜上的影像并不是完全重叠的。这些不重叠的信息通

过视神经到达视交叉。而人类的视神经中只有来自鼻翼的那部分交叉工作来自颞侧

的不交叉形成了半交叉现象。因此来自双眼的不重叠信息在视觉皮层处汇聚导致了

双眼视差进而转化为神经冲动传入大脑经过大脑皮层的分析、综合活动才产生了深

度知觉。可见在二维空间的视网膜上立体物是两个稍有差别的平面物像。只是在经

过大脑的加工之后才有了深度知觉。 4.2.4 对两个被试的双眼、左眼、右眼分别进

行独立样本t检验可知两个被试的双眼深度知觉无显著差异而右眼和左眼有差异。双

眼差异不显著可能是因为两个被试的深度知觉都较高之间差异不明显左眼和右眼的

差异可能来自于误差也有可能是被试之间的深度知觉的差异可以增加被试量进行研

究。 4.2.5 深度知觉阈限是用双眼视角差来表示的。 用a代表双眼间的距离F代表相

应的变异刺激F′代表两根标准刺激中的一根。R代表与双眼轴垂直相交的至F的距离。

δ代表在F与F′间垂直相交的距离差。θ2代表左眼视线至两个对象的视角θ1代表右眼

视线至两个对象的视角。由此可知θ2—θ1即为视角差即相应于两眼对两个对象的视

线。θ2—θ1在理想情况下是以角单位表示的两个对象间的网膜上距离的标尺。 在弧

度计算时若计算到弧秒就应该乘上206 265这一转换系数。公式为 视差角

η206265aX/DDX单位弧秒 a目间距65mm D观察距离本实验为2m被试与仪器标尺零

点距离非观察窗口距离 X视差距离即判断误差平均数 由实验数据可得出被试1的

视角差为23.55弧秒被试2的视角差为31.19弧秒。 4.4 深度知觉测试仪有待改进之处

4.4.1 配套设备 建议增加一个医用测视力汤勺由于测量单眼时被试多采取用自己的

手捂住一只眼睛或单眼闭上等方法不排除有被试为了更准确数值而违规的行为降低

了实验的信度。 4.4.2 设备本身 建议使用数码读数法降低调节时的机器噪声。人工

读数存在错误和不精确等现象。在调节远近时机器发出的声音较大且只有一个遥控

器反复在主被试间传递使用导致被试能够通过记忆主试调节铁杆的时间推断远近达

不到测量视觉深度知觉的目的。 4.5 深度知觉研究实际应用价值的实例 在临床些

儿童生来有深度知觉方面的缺陷比如间歇性外斜视儿童患者其近距离立体视良好

中、远距离立体视不良及早手术后会有较大改善分别检查不同距离的立体视就是考

察的重要指标。 在许多需要较高视觉注意力的职业中如汽车司机的视深度知觉与安

全行车状况呈显著正相关深度知觉对于挑选海员具有很好的鉴别力部队人员立体视

功要求状良好所以入伍时进行立体视觉检查对保证部队兵员质量非常必要。 在计算

机中的应用已经很普遍如人工智能3d界面等。 4.6 个人疑问 在实验之后提出以下

疑惑1仪器的环境是白色的光亮那么这是被试在有光线环境下的深度知觉的结果那

么如果在完全黑暗情况下观察银光棒结果有会是如何呢2被试与仪器的距离控制在2

米这个距离是如何定出来的书本并没有给出解释。这个距离适合视力为多少的被试

才具有可比性呢因为对于大量被试来说各自的视力是不同的而视力高低对实验也会

产生影响。3被试所反映的单眼时以颜色明暗度判断远近这是否违背了实验本身的原

理即这已经不是深度知觉的实验了前面提到让被试进行练习是为了消除组内误差单

眼但这会影响组间单眼与双眼之间的关系所以如果违背该如何消除影响。 5 结论 1.

单、双眼视觉线索对深度知觉准确性有显著影响且双眼的深度知觉准确性好于单眼。

2.被试双眼观察观察距离 2m时深度阈限的视差角被试1为23.55 弧秒被试2为31.19

弧秒。 3.刺激由远及近、由近及远对于单双眼都有显著差异。 4.左眼与右眼的深度

知觉无显著差异。 6参考文献 1.杨治良.心理实验学.杭州浙江教育出版社1988 2. 郭

秀艳.杨治良.心理实验学.人民教育出版社 7附录 略

本文标签： 实验距离误差物体线索