雙眼立體認(rèn)知模型.pdf

1、雙眼立體視覺是指人類通過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視覺功能。在過去一個(gè)半世紀(jì)以來，對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(RDS)來進(jìn)行立體視覺研究，并發(fā)現(xiàn)只要有視差不需要形覺也能產(chǎn)生深度感。這一發(fā)現(xiàn)揭示立體視覺的發(fā)生是在形狀識別之前，因此成為立體視覺研究的一個(gè)里程碑。以此為基礎(chǔ)，研究人員對視差的計(jì)算開展了一系列研究，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機(jī)制的匹配算法，該理論認(rèn)為，立體視覺匹配三大約束(唯一性、相容性和連續(xù)性)是立體視覺的重要組成部分。其后，

3、研究者還提出了一些基于生理過程的立體視覺模型，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)算一對對應(yīng)點(diǎn)的視差的大小。
　　 但是這些立體知覺模型都存在著共同的難以解決的根本性困難，即對應(yīng)性匹配問題（視差悖論問題）。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（立體知覺發(fā)生在形覺之前）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應(yīng)點(diǎn)；但找精確的對應(yīng)點(diǎn)需要先識別，這樣就和隨機(jī)點(diǎn)立體圖的研究結(jié)論（立體知覺發(fā)生在形覺之前）矛盾。
　　 為了解決現(xiàn)有立體知覺模型的困難，本文引用了神經(jīng)解剖學(xué)的研究成果，在人類實(shí)際的視覺加工過程的基礎(chǔ)上，將眼動和立體知覺的關(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)際的立體知覺加工過程為基礎(chǔ)：a.引用了近年

5、來的神經(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)生理對應(yīng)點(diǎn)的信號，而不是物理刺激對應(yīng)點(diǎn)的信號。可以看出，現(xiàn)有的立體知覺模型要計(jì)算視網(wǎng)膜上物理刺激對應(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是通過處理視網(wǎng)膜上生理對應(yīng)點(diǎn)的信號來實(shí)現(xiàn)的，而不是現(xiàn)有的模型所設(shè)想的，通過計(jì)算物理對應(yīng)點(diǎn)視差來實(shí)現(xiàn)。B.考察了正常情況下人類實(shí)際的立體知覺加工過程：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，將是一個(gè)關(guān)鍵的、必要的條件。如果眼肌不能配合，無法雙眼凝視或幅合，則不能將物象投影到各自的網(wǎng)膜的中央窩，則雙眼立體視覺不可能完成。
　　 2.在神經(jīng)解剖學(xué)和人類實(shí)際的視覺加工過程的基礎(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，需要通過眼動調(diào)節(jié)將這兩個(gè)平面的世界“混合”成一個(gè)單一的世界，眼動調(diào)節(jié)由視網(wǎng)膜上生理對應(yīng)點(diǎn)的光信號來控制。

7、r>　　 3.模型認(rèn)為，雙眼立體知覺的形成，是知覺支配下的外周眼動調(diào)節(jié)和感覺記憶加工過程。左右眼視網(wǎng)膜上生理對應(yīng)點(diǎn)的光信號的差，引起眼睛的調(diào)焦和輻輳運(yùn)動；左右眼視網(wǎng)膜上生理對應(yīng)點(diǎn)的光信號的和，傳導(dǎo)至中央執(zhí)行系統(tǒng)，由此引起連續(xù)的知覺。立體知覺形成的過程就是眼睛動態(tài)反饋調(diào)節(jié)的過程，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現(xiàn)象，相比