Binokulārā redze: definīcija, stereopsija un dziļuma uztvere
Atklāj binokulāro redzi, stereopsiju un dziļuma uztveri — kā abas acis, paralakse un smadzenes rada 3D redzi un ietekmē acu veselību.
Binokulārā redze ir redze, kurā abas acis tiek izmantotas kopā. Tas var nozīmēt, ka acis ir divas, nevis viena, bet biežāk tas nozīmē, ka redzes lauks tiek veidots smadzenēs, izmantojot abu acu datus. Tas ir standarta aprīkojums mugurkaulniekiem un daudziem citiem dzīvnieku tipiem. Binokulārā redze nodrošina ne tikai plašāku redzes lauku, bet arī iespēju iegūt precīzāku informāciju par attālumu, formu un reljefu priekšmetiem priekšā.
Cilvēka maksimālais horizontālais redzes lauks ar divām acīm ir aptuveni 200 grādu. Aptuveni 120 grādi veido binokulāro redzes lauku (redz abas acis), un divi sānu lauki aptuveni 40 grādu garumā, ko redz tikai viena acs. No šī binokulārā lauka centrālajā daļā — īpaši foveālajā reģionā — rodas visprecīzākā dziļuma uztvere, bet perifērijā dominē viena acs iegūtā informācija, kas palīdz orientēties un uztvert kustību.
Mūsu redzes sistēma izmanto paralaksi, lai sniegtu precīzu informāciju par dziļumu, ko sauc par stereopsi. Šādu binokulāro redzi parasti pavada vienota redze jeb binokulārā saplūšana, kad tiek redzēts viens attēls, lai gan katrai acij ir savs objekta attēls. Smadzenes salīdzina abu acu tīklenes attēlus — nelielas atšķirības (disparitāte) satur informāciju par to, kur objekti atrodas telpā attiecībā pret novērotāju.
Stereopsis ir dziļuma iespaids, ko mēs gūstam, skatoties uz ainu ar abām acīm. Binokulārā skatīšanās uz ainu rada divus nedaudz atšķirīgus ainas attēlus abās acīs, jo acu novietojums galvā ir atšķirīgs. Šīs atšķirības sniedz informāciju, ko smadzenes izmanto, lai aprēķinātu vizuālās ainas dziļumu. Terminu "stereopzija" bieži lieto kā saīsinājumu terminiem "binokulārā redze", "binokulārā dziļuma uztvere" vai "stereoskopiskā dziļuma uztvere", lai gan, stingri ņemot, ar stereopziju saistīto dziļuma iespaidu var iegūt arī citos apstākļos, piemēram, ja novērotājs kustībā ainu skatās tikai ar vienu aci. Novērotāja kustība laika gaitā rada atšķirības vienā tīklenes attēlā, kas ir līdzīgas binokulārajai disparitātei; to dēvē par kustības paralaksu. Papildus stereopsis, smadzenes izmanto arī virkni citu pazīmju un signālu dziļuma uztverei, piemēram, acs konverģenci, akomodāciju, ēnu un gaismas gradientus, objektu pazīstamību un perspektīvas pazīmes.
Kā darbojas binokulārā dziļuma uztvere
Galvenie mehānismi, ko organisms izmanto, lai noteiktu dziļumu:
- Binokulārā disparitāte (stereopsis): atšķirības starp abu acu attēliem; visprecīzāk darbina tuvu objektu novērtēšanai.
- Konverģence: acu acs koordinēta iekšējā pagriešanās, kad skatāmies tuvus objektus; smadzenes izmanto konverģences leņķi kā attāluma signālu.
- Akomodācija: lēcas izmēra maiņa, lai fokusētu attālu vai tuvu objektu; arī sniedz informāciju par attālumu.
- Monokulārie dziļuma pazīmes: perspektīva, objektu pārklāšanās, ēnas, tekstūras blīvums, pazīstama objekta izmērs u.c.
- Kustības paralakss: relativā kustība pokas laikā — tuvi priekšmeti pārvietojas ātrāk pret statisko fonu nekā tālie.
