视空间知觉实验报告.doc

 l       摘要
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。
本实验将学习对霍瓦-多尔曼深度知觉测试仪的使用，测量比较单双眼的深度知觉差异，并利用公式η=206265aX/[D(D+X)]计算双眼视差角（即深度知觉阈限）的值。
一般情况下双眼深度知觉准确性好于单眼深度知觉。本实验采用两名被试的单双眼实验数据进行分析，其中一名被试的双眼视差角较一般水平大，将在讨论中猜测可能的原因。
实验中的变异刺激起始点采用随机法，以消除动作误差，并采取休息来减少疲劳误差，实验仪器本身也已经消除了除视网膜及视差以外的线索，总体来看，误差对实验结果的影响不大。
       关键词
深度知觉，单眼，双眼，深度知觉测试仪，深度知觉阈限，视差角。
l        引言
深度知觉是指人对物体远近距离即深度的知觉，它的准确性是对于深度线索的敏感程度的综合测定。在外界对象离眼一定距离时，人眼能感受到的深度知觉是受刺激差异程度影响的。 
作为深度知觉的线索多种多样。主要有：
1）单眼视觉线索：遮挡(superposition)，线条透视(linear perspective)，空气透视，明暗，阴影(shadow)，运动级差，结构级差等。
    2）双眼线索：水晶体的调节和双眼视轴的辐合(vergence)两种。
    3）双眼视觉线索(binocular cues)的双眼视差(binocular disparity)是知觉立体物体和两个物体前后相对距离的的主要线索，借助双眼视差比借助上述各种线索更能精细地知觉相对距离，特别是在缺乏其他线索来估计对象距离的时候，双眼视差更为重要。 
当人看远近不同的平面物体时，由于两眼相距约65mm，两眼视象便不完全落到对应部位，这时左眼看物体的左边多一点，右眼看物体的右边多一点，它都偏向鼻侧。这样，在不同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。因为双眼比单眼有更多的深度线索可以参照，所以根据以往的资料和生活实际，均可得到单眼的深度知觉准确性差于双眼。
深度知觉的准确性是对于深度线索的敏感程度的综合测定。以往对于深度知觉准确性的测定主要有以下两种方法：
1）三针实验(three-needle experiment)。次实验是由赫尔姆霍兹(H.V.Helmholtz，1821-1894)设计的。以两针为标准，被试在一定距离外，调节第三根针，使之与前两针在同一平面为止。黑姆霍兹的实验证明像差阈限小于60角度秒。
    2）霍瓦-多尔曼(Haward-Dolman)深度实验。1919年有霍瓦设计的深度知觉测量仪(depth perception apparatus)，代替三针实验。本实验正是采用这种方法。此仪器可测量人视觉深度知觉的能力（深度知觉敏锐度），并且在这种测试条件下，除了双眼视差，即网膜上造成的差异是深度知觉的明显的线索起作用外，排除了其他深度知觉的线索。它可以广泛地应用于与深度知觉有关项目运动员的测试和选拨。
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η=206265aX/[D(D+X)]（单位：弧秒）
a：目间距65mm
D：观察距离。本实验为2000mm（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）
3        方法：
   3.3 实验误差：
变异刺激在标准刺激的前或后，即离被试近或或的顺序与起始点随机化。
被试在眼睛疲劳时进行休息，消除疲劳误差。
可推论，在单眼的深度知觉上，被试间无显著性差异，3.2中的疑问出现在双眼视角差上。
根据公式计算可得η甲=1.122667弧度秒，η乙=30.396499弧度秒。
被试乙的双眼视角差较差。
分析原因，此实验中，被试乙单眼实验由右眼完成，右眼视力正常，左眼有近视，在双眼实验时，左眼看不清实验仪器的立柱，可能导致双眼的深度知觉与单眼深度知觉相似甚至更差。
3.4  深度知觉测试仪基本上除了双眼视差，即网膜上造成的差异是深度知觉的明显的线索外，排除了其他深度知觉的线索，但在实验环境不同时，还是可能有其它线索的存在。
明暗度。对于三根立柱的明暗度无法很好控制，在一定程度上可能造成猜测误差，但影响不会很大。
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，在固定座位时，需要被试自己陈述并调整座位的位置，以减少该线索带来的额误差。
由上述3.3的推论，被试的双眼自身状况可能也会对实验产生一定影响，在选取被试时，有所选择可能更好。

摘要 本实验旨在探究单、双眼视觉线索对深度知觉准确性的影响，并比较和探究其原因，学习测量双眼观察时的深度阈限的视差角。被试为09级本科生5名。实验采用霍瓦-多尔曼深度实验，分别测量被试用单眼（优势眼）和用双眼观察的深度知觉，并计算双眼观察时的深度阈限的视差角。实验结果：1.通过比较双眼线索和单眼线索的深度知觉，验证了单、双眼视觉线索对深度知觉准确性有显著影响，且单眼的深度知觉准确性差于双眼。2.被试双眼观察（观察距离2m）时，深度阈限的视差角平均为16.60弧秒。3.方向对深度视觉的影响不显著。
关键词 深度知觉 双眼线索 单眼线索 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。其线索多种多样，主要有三种。（1）单眼视觉线索，包括遮挡、线条透视、空气透视、明暗和阴影、运动极差、结构极差等。（2）双眼线索，包括水晶体的调节和双眼视轴的辐合两种。（3）双眼视觉线索的双眼视差。深度知觉的准确性是对于深度线索的敏感程度的综合测定。单、双眼观察时深度知觉准确性因视觉线索不同而不同。

最早的深度知觉实验是Hvon Helmholtz于1866年设计的三针实验。后来H．J．Howard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20：l。这足以表明双眼在深度知觉中的优势。
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，而人们任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。
根据前人的研究，本实验做出以下假设：单、双眼视觉线索对深度知觉准确性有显著影响，且单眼的深度知觉准确性差于双眼。

3 结果：

3.1 单、双眼深度知觉准确性比较
表1 单双眼深度知觉比较
变异来源
双眼
单眼
标准误
1.857
5.518
自由度
8

t
8.894

p
<0.05

由上表数据可得，单、双眼的深度知觉准确性存在显著差异，且单眼的深度知觉准确性差于双眼。

3.2 计算各被试的视差角
公式 视差角=206265×b△D/[D×(D+△D)] (弧秒)
b：被试的目间距65mm
D：观察距离，本实验是2000mm
D：视差距离，即判断误差（平均数）
表2 不同被试双眼观察时的视差角
被试
一
二
三
四
五
六
七
八
九
视角差（弧秒）
17.82
13.81
30.03
14.38
5.86
14.21
19.72
20.05
68.84

每个被试的视差角都不相同，正常为16左右。五号被试视力比一般人好得多，但还存在其它因素（如其实验箱中存在额外的视觉线索、实验时观察距离未达到2m等）。九号被试为轻度近视，未配眼镜。去除两名被试的特殊情况，其余7个被试视差角的平均值为16.60。

3.3 分别比较单、双眼观察时，从远到近和从近到远时的深度知觉准确性
表3 不同方向的深度知觉准确性比较
变异来源
双眼
单眼
方向
远-近与近-远
远-近与近-远
自由度
8
8
t
0.713
0.416
p
0.496
0.688
根据上表可得，单、双眼观察时均有p>0.05，所以方向对深度知觉准确性的影响不显著。
4 讨论
4.1 单、双眼视觉线索对深度知觉准确性的影响
本实验显示:单眼的深度知觉准确性显著差于双眼。
单眼视觉线索，包括遮挡、线条透视、空气透视、明暗和阴影、运动极差、结构极差等。在本实验的条件下，被试主要利用对象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。
4.2 双眼视差
两眼之间有一段距离，成人大约为65毫米，在我们注视立体对象时，在左眼和右眼视网膜上的视像不完全落在相应的部位上，出现了不大的差别。右眼对物体的右侧面看得多一些，左眼对物体的左侧面看得多一些，两个视像不能完全重合，而是向相反的方向即向内侧偏斜，这种偏斜称做双眼视差。
　　双眼视物时的这种差异，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。
4.3 结果误差及其原因
首先，样本数量不足，代表性也不足（矫正视力正常，但大部分被试裸眼视力很差）。
其次，实验仪器本身存在不足。（1）仪器内光照不均。（2）移动棒子时发出声音。（3）观察距离、未落实到位。最后，被试的身高，坐姿对结果都有影响。从低角度向上看时，可看到棒子的顶端。这样就可以增加物体高度这一视觉线索。
4.4 深度知觉的实际应用
深度知觉在日常生活中应用很广，深度知觉仪可广泛用于飞行员、炮手、运动员、汽车驾驶员及其他和深度知觉作业有关的工作人员的测试或选拔。
5 结论
5.1 单眼的深度知觉准确性显著差于双眼。
5.2 去除特殊情况，被试视差角的平均值为16.60。
5.3 方向对深度视觉的影响不显著。

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