雙眼立體認(rèn)知模型.pdf

1、雙眼立體視覺(jué)是指人類通過(guò)雙眼融合獲得物體的三維立體形狀，準(zhǔn)確判斷物體三維空間位置的高級(jí)視覺(jué)功能。在過(guò)去一個(gè)半世紀(jì)以來(lái)，對(duì)它的研究一直是一個(gè)十分活躍的領(lǐng)域。
　　 在上世紀(jì)60年代，Julesz率先用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的隨機(jī)點(diǎn)立體圖對(duì)(RDS)來(lái)進(jìn)行立體視覺(jué)研究，并發(fā)現(xiàn)只要有視差不需要形覺(jué)也能產(chǎn)生深度感。這一發(fā)現(xiàn)揭示立體視覺(jué)的發(fā)生是在形狀識(shí)別之前，因此成為立體視覺(jué)研究的一個(gè)里程碑。以此為基礎(chǔ)，研究人員對(duì)視差的計(jì)算開(kāi)展了一系列研究，在心理物

2、理學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)方面均取得了令人矚目的進(jìn)展，但同時(shí)也存在著一些難以解決的困難。
　　 在對(duì)隨機(jī)點(diǎn)立體圖研究的基礎(chǔ)上，Julesz提出了一種立體協(xié)同模型。該模型假設(shè)，雙眼網(wǎng)膜刺激物在皮層上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，以類似于磁偶極子相互作用的方式進(jìn)行匹配，對(duì)應(yīng)點(diǎn)的視差可以用磁偶極子的旋轉(zhuǎn)量表示。70年代Marr基于計(jì)算理論建立了模擬人類立體視覺(jué)機(jī)制的匹配算法，該理論認(rèn)為，立體視覺(jué)匹配三大約束(唯一性、相容性和連續(xù)性)是立體視覺(jué)的重要組成部分。其后，

3、研究者還提出了一些基于生理過(guò)程的立體視覺(jué)模型，其中有代表性的一種模型即能量模型。這種模型認(rèn)為，皮層上一組復(fù)雜視差敏感細(xì)胞能夠有效的計(jì)算一對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的視差的大小。
　　 但是這些立體知覺(jué)模型都存在著共同的難以解決的根本性困難，即對(duì)應(yīng)性匹配問(wèn)題（視差悖論問(wèn)題）。在以往的文獻(xiàn)中視差被定義為空間上一個(gè)刺激物在兩個(gè)視網(wǎng)膜上投影點(diǎn)間的位置差。按照這個(gè)定義，會(huì)導(dǎo)致隨機(jī)點(diǎn)立體圖研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)論（立體知覺(jué)發(fā)生在形覺(jué)之前）成為悖論：如果視差定義成立，只

4、要有視差就能產(chǎn)生深度感，就需要先找到精確的對(duì)應(yīng)點(diǎn)；但找精確的對(duì)應(yīng)點(diǎn)需要先識(shí)別，這樣就和隨機(jī)點(diǎn)立體圖的研究結(jié)論（立體知覺(jué)發(fā)生在形覺(jué)之前）矛盾。
　　 為了解決現(xiàn)有立體知覺(jué)模型的困難，本文引用了神經(jīng)解剖學(xué)的研究成果，在人類實(shí)際的視覺(jué)加工過(guò)程的基礎(chǔ)上，將眼動(dòng)和立體知覺(jué)的關(guān)聯(lián)引入立體認(rèn)知機(jī)制中，提出了一種創(chuàng)新性的立體知覺(jué)模型，其主要內(nèi)容有：
　　 1.新模型以神經(jīng)解剖學(xué)的研究成果和人類實(shí)際的立體知覺(jué)加工過(guò)程為基礎(chǔ)：a.引用了近年

5、來(lái)的神經(jīng)解剖學(xué)的研究成果：視皮層上的雙眼細(xì)胞只可能接收網(wǎng)膜上兩個(gè)生理對(duì)應(yīng)點(diǎn)的信號(hào)，而不是物理刺激對(duì)應(yīng)點(diǎn)的信號(hào)。可以看出，現(xiàn)有的立體知覺(jué)模型要計(jì)算視網(wǎng)膜上物理刺激對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位置差，是非常困難的。因此，有理由認(rèn)為，人類的雙眼立體視覺(jué)是通過(guò)處理視網(wǎng)膜上生理對(duì)應(yīng)點(diǎn)的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而不是現(xiàn)有的模型所設(shè)想的，通過(guò)計(jì)算物理對(duì)應(yīng)點(diǎn)視差來(lái)實(shí)現(xiàn)。B.考察了正常情況下人類實(shí)際的立體知覺(jué)加工過(guò)程：有正常立體視的人觀察物體時(shí)，視系統(tǒng)總是盡量讓兩者重合，以消除差別。

6、立體視的形成，除了健全的視神經(jīng)系統(tǒng)外，眼肌的配合，或者是幅合運(yùn)動(dòng)，將是一個(gè)關(guān)鍵的、必要的條件。如果眼肌不能配合，無(wú)法雙眼凝視或幅合，則不能將物象投影到各自的網(wǎng)膜的中央窩，則雙眼立體視覺(jué)不可能完成。
　　 2.在神經(jīng)解剖學(xué)和人類實(shí)際的視覺(jué)加工過(guò)程的基礎(chǔ)上，模型提出，要將兩只眼睛獨(dú)自觀看到的兩個(gè)平面的世界表征成一個(gè)立體的世界，需要通過(guò)眼動(dòng)調(diào)節(jié)將這兩個(gè)平面的世界“混合”成一個(gè)單一的世界，眼動(dòng)調(diào)節(jié)由視網(wǎng)膜上生理對(duì)應(yīng)點(diǎn)的光信號(hào)來(lái)控制。

7、r>　　 3.模型認(rèn)為，雙眼立體知覺(jué)的形成，是知覺(jué)支配下的外周眼動(dòng)調(diào)節(jié)和感覺(jué)記憶加工過(guò)程。左右眼視網(wǎng)膜上生理對(duì)應(yīng)點(diǎn)的光信號(hào)的差，引起眼睛的調(diào)焦和輻輳運(yùn)動(dòng)；左右眼視網(wǎng)膜上生理對(duì)應(yīng)點(diǎn)的光信號(hào)的和，傳導(dǎo)至中央執(zhí)行系統(tǒng)，由此引起連續(xù)的知覺(jué)。立體知覺(jué)形成的過(guò)程就是眼睛動(dòng)態(tài)反饋調(diào)節(jié)的過(guò)程，深度感的大小由穩(wěn)定狀態(tài)下眼肌的緊張度決定。
　　 本文的立體認(rèn)知模型不僅解決了現(xiàn)有模型的對(duì)應(yīng)性匹配困難，而且，本文的模型可以解釋大量的立體知覺(jué)現(xiàn)象，相比