Fizioloģija un nervu ceļi
Abu acu signāli nonāk uz tīklenes, pēc tam pa redzes nerviem tie nonāk uz tālākām struktūrām — redzes traktā, galvenokārt uz laterālajiem genikulātiem un no turienes uz primāro redzes garozu (V1). Iespēja salīdzināt abu acu attēlus un noteikt disparitāti rodas gan primārajā redzes garozā, gan augstākās pakāpēs, kur tiek integrēta informācija par kustību, formu un atmiņu. Eksperimenti rāda, ka noteiktas neironu populācijas ir jutīgas pret konkrētām disproporcijām un tādējādi kodē dziļumu.
Attīstība, traucējumi un vizuālā rehabilitācija
Binokulārā redze attīstās agrā bērnībā; pastāv kritisks periods, kurā pareiza abu acu stimulācija ir nepieciešama normālas binokulāras funkcijas veidošanai. Bieži sastopamie traucējumi:
- Strabisms (šķielēšana): acu asu neassalīdzināšana, kas var izraisīt dubulto redzi vai smadzeņu kompensāciju, ignorējot vienas acs attēlu.
- Amblyopija (slapja acs): samazināta redzes asums vienā acī, kas attīstās, ja abas acis nesaņem līdzvērtīgu stimulāciju agrā bērnībā.
- Diplopija: dubults redzējums, kas rodas, ja smadzenes nespēj sapludināt abu acu attēlus.
Diagnostikai un ārstēšanai izmanto novērtējumus, piemēram, pārklāšanas testu, stereotestus (Titmus, Randot, TNO), ortoptiskās vingrināšanas, pleķa terapiju amblyopijas gadījumā un ķirurģisku korekciju šķielēšanas gadījumā. Agrīna diagnostika un terapija būtiski uzlabo rezultātus.
Binokulārās redzes priekšrocības un ierobežojumi
- Priekšrocības: precīzāka dziļuma uztvere, labāka tēlu diskriminācija centrālajā laukā, binokulārā summācija (uzlabota jutība pret kontrastu) un plašāks redzes lauks.
- Ierobežojumi: stereopsis ir visefektīvākais tuvumā un centrālajā redzes laukā; ja acu attēli pārāk atšķiras (liela disparitāte), rodas dubultošanās un zaudēta saplūšana.
Daudzveidība dabā un tehnoloģijās
Acis un to novietojums evolucionējuši atšķirīgi atkarībā no sugas dzīvesveida. Plēsējiem (piem., lielākajai daļai plēsīgu putnu un zīdītāju) acis ir vērstas uz priekšu — liela binokulārā pārklāšanās sniedz labu stereoskopisku dziļuma uztveri. Plēsīgajiem tas palīdz precīzi aprēķināt attālumu lēcienam vai ķeršanai. Pretējā gadījumā, preseļiem un kukaiņiem acis bieži ir sānu pusēs — tas nodrošina plašāku redzes lauku, labāku kustību uztveri un drošības signālus pret plēsoņām, bet mazāku stereoskopisku pārklāšanos.
Tehnoloģiskā pielietojumā stereopisku efektu izmanto 3D kinematogrāfijā, stereoskopiskajos displejos, virtuālajā realitātē (VR) un robotikā — kur divas kameras un datorredze imitē binokulārās dziļuma stratēģijas, lai noteiktu objektu attālumu un orientāciju.
Praktiski padomi un novērojumi
- Daudzi ikdienas uzdevumi, piemēram, metiena tveršana vai adatas ieduršana, prasa labu binokulāru dziļuma uztveri.
- Ja šķiet, ka bērns slēpj vai neizmanto vienu aci, vai ir redzama šķielēšana, jāgriežas pie acu ārsta — agrīna iejaukšanās būtiski ietekmē rezultātu.
- 3D filmu vai VR pieredze var daļai cilvēku radīt diskomfortu, ja nav normālas binokulāras saplūšanas vai ir spēcīga atšķirība acu redzes asumā.
Kopumā binokulārā redze ir sarežģīta sistēma, kas apvieno optiskus, motorus un neirālus mehānismus, ļaujot precīzi uztvert apkārtējās telpas dziļumu un orientēties dinamiskā pasaulē. Tās traucējumi ir ārstējami vai kompensējami daudzos gadījumos, īpaši, ja iejaukšanās notiek agri.
Ērgļa acu pāris.
Baloža (tipiska plēsēja) redzes lauks salīdzinājumā ar pūces (tipiska plēsēja) redzes lauku.
Redzamības lauks un acu kustības
Dažiem dzīvniekiem, parasti, bet ne vienmēr medījamiem dzīvniekiem, abas acis ir novietotas pretējās galvas pusēs, lai nodrošinātu pēc iespējas plašāku redzes lauku. Piemēram, truši, bifeļi un antilopes. Šādiem dzīvniekiem acis bieži pārvietojas neatkarīgi, lai palielinātu redzes lauku. Dažiem putniem ir 360 grādu redzes lauks, pat nekustinot acis.
Citiem dzīvniekiem, parasti, bet ne vienmēr plēsīgajiem, abas acis ir novietotas galvas priekšpusē, tādējādi nodrošinot binokulāro redzi un samazinot redzes lauku par labu stereopsei. Piemēram, cilvēki, ērgļi, vilki un čūskas.
Dažiem plēsīgajiem dzīvniekiem, īpaši lielajiem, piemēram, kašalotiem un vaļiem killeriem, abas acis ir novietotas galvas pretējās pusēs. Arī citiem dzīvniekiem, kas ne vienmēr ir plēsēji, piemēram, augļēdājiem sikspārņiem un vairākiem primātiem, acis ir vērstas uz priekšu. Parasti tie ir dzīvnieki, kuriem nepieciešama smalka dziļuma izšķiršana/uztvere; piemēram, binokulārā redze uzlabo spēju noplūkt izvēlēto augli vai atrast un satvert konkrētu zaru.
Dzīvniekiem ar uz priekšu vērstām acīm acis parasti kustas kopā. Daži dzīvnieki izmanto abas stratēģijas. Piemēram, strazdam ir sāņus novietotas acis, lai aptvertu plašu redzes lauku, bet viņš var arī pārvietot acis kopā, lai tās būtu vērstas uz priekšu, tādējādi to redzes lauki pārklājas, nodrošinot stereopsi. Ievērojams piemērs ir hameleons, kura acis šķiet kā tornīši, un katra no tām kustas neatkarīgi viena no otras, uz augšu vai uz leju, pa kreisi vai pa labi. Tomēr medībās hameleons var pievērst abas acis vienam objektam.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir binokulārā redze?
A: Binokulārā redze ir tad, kad abas acis tiek izmantotas kopā, lai radītu redzes lauku, ko smadzenes saliek kopā ar abu acu ievadītajiem datiem.
J: Cik lielu horizontālā redzes lauka daļu cilvēks var redzēt ar divām acīm?
A: Cilvēkam ar divām acīm maksimālais horizontālais redzes lauks ir aptuveni 200 grādu.
Jautājums: Ko paralaksa sniedz attiecībā uz informāciju par dziļumu?
A: Paralakss sniedz precīzu informāciju par dziļumu, ko sauc par stereopsi.
J: Kas ir binokulārā saplūšana?
A: Binokulārā saplūšana ir tad, kad tiek redzēts viens attēls, lai gan katrai acij ir savs objekta attēls.
J: Kas ir stereopsis?
A: Stereopsis ir dziļuma iespaids, ko mēs gūstam, skatoties uz ainu ar abām acīm. Lai aprēķinātu dziļumu redzamajā ainā, tiek izmantotas atšķirības katras acs redzamajos attēlos.
J: Kā darbojas kustību paralakss?
A: Kustības paralakss darbojas, radot atšķirības vienā tīklenes attēlā laika gaitā, līdzīgi binokulārajai disparitātei, kad novērotājs kustībā skatās ainu tikai ar vienu aci.
Meklēt