научная статья по теме СТЕРЕООСТРОТА ЗРЕНИЯ: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ, ВОЗРАСТНАЯ ДИНАМИКА Биология

Текст научной статьи на тему «СТЕРЕООСТРОТА ЗРЕНИЯ: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ, ВОЗРАСТНАЯ ДИНАМИКА»

СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2012, том 26, № 4, с. 259-279

ОБЗОР

УДК 612.843.72

СТЕРЕООСТРОТА ЗРЕНИЯ: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ, ВОЗРАСТНАЯ ДИНАМИКА

© 2012 г. М. А. Грачёва, Г. И. Рожкова

Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН 127994 Москва, пер. Б. Каретный, 19 E-mail: gir@ iitp.ru

Поступила в редакцию 07.05.2012 г.

На протяжении последних десятилетий физиологи и оптометристы предпринимали немало усилий для оценки остроты стереозрения человека. В обзоре суммированы и проанализированы многочисленные данные по измерению стереопорогов у детей и взрослых и зависимости пороговых значений диспаратности от параметров тестовых стимулов и условий их наблюдения. Отмечены достижения в исследовании стереозрения младенцев грудного возраста и дошкольников. Однако еще остается много пробелов даже в общей схеме взаимодействия механизмов, определяющих стереоостроту и ее возрастную динамику. Основной причиной медленного прогресса являются методические трудности измерения стереопорогов из-за их малой величины. В связи с этим значительное внимание в статье уделено существующим методам оценки стереоостроты зрения и перспективам их развития с учетом компьютеризации измерительных процедур.

Ключевые слова: оптометрия, стереоострота зрения, возрастная динамика, методы измерения, компьютеризация, субпиксельные диспаратности.

ВВЕДЕНИЕ

Исследованию стереозрения человека, т.е. его способности воспринимать внешнее окружение как пространство, заполненное трехмерными объектами, расположенными на разном удалении от глаз и друг от друга, посвящено огромное число работ, относящихся к таким областям науки, как физиологическая оптика, психофизика, нейрофизиология, теоретическая и клиническая офтальмология, стереоскопия. Примерно до последней четверти XX века вопросами сте-реозрения занимался довольно узкий круг специалистов - в основном представители фундаментальной науки и стереоскопической техники. В научных лабораториях изучались оптические и мозговые механизмы стереозрения у человека и различных животных, оценивались их функциональные возможности, а в технических учреждениях разрабатывались разнообразные приборы, позволяющие использовать особенности стереовосприятия человека в отдельных видах профессиональной деятельности (для повышения точности измерений и большей наглядности: архитектура, геодезия, аэрофотосъемка, кристал-

лография, криминалистика) и в искусстве кино (Клементьев, 1952; Валюс, 1962, 1986; Майоров, 2011). По мере накопления знаний о механизмах стереозрения и развития стереоскопической техники круг людей, заинтересованных или озабоченных различными аспектами стереовосприя-тия, постепенно расширялся, и к настоящему времени проблемы стереозрения явно или неявно касаются буквально каждого цивилизованного человека.

Из числа принципиальных изменений в общих представлениях о физиологии пространственного зрения отметим, во-первых, сложившуюся к настоящему времени концепцию о множественности мозговых механизмов анализа зрительной пространственной информации, параллельно функционирующих в процессе формирования видимых образов, и, во-вторых, признание того факта, что базовые механизмы стереозрения начинают работать у человека очень рано - буквально в первые месяцы жизни - и развиваются быстрыми темпами. Из этого следует, что состояние сте-реозрения у детей нужно контролировать почти с рождения, притом достаточно часто, применяя

целый набор тестов для оценки качества работы разных параллельных каналов. Задача разработки такого набора тестов не только далека от завершения, но и не всеми оптометристами осознается в полной мере, поэтому прогресс идет не слишком быстро. За рубежом сравнительно успешно ведется работа по созданию и внедрению скрининго-вых стереотестов для детей грудного и младшего дошкольного возраста.

Что же касается техники, то в последние два десятилетия наблюдалось быстрое проникновение стереотехнологий (называемых часто 3D-тех-нологиями) не только в новые профессиональные области, но и в разные сферы социальной жизни - обучение, спорт, развлекательную индустрию. Уже десятки фирм выпускают основанные на разных принципах 3D-телевизоры, фотоаппараты, видеокамеры, проекторы, разнообразные 3D-тренажеры, устройства для дистанционного управления сложными манипуляторами в опасной для жизни среде, для проведения хирургических операций. В результате массового освоения 3D-техники выяснилось, что далеко не все люди способны успешно с ней работать или получать удовольствие от компьютерных 3D-игр и стерео-кинофильмов. Это обстоятельство поставило на повестку дня две взаимосвязанных задачи: обеспечение полноценного исследования стреозрения пользователей для прогнозирования проблем с 3D-техникой и наилучшее возможное согласование характеристик этой техники со свойствами механизмов стереозрения человека. Решение этих задач требует разработки методов оценки стерео-зрения, пригодных для массового использования в широком возрастном диапазоне и позволяющих провести необходимые измерения за достаточно короткое время.

