存在于运动中的视觉深度距离信息

高峰

摘 要 人类的视知觉系统可用多种线索对深度距离进行判断。本文将提出一种新的深度知觉线索，此线索存在于双眼视差在物体运动过程中所表现出的变化模式中，在这种线索下的深度距离的计算公式为 = ，它只涉及双眼距离I及视差 变化的信息，因而具有被主体直接利用作出深度判断的可能。本文通过心理物理法初步探索了人类主体利用这种信息做出深度判断的能力，结果表明，观察者对运动中的双眼视差信息是不敏感的。

关键词 双眼视差 运动 深度知觉

中图分类号：B842 文献标识码：A

A Potential Visual Depth Information Existing in Motion

GAO Feng

（Southwest University Faculty of Psychology， Chongqing 400715）

Abstract The human visual system can use different methods to get depth information of objects in the environment. The present research raised a new cue for the visual system to do the depth judgment. This cue bases on a dynamic changing pattern of the binocular parallax caused by the oncoming object and the instant depth can be calculated by formula： = . Because the formula is defined by the I（distance between two eyes） and the information related to （binocular parallax）， so the observer has the potential to get the depth information directly. The research tried to test the subjects' ability to employ the new cue. The result showed that observers were not sensitive to the new proposed depth cue.

Key words binocular parallax ，motion， depth perception

0 引言

通过二维网像的信息就能产生对真实世界中的深度知觉也许是人类视觉系统中最令人惊叹的能力了。大量的研究已经表明人可利用多种視觉线索来帮助他们进行深度判断，①如线条透视，遮挡关系，运动视差，双眼视差等。除运动视差外，这些深度知觉线索都是处于静止情景中的，这也是自然的，因为深度本身就更像是一种静态的概念。本文提出进行深度判断的另一种方式：通过借助物体在深度中运动所产生的信息，将有可能对深度进行准确的判断，不同于运动视差线索的是，此线索将不需借助背景作为参照。

1 对相撞路径上的运动物体的深度知觉：理论上的可能性

图1 TTC判断的双眼视差线索

在对相撞路径上运动物体的知觉关注最多的指标是碰撞即将发生的时间TTC（time to collision）。在对TTC的知觉的研究中，已积累的大量的数据。在有些实验中，被试不仅报告了有关时间的信息，也报告了对于速度与距离的感知。②在单眼条件下，被试似乎能够分辨这些不同速度及距离，但并不具有理论上的可能性，所以那可能只是被试自己的一种错觉，但在双眼条件下，就有实现这种判断的可能性了。

在依据双眼视差进行TTC判断的研究中，如图1所示，③观察者注视点为M，p为在相撞路径上做匀速直线运动的物体。其中，为左眼视差，为右眼视差，总视差为 = + ，I为两眼间距离，D为物体到两眼间中点的距离，此时即将发生碰撞的时间T将可由以下两个公式表示：④

= ， =

消去公式中的T，则得到距离D的表达式： =

这样对于D的知觉完全可由网像信息直接推断出。当然，具有做出这种推断的理论基础不能表明人就具有做出这种推断的能力，只是具有这种潜力。一般需要通过心理物理法来确定观察者对不同D的分辨力。

2 实验方法

图2 实验模拟图

实验采用立体投影仪作为视觉刺激呈现设备，如图2，当观察者左右两眼（EYEl，EYEr）分别注视屏幕上的Ol和Or时，注视点将被感知为O，此时Pl Pr两点将产生相应的视差，其深度将被知觉为处于P处。在一定的范围内，这种视差信息将可用来作为相对深度的判断。当此两点连续向中心靠拢时，观察者应产生P在深度上进行运动的感知。

在实验过程中，模拟的运动点将从Ps处出发做匀速直线运动，到Pe处消失，消失点Pe到I（观察者）的距离D是需要被试进行判断的距离，D大小会有所变化，但p由注视点O到Pe所划过的视角，即角O-EYEl-p将保持不变，同时Ps的位置将保证角Ps-EYEr-Pe等于。这样每次P运动中所产生的视差将一致，被试不能用视差线索对距离进行判断。为减小尺寸线索作用的影响4，圆点p在运动过程中大小不变且尺寸很小。实验中将设置7种不同的D：其中6种比较刺激D1～D6，其大小成等比例关系，D1=3米，之后每一项是其哪一项的1.1倍，最大的D6则为4.83米；1种标准刺激Ds，其值为D1～D6的几何平均数3.81米，大小介于D3与D4间。7种D对应于7个不同的注视点，注视点分布于3到6米间，可避免辐合线索产生作用。实验中控只保留了运动中的双眼视差线索作为深度知觉的依据，所以，被试若能对比较刺激与标准刺激能进行分辨，则说明被试使用了这种深度线索。为使注视点易于保持，在与O相同深度的平面上增加了很多随机点以利于控制，并且为使O点不至于被P点所遮掩，O实际上是具有浅灰色背景的较大的方框。

图3 标准刺激与比较刺激分辨力实验结果

因D与delta确定了圆点显现出的运动路程，所以通过控制其呈现时间就确定其运动状态，呈现时间有1s，1.5s，2.25s三种。这样比较刺激共有6（距离）（呈现时间）=18种，比较刺激有1（距离）（呈现时间）=3种。

实验过程采用经典的心理学物理法中的二项迫选范式。每次实验会相继呈现标准刺激与比较刺激（或反之），然后被试判断哪一次的圆点在消失时的距离D更近。若被试能对不同距离进行分辨，则当随比较刺激D逐渐增大时，其被判断为比标准刺激Ds小的概率应减小。若不能进行分辨，则此概率值将平坦地集中于0.5的随机水平。

实验共有试次18（比较刺激）（标准刺激）（比较刺激在前或标准刺激在前）（重复2次）=216次。共4名被试参与实验。

3 实验结果及讨论

实验结果可用比较刺激消失时的距离判断为比标准刺激消失时的距离更小的比率函数图来表示，由图3可以看出没有趋势表明被试对比较刺激与标准刺激的距离有分辨能力，除去D6未显示出随距离增加，有更少的可能判断为比标准刺激近，从单一的数值上看，也只在随机水平左右徘徊。至于所显示出较高的分辨力，尚不能给出解释，或许由于被试数量较少所导致的偶然误差造成的。

初步的实验结果未能证明运动中的双眼视差线索被观察者利用，至少在距离差为1.33倍时，被試仍不能利用此线索对距离进行有效的分辨。运动中的双眼视差线索虽然在理论上可以作为深度知觉的信息来源，但实际上它是缺乏生态意义的，即其不能为主体提供对外在环境进行反应的有价值的信息，因为当主体对当前一刻的深度信息进行反应时，由于反应过程及执行过程（肌肉收缩）都需时间，所以当反应作出时运动物体早已不在当初所知觉到的状态了。但在理论上对其进行探讨仍然有重要的意义，因为即使主体尚未能表现出利用这种信息的能力，那这种能力依然有可能通过特定训练在实验室环境中得到强化。相关研究将对揭示人类知觉系统可塑性的潜力产生积极作用。

注释

① Bruce， V.， Visual perception： Physiology， psychology， and ecology. 2003：Psychology Pr.

② Regan， D. and S. Hamstra， Dissociation of discrimination thresholds for time to contact and for rate of angular expansion. Vision research，1993.33（4）：447-462.

③ Gray， R. and D. Regan， Accuracy of estimating time to collision using binocular and monocular information. Vision Research，1998.38（4）：499-512.

④ Regan， D.， Binocular information about time to collision and time to passage. Vision research，2002.42（22）：2479-2484.