視像融合與競(jìng)爭(zhēng)

——立體視覺漫談（四）

我們雖有兩只眼睛,，卻并不把物體看成是雙的。生活中我們并不意識(shí)到自己是在用兩只眼睛看東西,，好象物體是由一只眼睛看到的,。為了研究問題方便，我們用一只假想的眼睛來代替兩只眼的功能,，這只假想的眼睛叫做“中央眼”,，它位于前額正中央，鼻梁上方,。如果將兩眼的視網(wǎng)膜重疊起來,，使兩個(gè)中央窩及相應(yīng)部位吻合，那么這個(gè)重疊的視網(wǎng)膜就代表中央眼的視網(wǎng)膜,。兩視網(wǎng)膜重疊后互相吻合的點(diǎn)叫做相應(yīng)點(diǎn),，如圖4-1中的a1、a2,；b1,、b2等，不能吻合的點(diǎn)叫做非相應(yīng)點(diǎn),，如a1,、b2；a2,、b1等,。中央眼是進(jìn)行視覺空間定向的重要依據(jù)。視覺的方向既不是左眼,、也不是右眼決定的,，而是以自己的身體為中心，把中央眼的中央窩向前投射的方向線作為視覺的正前方（即中央眼的視軸）,。

圖 4-1

當(dāng)我們注視某一物體時(shí),，遠(yuǎn)于或者近于這個(gè)物體的另一物體將被看成雙像，這種現(xiàn)象叫做“復(fù)視”,。例如我們?cè)谑覂?nèi)看一個(gè)較遠(yuǎn)的物體（如：落地?zé)簦r(shí),，同時(shí)把食指放在眼前約一尺遠(yuǎn)處，食指便被看成是雙的,。這時(shí)如果閉上右眼,，左邊的像消失；閉上左眼,，右邊的像消失,。這種復(fù)視叫做交叉復(fù)視，因?yàn)樽笙駚碜杂已?，右像來自左眼（圖4-2A）,。如果注視（即盯住看）食指,，遠(yuǎn)處的物體（如：落地?zé)簦?huì)出現(xiàn)雙像。這時(shí)如果閉上右眼,，右邊的像消失,；閉上左眼，左邊的像消失,。這種復(fù)視叫做“非交叉復(fù)視”,，因?yàn)檫@時(shí)左像來自左眼，右像來自右眼（圖4-2B）,。

圖 4-2

                                           圖4-3                              圖4-４

用O代表遠(yuǎn)處的落地?zé)?，P代表手指。圖4-3中,，由于右眼的位置在中央眼的右側(cè),，從這個(gè)角度同時(shí)看O和P兩個(gè)物體，當(dāng)注視點(diǎn)為O時(shí)（右眼視軸通過O）,，近處的P點(diǎn)在右眼視網(wǎng)膜上的視像為P₁,，把右眼移到中央眼位置（OF₁與OF重合）時(shí)， P₁感知的位置在P₁’,，即右眼感知P點(diǎn)的像在P點(diǎn)左側(cè)?。▓D4-３）。

同樣道理,，用左眼看O和P的情況如圖4-４,。當(dāng)注視點(diǎn)為Ｏ時(shí)（左眼視軸通過O），近處的Ｐ點(diǎn)在左眼的視像為P₂,，把左眼移到中央眼位置（OF₂與OF重合）時(shí),， P₂感知的位置在P₂’，即左眼感知Ｐ點(diǎn)的像在Ｐ點(diǎn)右側(cè)（圖4-４）,。

圖4-5

將上述兩種情況綜合起來,，如圖4-5。雙眼注視遠(yuǎn)處物體O,，視像落在兩眼中央窩F F處,，即落在中央眼的中央窩F處。近處物體P的視像落在每只眼中央窩的顳側(cè)（遠(yuǎn)離鼻梁的一側(cè)）,，即中央眼的P P處,。P P為兩眼的非相應(yīng)點(diǎn)，而且不在兩個(gè)視網(wǎng)膜的同側(cè),，結(jié)果是P在不同的方向線上出現(xiàn)雙像,。右眼P的視像出現(xiàn)在O的左側(cè)，左眼P的視像出現(xiàn)在O的右側(cè)。這時(shí)的雙像是交叉復(fù)視,。

圖4-6                        圖4-7

現(xiàn)在,，把注視點(diǎn)改在P點(diǎn)（視軸通過P），圖4-6,。Ｐ點(diǎn)的視像落在右眼中央窩F₁,。Ｏ點(diǎn)的視像落在右眼中央窩的左側(cè)O₁處,。將右眼移到中央眼位置（PF₁與PF重合）,，這時(shí)O₁感知的位置在O₁’, 即右眼感知O點(diǎn)的像在O點(diǎn)右側(cè)　（圖4-6）,。

同樣道理,，用左眼看O和P的情況如圖4-7。當(dāng)注視點(diǎn)為P時(shí)（左眼視軸通過P）,，遠(yuǎn)處的O點(diǎn)在左眼的視像為O₂,，把左眼移到中央眼位置（PF₂與PF重合）時(shí)，O₂感知的位置在O₂’,，即左眼感知O點(diǎn)的像在Ｐ點(diǎn)左側(cè)（圖4-7）,。

 圖4-8

綜上所述，如圖4-8所示雙眼注視P時(shí),，它的視像落在中央眼的F處,，遠(yuǎn)處物體O的視像落在每只眼中央窩的鼻側(cè)，即中央眼的O O處,。O為右眼的視像,，出現(xiàn)在P的右側(cè)；O為左眼的視像,，出現(xiàn)在P的左側(cè),。這時(shí)的雙像為非交叉復(fù)視。

在上述的交叉復(fù)視實(shí)驗(yàn)中,，當(dāng)注視遠(yuǎn)處物體而手指出現(xiàn)雙像時(shí),，如果將手指向遠(yuǎn)處的物體移動(dòng)，則雙像間的距離逐漸減小,，即雙像逐漸向中間靠攏,。由圖4-5可知，這是由于P點(diǎn)越接近O點(diǎn),，它投射在兩眼視網(wǎng)膜上的像P P也越接近兩眼的中央窩F F,。當(dāng)P與O之間的距離小到一定程度時(shí)，P點(diǎn)的雙像變成一個(gè)單一的視像,。這種現(xiàn)象叫做雙眼視像的融合,。融合現(xiàn)象從非交叉復(fù)視實(shí)驗(yàn)中也能得到。這時(shí)只需使O點(diǎn)逐漸向P移近。融合現(xiàn)象說明,，在中央窩附近存在著一個(gè)很小的區(qū)域,，兩個(gè)視像雖然分別作用在兩個(gè)視網(wǎng)膜的不相應(yīng)點(diǎn)，但只要不超出這個(gè)區(qū)域,，大腦就能將它們合成單一的視像而不出現(xiàn)復(fù)視,。這個(gè)區(qū)域叫做佩牛母（Panum）區(qū)。佩牛母區(qū)的大小在視網(wǎng)膜的不同部位往往是不同的,。實(shí)驗(yàn)表明,，一般人的視網(wǎng)膜中央窩部分佩牛母區(qū)小于5分角。在離中央窩水平方向10度角時(shí),，佩牛母區(qū)可超過10分角（圖4-9）,。離開中央窩越遠(yuǎn)，佩牛母區(qū)就越大,。

圖 4-9

融合現(xiàn)象還可以這樣來驗(yàn)證：將圖4-10A中每組的兩個(gè)圖形中間加一塊擋板,，觀察時(shí)使左眼和右眼分別在檔板的兩側(cè)，這樣每只眼睛將只能看到其中的一個(gè)圖形（圖4-10B）,。調(diào)節(jié)兩圖形間的水平距離,，當(dāng)這個(gè)距離合適時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)融合現(xiàn)象,，兩只眼睛看到的是一個(gè)單一的圖形,，如圖4-10A等號(hào)右邊所示的結(jié)果。同時(shí)還會(huì)發(fā)現(xiàn),，如果兩張圖沿水平方向的位移形成了一定的雙眼視差,，融合后的圖形會(huì)從背景中分離出來，浮現(xiàn)在背景前

    （A）                                （B）

圖 4-10

面或凹陷在背景后面（圖4-11）,，形成具有深度感的立體圖形,。這對(duì)我們用人為的方法形成立體圖是一個(gè)重要的啟示。

圖 4-11

當(dāng)兩眼分別看兩張圖形時(shí),，如果圖形的差別很大（如圖4-12）,，這時(shí)既使兩圖間的距離調(diào)節(jié)得合適，也看不到融合現(xiàn)象,。所看到的只是其中的一個(gè)圖形（稱為優(yōu)勢(shì)圖形）,；

圖 4-12

或是由兩個(gè)圖形部分重疊形成的另一個(gè)新圖形；或是新圖形與原來兩個(gè)圖形并存的三個(gè)圖形,，新圖形居中,，原圖形位于兩側(cè)，如圖4-12等號(hào)右邊所示的結(jié)果,。這種現(xiàn)象叫做雙眼競(jìng)爭(zhēng),。

我們還可以做一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來說明雙眼競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。在玻璃窗前用一個(gè)支架將頭部支住，在視覺正前方的玻璃上畫一個(gè)黑點(diǎn),。閉上右眼,，用左眼尋找被黑點(diǎn)遮住的窗外遠(yuǎn)處的一個(gè)物體，例如一棵樹,。再閉上左眼睜開右眼,，看窗外遠(yuǎn)處被黑點(diǎn)遮住的物體，例如一個(gè)煙囪,。然后同時(shí)用兩眼注視玻璃上的黑點(diǎn),，將會(huì)看到遠(yuǎn)處的樹和煙囪在黑點(diǎn)的后邊合到了一處（圖4-13）。

圖 4-13

雙眼競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象表明,，大腦在綜合來自兩眼的信息時(shí),，在努力把這些信息中攜帶的物體特征加以匹配，如果匹配成功,，就產(chǎn)生穩(wěn)定的單一的視像或立體視覺效果；如果匹配不另人滿意,，那么在一段時(shí)間內(nèi)大腦只注意來自一只眼的某些信息,，而忽略或壓抑了來自另一只眼的對(duì)應(yīng)部分的信息，因而只看到了一個(gè)物體的某些部分,，其余部分好象根本不存在似的,。

圖 4-14

 科技館有一個(gè)展品叫做《二合一》，就是為了讓觀眾親自體驗(yàn)一下視像融合與雙眼競(jìng)爭(zhēng),。它用四塊平面鏡和兩個(gè)凸透鏡將兩眼的光路隔開,，使每只眼睛只看到一個(gè)圖形（圖4-14）。如果左右兩圖相同或差別不大,，當(dāng)觀眾把它們擺到合適的位置時(shí),，便能看到融合現(xiàn)象，甚至能看到立體圖形,。如果左右兩圖差別很大,，將會(huì)看到雙眼競(jìng)爭(zhēng)的有趣結(jié)果。當(dāng)左圖為一個(gè)空鳥籠,，右圖為一只小鳥時(shí),，雙眼競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果是小鳥被關(guān)進(jìn)了籠子。

展品《合二為一》

【作者】中國科技館劉錫印