深度視覺@ 優視力眼視光中心 - 隨意窩

由雙眼訊息來造成深度知覺，會包括兩個步驟，首先由於雙眼距離平均約6公分，所以雙眼的網膜影像會有像差(Binocular disparity)。

接著，再由雙眼像差造成立體視覺( ... 優視力眼視光中心我們優視力家族住在高雄市（台灣地圖上有）楠梓區（用力找一下）惠民路５３號（長的像巷子的路）電話(07)363-9815有視力及眼科的問題都可以留言給我們哦日誌相簿影音好友名片 200806251216深度視覺?醫療保健 Ch7PerceivingDepthandSize 為說明課程內容，本網頁圖表引自SensationandPerception. E.BruceGoldstein 6thedition　 當我們欣賞一幅畫時，我們如何知道畫中物體的遠近關係以及其大小呢？讓我們再回到第一章知覺處理歷程的圓環，試著想想看下面的問題：環境刺激是一個三度空間的訊息；但是投影到網膜上的影像是二度平面的訊息(圖7.1)，因此光是就網膜上的平面影像，是無法確知不同物體間的深度關係，必須要有其它線索。

我們要如何處理這二度平面的訊息，轉成三度空間的知覺呢？在本章就要討論與三度空間有關的深度知覺，以及由深度線索推知的物體大小知覺。

圖7.1 深度知覺 深度知覺的來源，依賴網膜二度空間影像中各種可以提供深度的線索(depthcues)，此種解釋深度知覺的取向稱為cueapproach。

這些線索可以分成以下三類： 1.Oculomotor動眼的cues 眼球肌肉感覺可以帶給我們有關深度的線索，例如在看近物的時候，動眼肌肉控制雙眼輻輳，使得雙眼較向鼻側內旋(convergence)；睫狀肌調節水晶體的曲度，使得水晶體較厚(accommodation)。

這兩種肌肉的感覺，成為提供受凝視物體深度的線索來源，但這種來自眼球肌肉的深度線索僅限於較近距離的物體深度有用。

　 2.Monocular單眼的cues 這類型的線索只需要依賴單眼就可以達成深度知覺的作業。

除了上面所提的水晶體調節也可提供此類線索外，還可以再分為下面兩類： Pictorial繪畫的Cues 經常被運用於美術畫作中的深度線索，主要是在二度空間中表達出三度空間深度的訊息，包括Occlusion、RelativeHeight、CastShadows、RelativeSize、FamiliarSize、AtmosphericPerspective、LinearPerspective和TextureGradient等線索。

當一物體遮蔽另一物體，則受到遮避的物體被知覺為較遠，此種深度線索稱為Occlusion(圖7.2a中尖形高腳杯較花瓶及圓形高腳杯為近)，但此種深度知覺只能得知物體的相對距離，無法獲知絕對距離訊息。

圖7.2 圖7.3中，在水平線下方的三個人像中，以愈高者知覺上離我們愈遠，但在水平線以上，則以愈低者離我們愈遠(雲朵)，這是由相對高度(RelativeHeight)所得到的深度知覺。

同樣地在圖7.2a中，也可發現知覺上離我們較遠的圓形高腳杯相對高度亦較高。

圖7.3 物體投射的陰影(CastShadows)也可幫助我們的深度知覺。

圖7.2b中改將花瓶遮住尖頭高腳杯，結果使得相對高度和遮蔽訊息彼此發生衝突而深度知覺變得模擬兩可，但在圖7.2c中繪製一陰影，便會形成花瓶懸空，但位於尖頭高腳杯的前方。

兩個同樣大小的物體，位於遠處者會較小，觀察者便可利用這種相對大小(RelativeSize)來幫助對深度的知覺。

圖7.4中，若假設三個網球的大小尺寸相同，左下角的球會較遠是因為在相對大小上較小。

圖7.4 我們對不同物體大小的熟悉度也會影響到我們對於深度的知覺，例如圖7.5中不同的硬幣可依大小在同一平面排列，但當在昏暗的照明環境下把硬幣照片設法操弄為同一大小時(圖7.6)，便會覺得左側的一元硬幣離觀察者最近，而右側的五十元硬幣則離最遠。

圖7.5 圖7.6 由於空氣中帶有微粒的關係，因此會使得我們對遠方的物體知覺較不清晰，利用這種Atmosphericperspective也可幫助我們對深度知覺的判斷。

例如圖7.7中，你是否能從這種模糊與否，決定畫家想表達何者為遠方？何者為近景？ 圖7.7 圖7.8為Alberti'swindow，是利用Linearperspective來幫助校正圖畫的深度知覺。

而位於深度愈遠的地方，其線段會有往該點輻輳的現象。

圖7.8 利用紋理(TextureGradient)也會幫助深度知覺，當深度愈遠的點，其地面或物體所在平面的紋理會愈緊湊。

圖7.9告訴我們，當地面紋理訊息存在時，觀察者對目標物的距離判斷相當準確，但當地面成為一個溝，則距離的判別則會發生改變。

圖7.9 Movement-ProducedCues 由運動帶來的深度線索，包括motionparallax(圖7.10)，即左右移動時，就同一隻眼睛而言，離自己近的物體，於retina上的移動較大；相反的，離自己較遠的物體，於retina上的移動較小。

由運動帶來的深度線索，另一個例子是deletion和accretion，這是藉由表面消除(surfacedeletion)及表面重現(surfaceaccretion)帶來的深度知覺。

圖7.10 3.BinocularDepthCues 由雙眼訊息來造成深度知覺，會包括兩個步驟，首先由於雙眼距離平均約6公分，所以雙眼的網膜影像會有像差(Binoculardisparity)。

接著，再由雙眼像差造成立體視覺(Stereopsis)(圖7.11)。

雙眼像差是偵測相對深度最精確有效的線索，也是本章著墨最多的重點，但首先我們要先了解一些基本概念。

圖7.11 DEMONSTRATION 當我們凝視某一個物體，兩眼網膜上的成像會有所不同，這是雙眼像差形成的原因，而利用這種訊息，可以造成我們的立體知覺，幫助我們對深度的判斷。

由於雙眼看同一物體時，兩眼會造成不同的影像，因此如圖7.12，乍看會覺得兩圖相同，但仔細分辨便可察覺有細微的差異，這種細微差異用來模擬實境中兩眼對不同深度物體的投影，而只要能將左右兩圖分別置於左右眼中，則會有深度的知覺。

圖7.12 單眼視網膜上的每一個點，和另一隻眼睛視網膜有一個對應點，稱為Correspondingretinalpoints，這兩個點會連接到大腦皮質同一地區(圖7.13)。

圖7.13 當我們凝視某一個物體，所有距離和這個物體相等的地方稱為凝視平面(horopter)(圖7.14中，Susan，Ralph和Harry落在救生員的凝視平面上)。

凝視平面是一個球狀平面，在凝視平面上的物體，落在雙眼網膜上的影像位置是相對應的，如圖7.15； 圖7.14 圖7.15 在凝視平面前面的物體，所落的雙眼網膜影像會有非常大的像差(圖7.16)；因為其雙眼視線交點位於凝視平面前方，所以稱為crosseddisparity(圖7.17)。

圖7.16 在凝視平面後面的物體，所落的雙眼網膜影像會有比較小的像差；而其雙眼視線交點位於凝視平面後方，所以稱為uncrosseddisparity(圖7.17)。

　圖7.17 由B.Julesz所提出針對隨機點立體圖(random-dotstereogram，RDS，圖7.18)之解釋告訴我們，這些深度知覺作業必須完全依賴雙眼像差的訊息來獲得立體知覺；另一方面也告訴我們，形狀並非深度知覺的先決條件。