Без сомнения, одним из естественных и важных показателей функционирования механизмов стереозрения является стереоострота, проблемам измерения которой посвящен данный обзор. К сожалению, общепринятых стандартных тестов для оценки этой способности в настоящее время нет. Как в научной, так и в клинической работе разные исследователи используют разные средства - либо оригинальные собственные разработки, либо коммерческие тесты, различающиеся по своим критическим параметрам, либо самодельные модификации коммерческих тестов. Это создает большие трудности в сравнительном анализе результатов разных исследований, систематизации полученных данных и создании адекватных представлений о влиянии различных факторов на стереоостроту зрения. Тем не менее, такую работу

необходимо проводить, как для развития теоретических представлений, так и для создания основ стандартизации измерений и разработки тестов, которые позволят обеспечить доступность и массовость измерений стереоостроты зрения у детей и взрослых.

В данной статье предпринята попытка проанализировать имеющуюся литературу по измерению стереоостоты зрения. Но прежде чем перейти к изложению и обсуждению экспериментальных результатов, полученных разными авторами, имеет смысл рассмотреть основные определения, фигурирующие в литературе по данной тематике. В следующем разделе приведены краткие определения основных понятий, которых мы будем придерживаться. К сожалению, ряду терминов трудно дать однозначные толкования, и потому между разными научными школами имеются разногласия. Кроме того, до настоящего времени еще встречается некорректное употребление узкопрофильными специалистами терминов, введенных специалистами из смежных областей, акцентирующими внимание на "своих" аспектах стерео-зрения.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Стереоострота зрения, острота стереозрения, острота глубинного зрения - это количественная характеристика способности зрительной системы замечать малые различия в расположении объектов по глубине.

Стереозрение, стереопсис, пространственное зрение, глубинное зрение - это синонимы, обозначающие способность воспринимать объемную форму предметов, различать относительную и абсолютную удаленность рассматриваемых объектов. Термин stereos переводится с греческого языка как телесный, твердый, прочный, объемный, пространственный. Будучи составной частью сложных слов, stereo может означать одно из двух свойств: постоянство (стереотип) либо отношение к восприятию или отображению объемности предметов и их пространственного расположения по глубине (стереоагнозия, стереозрение, стереофония). Мы разделяем точку зрения авторов, которые признают, что стереозре-ние бывает как бинокулярным, так и монокулярным (обоснование этой точки зрения приведено ниже).

Монокулярное зрение - это зрение одним глазом с формированием видимого образа на основе информации, поступающей в мозг от этого глаза.

Бинокулярное зрение - это зрение двумя глазами с формированием единого образа на основе совместной переработки информации, поступающей от обоих глаз.

Стереоскопическое зрение - способность определять объемную форму и глубину на основе различия двух сетчаточных изображений.

На рис. 1 приведена схема взаимоотношений между указанными понятиями (подразумевающими соответствующие механизмы), которая основана на четких критериях их различения. Прежде всего, все механизмы зрения можно однозначно подразделить на монокулярные и бинокулярные на том основании, что первые могут функционировать, получая информацию от одного глаза, а вторым для успешной работы нужно поступление сигналов от обоих глаз. (Правда, есть еще так называемые монобинокулярные механизмы переработки информации, которые успешно функционируют при поступлении зрительных сигналов из любого источника - левого глаза, правого глаза, обоих глаз. В монокулярных условиях наблюдения эти каналы функционируют как монокулярные, в бинокулярных - как бинокулярные). Далее, среди всех монокулярных и бинокулярных механизмов можно выделить модули, относящиеся к стереозрению, или глубинному зрению. Эти два термина представляются нам тождественными, но некоторые авторы считают понятие сте-реозрения более общим, связывая глубинное зрение только с различением глубины расположения объектов, т.е. с оценкой их относительных позиций по глубине, и отделяя эту способность от способности определять абсолютное расстояние до объектов, которая тоже входит в понятие сте-реозрение. Признавая специфичность мозговых механизмов оценки абсолютных и относительных расстояний, мы полагаем, что они неразделимы: в воспринимаемых образах относительный сдвиг объектов по глубине всегда представлен как различие видимых абсолютный расстояний.

Монокулярные и бинокулярные модули стерео-зрения работают на разных принципах, но вносят вклад в решение общей задачи - определить трехмерную форму объектов и их расположение по глубине. Некоторая путаница понятий, относящихся к стереозрению, иногда возникает в связи с тем, что сложившейся системы их употребления пока нет. Например,

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком