立体视

Da Vinci立体视深度加工机制及影响 因素
指导老师：谢莺 答辩人：韩斐
立体视觉概述
2D 网膜像
真3D
似3D
• 立体视觉是个体对不同物体的远近或对同一物体的凹凸的反映。通过视 觉图像传入大脑，经过大脑的合成、判别，使物体产生空间的深度感， 有了立体感，这就是立体视。
立体视原理
• 立体视觉是个体对不同物体 的远近或对同一物体的凹凸 的反映。
• 结合三个实验实验结果表明，特征宽度h和间隔g都是影响
深度的重要因素，但影响Da Vinci立体视的根本因素是 H=h+g的综合变化。 • 对于Da Vinci立体视，不管采用单构型呈现还是多构型系 列呈现方式，对于有效遮挡构型，被试均观察到，Da特征 相对于双眼性特征处于更深的深度；对于无效遮挡构型， 被试均观察到，Da特征相对于双眼性特征处于更浅的深度。
融合极限宽度H 被试 有效侧 1 2 3 14 14 12 无效侧 16 14 10
实验二 间隙gap对立体深度的影响
• 保持Da特的宽度h不变（2像素）， g以2像素为变化梯度递增；
• 呈现方式：
单构型呈现
多构型系列呈现
• 任务：报告观察到的Da特征相对于 双眼性特征的相对深度, 并测试3名 被试者所能融合产生立体视觉的最 大融合宽度H
单构型呈现
多构型系列呈现 • 任务：报告观察到的Da特征相 对于双眼性特征的相对深度 ， 并测试3名被试者所能融合产生 立体视觉的最大融合宽度H
• 单构型呈现：
实验结果
有效遮挡构型，Da特征相对于双眼性特征处于更深的深度 无效遮挡构型，Da特征相对于双眼性特征处于更浅的深度 • 多构型系列呈现：
有效遮挡构型，双眼性特征处于同样的深度平面上，Da特征相对于双 眼性特征处于更深的深度。由上往下，随着Da特征的宽度逐渐
度会随着间隔g或者h增加而增大。
实验三 间隙g与Da特征宽度的共同影响
• 在实验三中，我们同时改变了特征的宽度h和间隔g，并对
比了两种系列构型情况下观察到的相对深度的变化情况。
• 第1种系列构型：单眼性特征宽度h+间隙g的总宽度不变， 减小h的同时增大g，或增大h的同时减小g，但是保证h和g 的变化量互补，即h+g的总宽度恒定不变。 • 第2种系列构型：单眼性特征宽度h+间隙g的总宽度H 变化
在前面的透视信息有关。
无效遮挡构型，双眼性特征处于同样的深度平面上，Da特 征相对于双眼性特征处于更浅的深度。由上往下，随着间 隙逐渐增大，Da特征逐渐阶梯状往外凸，两特征之间的相 对深度随着g增大而逐步增大。
实验结果（续）
表 2 被试最大可融合特征宽度
最大可融合单眼特征宽度
被试
有效侧 1 2 3 10 14 16 无效侧 16 14 16
有效侧和无效侧
支持证据
• Nakayama和Shimojo发现，放置在有效遮挡侧的一个条棒， 随着它与双眼性表面的距离增加，条棒的感知深度也定量 地增加。 • 对于条棒放置在无效侧的无效遮挡情形，单眼性区域并没 有表现出定量的深度：无论条棒离双眼性表面的距离如何 变化，条棒始终位于双眼性表面相同的深度。 • 这与Nakayama和Shimojo关于生态学有效和无效遮挡的划 分相一致
相对深度没有变化。
• 无效遮挡构型，观察到不同Da Vinci构型中的双眼性特征 处于一个同样的深度平面上。与有效侧类似，由上往下， 随着间隙和Da特征宽度h逐渐变化，Da特征是处于一个平 面上的，即相对深度没有发生变化。
实验结果（第2种系列构型）
• 有效遮挡构型，观察到不同Da Vinci构型中的双眼性特征 处于一个同样的深度平面上。由上往下，间隙g和Da特征 宽度发生变化时，Da特征并不是处在一个平面上，即相对
是定性的：能知觉到一个深度方向（在前面或在后方），
但不能知觉到正确的或精确的深度位置。
问题提出
• 相关实验数据在涉及单眼性元素的深度是否由遮挡几何学 恢复上存在分歧。 • 同样采用条棒刺激，Nakayama和Shimojo得出支持遮挡理
论的结果和结论；而Gillam等得出相反的结果和结论。
本研究内容
的情况，h和g随机变化，但是保证总宽度H也发生变化。
• 呈现方式：多构型系列呈现 • 任务：报告观察到的Da特征相对于双眼性特征的相对深度， 以及深度变化情况
实验三刺激图片
实验结果（第1种系列构型）
• 有效遮挡构型，观察到不同Da Vinci构型中的双眼性特征 处于一个同样的深度平面上。由上往下，尽管间隙和Da特 征宽度是变化的，Da特征仍然是处在同一个平面上的，即
增大，Da特征逐渐阶梯状往里凹，两特征之间的 相对深度随着h增大而逐步增大
无效遮挡构型，双眼性特征处于同样的深度平面上，Da特 征相对于双眼性特征处于更浅的深度。由上往下，随着Da 的宽度逐渐增大，Da特征逐渐阶梯状往外凸，两特征之间 的相对深度随着h增大而逐步增大。
实验结果(续)
表1 被试者的融合极限宽度H
深度发生了变化。
• 无效遮挡构型，观察到不同Da Vinci构型中的双眼性特征 处于一个同样的深度平面上。与有效侧类似，由上往下， 间隙g和Da特征宽度发生变化时，Da特征并不是处在一个 平面上，即相对深度发生了变化。 返回
实验结果分析与讨论
• 对于Da Vinci立体视，在融合极限范围内Da特征与双眼性 特征之间的相对深度会随着间隔g或者h增加而增大。
• 单构型呈现：
实验结果
有效遮挡构型，Da特征相对于双眼性特征处于更深的深度
无效遮挡构型，Da特征相对于双眼性特征处于更浅的深度 • 多构型系列呈现：
有效遮挡构型，双眼性特征处于同样的深度平面上，Da特 征相对于双眼性特征处于更深的深度。由上往下，随着间 隙逐渐增大，Da特征逐渐阶梯状往里凹，两特征之间的相 对深度随着g增大而逐步增大；
结果分析与讨论
• 对于Da Vinci立体视，不管采用单构型呈现还是多构型系
列呈现方式，对于有效遮挡构型，被试均观察到，Da特征
相对于双眼性特征处于更深的深度；对于无效遮挡构型， 被试均观察到，Da特征相对于双眼性特征处于更浅的深度。 • 这表明，Da Vinci 立体视构型没有有效和无效遮挡之分 • 对于Da Vinci立体视，Da特征与双眼性特征之间的相对深
反对证据
• Hakkinen和Nyman发现，在非常类似于Nakayama和Shimojo 的“有效”和“无效”情况的构型之间，并未发现深度知 觉方面的差异；
• Gillam, Cook和Blackburn采用垂线作为单眼性元素时，不管
是位于有效还是无效侧，均能观察到定量的深度； • 采用圆盘作为作为单眼性元素时，源自单眼性圆盘的深度
总结
• 本次课题的研究：影响Da Vinci立体视深度的因素为Da Vinci刺激构型中的间隙宽度g和Da Vinci特征宽度h，但归根 结底，影响Da Vinci立体视深度的根本因素是H=h+g综合变 化。 • Nakayama等之所以得出不一致的结论，可能与他们采用的
单眼性特征尺寸较小，因而整个构型可能存在阻止它出现
Da Vinci立体视及研究背景
• 长期以来，立体视觉研究主要关注视
差在深度知觉中的作用
• 近年来，开始关注观察单眼性区域
（半遮挡区）在深度知觉中的重要作
用。
• Nakayama等人于1990年将Da Vinci 立 体视作为一种立体加工机制提出来。
Da Vinci立体视的深度产生机制
随着侧向间隔的增大，进行单眼遮挡将需要更大的深度。点②的遮挡深度比点①的大
• 例子：笔尖实验
• 原理：两个图像不能完全重
合的视觉图像传入大脑，经
过大脑的合成、判别，使物 体产生了空间的深度感。
立体视觉的线索—双眼视差
• 有关深度有明暗和阴影等客观线索 • 双眼视差是其中最重要的线 索，左右眼视网膜上的物象 存在一定程度的差异，这就 是双眼视差
刺激构型说明
• Da Vinci特征（以下简称Da 特征）
• 双眼性特征
• Da特征宽度h
• 无效侧
• Da特征与双眼性特征之间
的间隔g • 单眼性区域总宽度H （H=g+h）
• 有效侧
实验一 Da Vinci特征宽度h对立体深度的影响
• g不变（2像素），Da特征宽度h 以2像素为梯度变化 • 两种呈现方式：
• 将构造遮挡有效和无效Da Vinci刺激构型，并系统改变Da特 征的宽度以及它与双眼性表面之间的间隙大小，并将刺激构 型以两种方式呈现。 • 分析Da Vinci立体视的深度产生机制，以及影响因素。
*判断Da Vinci立体视深度产生机制，是起源于双重 融合过程，还是起源于遮挡几何学，一个重要的指 标是观察位于无效遮挡侧的单眼性物体的深度。