Программа: Оптико-электронные приборы и системы


Технические средства исследования стереоскопического зрения



страница8/12
Дата29.04.2018
Размер0.78 Mb.
ТипПрограмма
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12

2.5. Технические средства исследования стереоскопического зрения.


Рассмотрим технические средства предъявления стереограмм, используемые в клинических и лабораторных тестах исследования стереозрения, а также наборы тестовых изображений, синтезируемые с их помощью.

С технической точки зрения наиболее сложным блоком средств исследования является устройство предъявления тестовых изображений. Цель разработчика этого блока – добиться того, чтобы наблюдатель воспринимал все три измерения изображения. Для этого необходимо некоторым образом разделить части стереограммы, предназначенные для левого и правого глаза наблюдателя. Экспериментальные оценки значений порогов и чувствительности зрения, в том числе и стереоскопического, зависят от используемого набора тестовых изображений. Поэтому для исследователя не менее важен и блок «устройство формирования тестового задания», включающий в себя схемы синтеза набора тестовых изображений и реализацию методик исследования.

Выделяют три группы устройств разделения частей стереограммы: мониторы, шлемы виртуальной реальности и автостереоскопические дисплеи.

Мониторы требуют использования дополнительных устройств, расположенных непосредственно перед глазами наблюдателя, для разделения оптических сигналов, предназначенных для левого и правого глаза. При этом используется один из трех принципов разделения: цветовой, поляризационный и временной.

Цветовое разделение – один из примитивных методов, применявшийся еще в начале прошлого века. Части стереограммы пропускаются через фильтры дополнительных или близких к ним цветов (например, через красный и зеленый фильтр), а наблюдатель, в свою очередь, рассматривает изображение через очки с цветными стеклами. Эффекты бинокулярной конкуренции из-за различного цвета частей стереограммы и последующей адаптации от двухцветного красно-зеленого мира к обычной реальности ограничивают использование метода.

Цветовое разделение используется в некоторых программных продуктах, предназначенных для лечения косоглазия (программный комплекс «Eye»), в тестах, связанных с проверкой наличия элементарного бинокулярного зрения (цветотесты) и т. д. Например, в TNO тесте для первичного ознакомления используются СТС, содержащие изображения бабочек и геометрических фигур. Для измерения остроты стереозрения в диапазоне от 15’’ до 480’’ (с расстояния 40 см) используются круги, выступающие из плоскости фона, с вырезанным сектором, расположенным в плоскости фона. Наблюдатель должен указать положение вырезанного сектора.

Поляризационное разделение осуществляется посредством поляризованных стекол в сочетании с ортогонально поляризованными изображениями, предъявляемыми на двух мониторах. Такой подход позволяет предъявлять цветные стереограммы и избежать бинокулярной конкуренции.

Несмотря на то, что около 60% светового потока теряется при прохождении через фильтры, этот метод разделения используется во многих клинических тестах, связанных c изучением остроты стереозрения. Например, в Titmus Wirt тесте части стереограммы поляризованы под углом 45° и 135° и рассматриваются наблюдателем через соответственно ориентированные поляризованные стекла. Стереограммы содержат изображения кругов, формирующих ромб. Один из кругов при бинокулярном рассматривании через поляризованные стекла кажется выступающим из плоскости изображения. При расстоянии наблюдения 40см острота стереозрения, необходимая для идентификации выступающего элемента, составляет от 40’’ до 800’’.

Более новая версия Randot Titmus содержит стимулы для измерения остроты стереозрения от 20’’ до 400’’. Для качественного теста на наличие стереопсиса используется увеличенное стереоизображение мухи.

Компьютерные технологии исследования зрения активно вытесняют специализированные электронные системы, которые не обладают необходимой функциональной гибкостью. Как правило, принцип временного разделения находит применение в программных продуктах, использующих для визуализации ЭЛТ. Временное разделение использует способность зрительной системы человека воспринимать как одно целое части стереограммы, предъявляемые с временной задержкой до 50 мс. Левая и правая части стереограммы предъявляются на одном мониторе в последовательных кадрах, что позволяет избежать геометрических и цветовых различий между частями стереограммы. При этом наблюдатель смотрит на монитор через жидкокристаллические (ЖК) очки.

Затворы ЖК очков, синхронизированные с частотой обновления кадров, срабатывают таким образом, чтобы левый глаз наблюдателя видел, например, нечетные, а правый – четные кадры. Оптический ЖК затвор включает в себя нематический или сегнетоэлектрический жидкий кристалл, расположенный между двумя параллельными стеклянными пластинками. На входе и выходе этой составной ячейки установлены линейные поляризаторы. Пластинки обработаны таким образом, что длинные оси жидкокристаллических молекул располагаются параллельно друг другу и стеклянным поверхностям, благодаря чему интенсивность прошедшего через ячейку плоскополяризованного света максимальна. При подаче напряжения через тонкое прозрачное электропроводное напыление к внутренней поверхности стеклянных пластин возникает электрическое поле, под действием которого молекулы выстраиваются вдоль его направления, то есть перпендикулярно поверхности пластин, и интенсивность прошедшего через ячейку плоскополяризованного света становится минимальной. Таким образом, максимальная непрозрачность ячейки достигается путем подачи напряжения, а его выключение приводит к максимально возможной прозрачности ячейки — ЖК затвор закрывается и открывается.

Автоматизированные комплексы «Капбис» и «Меко», использующие различные силуэтные стереограммы, направлены на диагностику косоглазия, амблиопии и других нарушений бинокулярного зрения [14]. Аппаратно-программный комплекс исследования стереозрения использует черно-белые СТС для измерения остроты стереозрения. Программный комплекс «КЛАСС» использует СТС для стимуляции стереозрения. Однако лечение с помощью черно-белых СТС ориентировано лишь на детей с амблиопией слабой и средней степени при положительном прогнозе развития заболевания [9].

Существуют устройства и с временно-поляризационным разделением – изменение плоскости поляризации ЖК панели синхронизировано с частотой кадровой развертки. Такой подход позволяет использовать дешевые и легкие очки с поляризованными стеклами. Причем использование ЖК панелей позволяет конструировать стереоизображение больших угловых размеров.

Шлемы виртуальной реальности используют принцип пространственного разделения – части стереограммы передаются к глазам наблюдателя через раздельные каналы. Как правило, глубина всех точек изображения зафиксирована в одной плоскости, которая оптическими средствами размещается на произвольном расстоянии от глаза. При этом нарушается связь между аккомодацией (изменением формы хрусталика глаза для фокусировки по глубине) и вергенцией, что приводит к возникновению у наблюдателя чувства дискомфорта. Новые варианты шлемов содержат дополнительные «передаточные линзы», контролируя которые система в состоянии динамически подстраивать воображаемую дистанцию до изображения с помощью отслеживания положения зрачков.

Принцип пространственного разделения используется во многих приборах – скринерах бинокулярного зрения, фотофорах и синоптофорах [8,9]. Синоптофор (рис. 1.10) является усовершенствованной моделью стереоскопа Уитстоуна, предложенного еще в середине XIX века.


Рис. 1.10. Синоптофор.



Прозрачные пластинки T, на которых изображены части стереограммы, расположены в трубках синоптофора и освещены небольшими лампами L. Свет от них, отражаясь от серебряных зеркал M, доходит до наблюдателя, проходя по пути через линзы-коллиматоры C, благодаря которым части стереограммы воспринимаются удаленными в оптическую бесконечность. В начальном положении расстояние между трубками синоптофора соответствует межзрачковому расстоянию. Трубки могут вращаться вокруг Z – центров вращения глазных яблок наблюдателя (ось вращения показана на рис. 1.10 пунктиром). Это позволяет изменять диспаратность стимула на сетчатках для стимуляции вергентных движений глаз и исследования косоглазия.

Один из клинических тестов, использующих пространственное разделение частей стереограммы, - тест Фрисби. Стимул теста Фрисби состоит из квадратной прозрачной пластины, на которой находятся четыре подобных паттерна (узора), которые кажутся наблюдателю напечатанными на одной стороне изображения. На самом деле три паттерна напечатаны на ближней к наблюдателю стороне пластины, а один – на дальней. В тесте содержатся пластины толщиной 6, 3 и 1 мм, что при расстоянии наблюдения 40 см соответствует остроте стереозрения 340’’, 170’’ и 55’’ соответственно. Промежуточные значения остроты стереозрения могут быть измерены путем изменения расстояния между тестовым изображением и наблюдателем.

При автостереоскопии специальные вспомогательные устройства, расположенные между дисплеем и глазом наблюдателя, отсутствуют.

При свободной автостереоскопии наблюдатель должен смотреть на изображение таким образом, чтобы элементы стереограммы, предназначенные для левого глаза, располагались в поле зрения левого глаза, а элементы стереограммы, предназначенные для правого глаза, – в поле зрения правого глаза. Изображения, предназначенные для свободной автостереоскопии, широко доступны. Существуют гипотезы об улучшении чувствительности стереозрения и снижения утомляемости за счет фузии автостереограмм.

При растровой автостереоскопии используется линзово-растровый дисплей, состоящий из множества вертикальных линз. Изображения, предназначенные для левого и правого глаза, чередуются полосами. Для правильного воспроизведения цветов требуется соответствующее расположение полос цветных светофильтров.

Тест Лэнга – один из клинических тестов, использующих растровую автостереоскопию. Он включает СТС, содержащие закодированные формы машины (550’’ и 1200’’) и звезды (340’’). Тест предназначен для предъявления исключительно с расстояния 40 см под определенным углом для исключения влияния признаков монокулярного параллакса на результаты измерений.

Иные виды автостереоскопии (голографическая, волюметрическая) требуют сложных технологических решений и для исследования стереозрения в настоящее время не используются.

Клинические тесты способности к стереопсису используются для определения, во-первых, профессиональной пригодности к ряду профессий, и, во-вторых, качества стереозрения. В качестве тестовых изображений используются силуэтные или черно-белые СТС. Как правило, СТС состоит из элементов двух цветов, черного и белого.

Во всех средствах (приборах, оптотипах и компьютерных программах), предназначенных для исследования остроты стереозрения диапазон доступных для пользователя диспаратностей жестко ограничен разработчиками. Причем обычно исследователь вынужден выбирать диспаратность закодированного стимула из значений некоторого дискретного ряда диспаратностей.

Большинство средств исследования стереозренияпозволяют исследовать лишь значение общих фузионных резервов (без разделения на сенсорную и моторную составляющие).

В целом клинические средства исследования стереозрения обладают следующими техническими и методическими недостатками:


  1. Позволяют синтезировать тестовые изображения, содержащие закодированный стимул с ограниченным набором диспаратностей, который недостаточно широк для исследования стереопсиса при некоторых заболеваниях (амблиопии, катаракты).

  2. Позволяют синтезировать тестовые изображения, содержащие закодированный стимул лишь с конвергентной диспаратностью. Однако известно, что около 30% людей способны к стереопсису лишь при одном знаке диспаратности.

  3. Содержат ограниченный набор тестовых изображений, так как предназначены для проведения достаточно быстрых (1-2 мин) исследований. Этого времени недостаточно для, например, исследования стереопсиса у некоторых бошьных, страдающих амблиопией.

  4. Не учитывают специфики требований к стереозрению для различных специальностей, поскольку эти требования, за небольшим исключением, вообще не изучены. В последнее время разработаны измерительные средства и требования к остроте стереозрения операторов различных специальностей. Однако не существует методик исследования такого важного эргономического аспекта операторской деятельности, как утомление стереозрения.



Каталог: Structure -> Universe -> ire -> electrical engineering -> structure -> lighttech -> Documents
Structure -> Операционная система, память, интерфейс
Structure -> География транспортного комплекса
Structure -> Учебное пособие для самостоятельного изучения и выполнения лабораторных работ (для студентов агроинженерных специальностей). Иркутск: Иргсха, 2006. 118 с ил
Structure -> Программа учебной дисциплины основы неврологии
Structure -> Ко дню освобождения Новошахтинска. Новошахтинск в годы Великой Отечественной войны
Documents -> Программа: Оптико-электронные приборы и системы


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница