空间视觉形象获得的知觉规则

空间视觉形象获得的知觉规则沈东黎开原酒业有限公司（112300）kjyzw@摘要：人视觉中的空间世界是有别于空间客观情况的：视觉中一条等宽的马路会随着视距的增加而变窄，而客观上的马路宽度在各个距离上却是不变的；视觉中的空间世界也不同于摄像机拍摄的底片情况：人视觉中看到的同一视角空间会随着视距增加而变大，而所有视距上的同一视角空间的摄像机底片图像却是一样大小。

这表明人视觉中的空间形象大小获得，是具有独特规则的。

本文分析探讨了空间物体形象大小获得的知觉规则，依据文中给出的空间视觉规则，就可以进一步的推演出空间物体视觉形象大小的计算方法，并通过计算与观察结果验证这些空间视觉规则的正确性。

实验表明：本文中给出的空间视觉规则是具有广适性和正确无误的。

关键词：空间视觉 视觉规则 视觉计算 视觉原理1.引 言宏观空间的视知觉规则和视觉形象大小的计算，均是以视网膜功能单元所对应的视网膜功能单元视知属性[1]为基础的。

以视网膜功能单元的视知属性为基础的宏观线面视觉规则决定了视觉空间的各种表象特征：视觉中能够同时完成多个目标的觉知和追踪；具有固定视网膜小像的同一视野角空间，在视觉上会随着视距增加而其视觉广度面积不断的扩展；完成不同视距处空间视觉形象量值的精确计算和视距视觉大小的计算；自我形象体积的实现；天空和日月星辰视觉现象的形成等。

在讨论宏观空间的视觉规则之前，需要指出的一点是：单体视网膜功能单元兴奋输出所导致的光点视觉反应时，入射光线的视觉方向是明确的，垂直于入射光线视觉方向的广度空间线面视知觉是根据入射光线的视觉方向想象推论出来的；而当刺激源为一个较大面积长度的空间面或线时，多个视网膜细胞功能单元对空间线面（空间线面可以理解为由多个质点刺激源所组成）映射刺激做出兴奋响应，多个视网膜功能单元兴奋响应所形成的空间线面的宏观整体视觉方向，是较单体视网膜功能单元兴奋响应形成的入射视距的视知觉方向更明确的，此时，单体视网膜功能单元兴奋输出形成的恒互相垂直伴生存在的距离深度视觉方向和广度空间线面视觉方向将按宏观空间线面的整体视觉方向顺序组织排列。

当然，视网膜神经节细胞群兴奋输出导致的空间面或线的视觉，是不同位置的单体视网膜功能单元兴奋的集合反映，因此，功能单元的视知属性首先存在，然后才有体现功能单元细胞群集合兴奋特性的宏观空间线面的视觉觉知。

这种组织形式的原理是视神经回路上各级神经元（群）组织连接方式导致的，我们将在以后的《视知觉形成的神经原理》中做出详细的解释说明。

2．空间线面视知觉规则原理简述我们看到的空间，在视觉中是随着距离深度的增加而不断向远处扩展的。

同一视角的空间，虽然在视网膜上的成像是一样大小的，此视角空间跨度的视觉形象却是随视距增加而不- 1 -断扩展，这完全不同于摄像机拍摄图片的情况，不同距离的同一视角空间在摄像机底片上的图片是一样大小的。

也许有人会认为距离深度的实现是双眼视觉的结果，双眼视差实现了距离深度的量值计算，而某一视角空间的视觉广度面积则是通过距离深度视觉的理解和视角视觉大小的理解联合计算合成得到的。

这其实是很牵强附会的解释，因为单眼同样能够得到不断扩张的空间广度面积视觉。

所有的视觉经验都表明，空间广度面积视觉的形成主要是靠单眼实现的，比如单眼得到的天上月亮的视觉形象，与双眼视觉时得到的月亮视觉形象，是具有几乎完全相同的视觉形象面积大小的；还有几乎所有的空间物体的单眼视觉形象大小，差不多都是与双眼视觉时具有相同的视觉形体面积大小。