　圖7.18 雙眼像差的訊息在大腦中如何被處理呢？研究者在V1找到處理雙眼像差的細胞，稱之為Binoculardepthcells或disparitydetectors，這些細胞會對特定像差所造成的角度有最佳反應，而不同細胞則對不同角度有最佳反應(圖7.19右圖，分別表示對P及Q兩種像差有最佳反應的不同細胞)。

圖7.19 而Levay&Voigt(1988)在貓的V1及V2找到對不同視角的雙眼像差有最大反應的細胞，如圖7.20。

圖7.20 但雖然發現這些disparityselectivecell，並不能保證這些細胞就是負責我們的立體視覺。

Blake和Hirch(1975)利用小貓做了一個發展性的實驗，他們讓小貓在出生的六個月內，都以單眼的方式，兩眼交替看外界，結果在生理的層次上不但發現較少對雙眼反應的細胞數目，在行為上也沒有立體視覺出現。

DeAngelisetal.(1998)也利用MT細胞對同一視差敏感會群聚的特性，經由刺激不同MT細胞，可使猴子的深度判斷出現改變(圖7.21)，來證實對視差敏感的細胞負責立體視覺。

圖7.21 但是在運用雙眼像差的訊息來獲得深度知覺時，也引發了另一個問題。

既然同一物體影像會落在雙眼的不同位置，我們要如何將雙眼訊息整合成同一個物體呢(CorrespondenceProblem)？RDS的現象已經告訴我們，深度知覺不需要依賴物體形狀也可達成，這個問題到目前仍沒有定論。

介紹了這麼多有關深度知覺的線索，要注意的是：每一個線索有其適用的特定範圍(如表7.1)，各種線索相輔相成，但沒有一個線索是不可或缺的。

表7.1 深度知覺的生態觀 為什麼貓、狗、獅子這些動物的眼睛長在前面(frontaleyes)，而兔子、鹿、牛這些動物的眼睛長在側面(lateraleyes)呢？我們可以由生態的觀點來思考：貓、狗、獅子這些動物在生態上扮演獵食者(predator)的角色，在捕捉獵物時需要準確地預估其位置距離，雙眼長在前方有利其立體視覺；對兔子、鹿、牛這些被獵食者(prey)而言，能夠察覺獵食者的出現是重要的，所以寬廣的視野比精確的深度知覺來得重要，因此演化出長在側面的眼睛(圖7.22)。

圖7.22 此外尚有如Notonecta這種潛浮在水面下的昆蟲，除了以水面的振動來幫助距離的判別外，也利用網膜上影像的位置來幫助判別。

如圖7.23，我們可以發現當獵物愈靠近該昆蟲，則網膜上的影像也相對位於較低的位置。

圖7.23 而例如蝙蝠，就不利用視覺的訊息來做深度、距離的判斷，而改依賴聲納系統(圖7.24)。

圖7.24 物體大小知覺 在南極的直昇機飛行員曾有過這樣的經驗：在白雪茫茫的世界中駕駛直昇機，因為錯認地上的火柴盒為卡車，差點造成墜機的意外(圖7.25)。

在Whiteout(或是Ganzfeld)的環境中，由於缺乏context便無法推論距離，造成我們對物體大小的知覺極有可能是不正確的；換句話說，我們視覺中的大小恆常性(sizeconstancy)被破壞了。

圖7.25  Holway&Boring(1941)設計了一個實驗來測量我們對物體大小的知覺。

他們操弄了深度線索的多寡，測量受試者對物體大小的判斷。

利用受試者依據測試圓的大小，來調整比較刺激直徑(圖7.26)。

結果發現受試者所調整的直徑均佔有相同的視角(圖7.27)，因此得到的結論是：在具有深度線索的情況下，受試者的反應遵循著大小恆常性原則；而在深度線索缺乏或不足的情況下，受試者比較傾向於依賴網膜上的成像大小來做判斷。