这说明，某一视野角空间的视觉广度面积不断随视距增加而扩增的特性，主要是靠单眼实现的，双眼只是使得单眼视觉的印象更加明确。

单眼形成空间广度面积视觉的方式，是通过质点光源视知属性和宏观线面视知规则原理完成的。

质点光源的视知属性[2]是：质点光源照射在视网膜上，能够引起入射光源的视距方向性视觉觉知和垂直于入射光源视距方向的广度空间线面方向性视觉觉知；由于质点光源入射视网膜引起的视距方向性视觉和广度线面方向性视觉，是特定空间坐标位置的质点入射光源引起的同一个视网膜功能单元兴奋的两种视觉现象，因此，质点入射光源引起的视距深度视觉方向和广度线面视觉方向，总是互相垂直伴生存在的。

质点入射光源引起的视距视觉方向和广度线面视觉方向恒互相垂直互相伴生存在的视觉性质，就是视网膜功能单元的视知属性，或者质点光源的视知属性。

宏观线面的视知规则是：某一视角的空间在视知觉中，以偏离视中轴的斜入射视线上的某一点为轴心，顺时针（左眼颞侧和右眼鼻侧的情况）或逆时针（右眼颞侧和左眼鼻侧的情况）偏转斜入射线与视轴线所成角度的1/2角所得到的线，在视知觉上与视中轴线互为平行。

如图1所示：图1 宏观线面视知规则示意图图1中O是眼的位置，OA为视轴线，OA n是斜入射视线，AA n为垂直于视轴的观察线段。

OB为垂直于视轴的眼侧向线段，∠OA n M=1/2∠AOA n，则MA n在视觉中为OA的平行线，OM的视觉长度等值于AA n 的视觉长度。

AA n 是眼前的一观察线段，OA是视轴线，OA垂直于AA n，BA n平行于OA, A n M是∠OA n B 的角平分线，则依据宏观线面视知规则，A n M在视知觉上与OA互为平行。

- 2 -宏观线面的视知规则是在质点光源视知属性的基础上实现的。

视野中的线段可以理解成由连续的微分小段构成，每一个微分小段相当于一个坐标位置的质点入射光源。

视野中的线段映射到视网膜上，首先是线段上的每一微分小段引起质点光源的视知属性，即形成恒互相垂直伴生存在的入射视距视觉方向性觉知和广度线面视觉方向性觉知；然后，当视觉中以线段的整体方向性为注意中心时，线段上相当于质点入射光源的各微分线段入射到视网膜上形成的各视觉微分线面方向性将顺应宏观线段的整体视觉方向性（注意：当组成线段微分线段单纯作为质点刺激源考虑时，入射视距视觉方向性是更为明确的，因此，微分线段入射到视网膜上形成的视觉微分线面方向是垂直于入射视距视觉方向的。

由于组成线段的各微分线段的坐标位置是不一样的，这样，各微分线段的入射视距视觉方向也是不同的，因而各微分线段入射到视网膜上引起的微分视觉线面的方向性也是各不相同的。

只有当视觉中以线段的整体方向性为注意中心时，线段上相当于质点入射光源的各微分线段入射到视网膜上形成的各广度微分视觉线面方向性才会因顺应宏观线段的整体视觉方向性而顺次连结成统一的方向——宏观线段的视觉方向）。

由于质点入射光源能够引起恒互相垂直伴生存在的视距视觉方向性觉知和视觉微分线面方向性觉知，这样，当组成宏观线段的各微分线段入射到视网膜上形成的视觉微分线面方向性为了顺应宏观线段的整体方向性而分别顺时针（或逆时针）偏转一定角度时，微分线段入射到视网膜形成的视距视觉方向性必然要同步发生顺时针（或逆时针）偏转相同的角度，以符合 “质点入射光源引起的视距视觉方向和广度线面（视觉微分线面）视觉方向恒互相垂直互相伴生存在”的质点光源视知属性。

3.以微视线面视知属性为基础的宏观线面视觉形成过程解析下面就以单眼看到一条线段的情况为例，说明宏观空间线面视觉的形成过程。

如图2所示，图2 宏观线面视知规则示意图图中O 是眼节点位置，A 是观察线段， A 、n A 1A 、2A 、……分别是线段A 上的入射质点，每一质点对应一视网膜神经节细胞感受野。

质点A 、x A n A n A 1A 、2A 、……入射视网膜上，能够x A n A - 3 -引起标号为0、1、2…x …n 的节细胞兴奋输出，并同步形成恒互相垂直伴生存在的入射视距视觉方向和广度线面视觉方向，如图17中的O、O 视距视觉方向和、广度线面视觉方向。

、为了顺应线段A 整体视觉方向，需要顺时针偏转x A n A x x N M n n N M x x N M n n N M n A x ε、n ε度。

由于、入射到视网膜上引起的视距视觉方向和广度线面视觉方向恒互相伴存在的特点，O 、O 也需顺时针偏转x A n A x A n A x ε、n ε度，分别到了、位置。

x O x A n O n An AA 是观察线段，是眼节点位置，为视轴方向，⊥。

可理解为由（+1）个微分线段、、、 …O OA OA n AA n AA n 0dL 1dL 2dL 3dL x dL …组成，每一微分线段分别对应一紧密相邻的视网膜神经节细胞感受野区域。

这样，经组成的（+1）个微分线段、、、 …n dL n AA n 0dL 1dL 2dL 3dL x dL …就分别对应着标号为0、1、2……n dL x ……的视网膜神经节细胞感受野区域。

在人视网膜中央凹区域，视锥光感细胞与节细胞是一一对应的，这样，组成的每一微分线段n n AA x dL 入射到视网膜产生的视觉效果，同质点刺激源入射到视网膜上产生的视觉效果是一样的。

故此，单就从入射到视网膜上所产生的视觉意义上说，可以将组成的微分线段、、、 ……理解为质点刺激源x dL n AA 0dL 1dL 2dL 3dL x dL n dL A 、1A 、2A ………，其中每一质点A x A n A X 均可以看作是一微分线段。

x dL 质点光源的视知属性为：质点光源入射点光源入射到视网膜上，能够形成恒互相垂直伴生存在的入射视距视觉方向和广度线面视觉方向。

线段入射到视网膜上，相当于质点刺激源n AA A 、1A 、2A ………入射到视网膜上，并首先形成质点光源的视知属性，即形成恒互相垂直伴生存在的入射视距视觉方向、、……，和广度线面视觉方向x A n A OA 1OA 2OA x OA n OA 0dL E 、1dL E 、2dL E …x dL E …n dL E （为了区别于组成的微分线段、、、 …n AA 0dL 1dL 2dL 3dL x dL …n dL ，本文中我们选择x E 来表达x 的视觉形象化的含义，其x E 中的E 为表达x 的形象化符号）。

例如图2中的即是质点刺激源入射视网膜形成的垂直于入射视距方向的广度视觉线面n n N M n OA n dL E ，图2中的是质点刺激源入射到视网膜上形成的垂直于入射视距方向的广度视觉线面x x N M x A x OA x dL E 。

在日常视觉经验中，由质点光源入射到视网膜上所形成的垂直于入射视距方向的广度视觉线面的面积是非常小的，这样，我们只是形成质点的感觉，不能形成线面的视觉，因此图中的表达n dL E 的，是被人为放大了的质点刺激源引起的广度线面视觉。

组成线段的任何一质点入射视网膜上，均能形成垂直于入射视距方向的广度线面方向性视觉n n N M n AA x A x OA x dL E ，可是为了简便起见，我们仅仅将质点、入射到视网膜形成的垂直于入射视距方向的广度线面视觉x A n A x dL E 、n dL E 画在了图中（在图中的为x x N M x dL E ，为n n N M n dL E ）。