圖7.26 圖7.27 因此當深度距離線索缺乏或不足的時候，我們傾向於以視網膜上成像大小或視角來做物體大小的判斷。

例如圖7.28中，發生日蝕時的太陽和月亮，看起來一樣大，正是因為我們缺乏距離線索，但因為太陽和月亮佔有同樣的視角而形成同樣大小的知覺。

    圖7.28 而圖7.29告訴我們一件事實，即使觀察者和被觀察的影像距離拉長，使得網膜上的成像大小變得比原來小，但我們仍具有大小恆常，並不會認為網膜上成像的人像變小，則人就變小了。

圖7.29 因此對於大小恆常性的維持，與深度知覺的關係如下：我們對物體大小的知覺(S)，受到retina上成像大小(R)及我們判斷該物體與我們的距離(D)的影響。

這就是Size-distancescaling:S=K(R*D)。

DEMONSTRATION Size-DistanceScalingandEmmert'sLaw 注視圖中的圓圈數十秒後，將目光移至不同的牆或平面上，你會發現，後像的大小會隨著你所注視的平面而有不同，這該如何解釋呢？ 以上的示範，Emmert(1881)以圖7.30來解釋，並稱之為Emmert'slaw。

主要是因為我們在做視覺適應時，所形成的網膜影像大小是固定的，因而網膜上的接受器受激發的大小也固定不變，而經由不同平面看所成的後像，都是由相同的網膜區域投射出去，因此視角維持不變，而根據先前的Size-distancescaling公式，就可了解為何不同平面的後像大小會有所不同。

圖7.30 錯覺 在本章的最後舉出數種有趣的錯覺，例如Muller-Lyerillusion、Ponzoillusion、TheAmesroom、Themoonillusion等等，這些錯覺不僅僅是帶來趣味，更重要的是，我們可從其推導知覺的歷程。

這些錯覺現象都可以用Size-distancescaling來解釋，也就是這些錯覺現象的原因與我們估計物體的深度距離有關。

每個錯覺現象也許還有不同的解釋方式，例如Gregory(1973)以misappliedsizeconstancy來解釋(圖7.31)，將Muller-Lyer的兩個線段分別對應到不同配置方式的牆角來解釋，而Day(1989,1990)提出conflictingcuestheory來解釋Muller-Lyerillusion：我們在判斷物體中某部分的大小時，不僅依賴他們本身的大小訊息，還會參考整個物體的大小(圖7.32)。

圖7.31 圖7.32 Ponzoillusion則是另一個相當著名的錯覺現象。

兩個相同長度的線段，一上一下放在一個無限延伸出去的鐵軌照片上，會發現上方的線段產生較長的錯覺(圖7.33)。

依Gregory的解釋，上方的線段因為在鐵軌的遠方，而佔有同樣的視角，因此表示該線段較長，否則不應佔有同樣的視角。

圖7.33 而對於moonillusion的解釋更是眾說紛紜，在接近地平面的月亮，看起來會比空中的月亮來得大，目前也尚未有一致的解答(圖7.34)。

   圖7.34 /Xuite日誌/回應(0)/引用(0)沒有上一則|日誌首頁|沒有下一則回應 加我為好友日誌相簿影音 我的相簿 h9403009's新文章乾眼症、夜視減退　美公佈「10大不作雷射手術」理由近視雷射宣言的背後為良心還是為商機？近視雷射併發症術後十多年才出現近視雷射手術有併發症？名醫宣布封刀惹議英雷射近視開刀　後遺症案例增別以為孩子近視，日後透過雷射就能一勞永逸垂直隱斜和迴旋隱斜的光學矯正眼鏡和隱形眼鏡度數換算視網膜剝離或稱視網膜脫落是一種會在短期內造成失明的眼科重症什麼是青光眼 全部展開|全部收合 h9403009's新回應沒有新回應！ 關鍵字