СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ УСЛОВИЙ ВОСПРИЯТИЯ ГЛУБИНЫ ОБРАЗОВ ПЛОСКОСТНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
METHOD FOR DETECTING CONDITIONS OF IMAGE DEPTH SENSING OF LINEAR FIGURES

Способ выявления условий восприятия глубины образов плоскостных изображений
Изобретение относится к области экспериментальной психологии и может быть использовано в нейронауке, психо- и нейрофизиологии для выявления особенностей восприятия плоскостных изображений в современной среде обитания.
Известно, что стереоскопическое зрение позволяет человеку воспринимать окружающие предметы трехмерными, расставлять их по глубине поля зрения. Физиологически физическим принципом трехмерного восприятия является то, что глаза смещены на 6-8 см, и это приводит к образованию на сетчатках глаз несколько смещенных изображений [1,2]. Смещение называют бинокулярной диспарантностью. Когда на сетчатках формируется два идентичных изображения, то для такого варианта наблюдения принцип стереоскопического зрения не используется, подключаются монокулярные механизмы восприятия. Два идентичных изображения образуются при наблюдении пространственных объектов, расположенных далее 250 м и при рассматривании любых плоских изображений. Монокулярные признаки глубины способны создавать эффекты глубины, которые по величине несоизмеримы с восприятием глубины 3D объектов среды обитания стереоскопического зрения или его аналога при рассматривании стереоскопических проекций в условиях фузии [2].
Известно, что тренировка к наблюдению стереоскопической глубины стереограмм в статических и динамических условиях развивает стереоскопическое зрение, которое приобретает способность воспринимать плоскостные изображения как трехмерные объекты [3].
Известен метод регистрации способности воспринимать глубину образов плоскостных изображений [4]. При его реализации строятся горизонтальные ряды стереопроекций с изменяющейся диспарантностью от нулевой величины. Они предъявляются испытуемому, который в условиях наложения (фузия) стереопроекций подбирает тот вариант, который наиболее близко подходит под условия восприятия глубины одиночной проекции. Этот метод является субъективным, полностью зависящим от испытуемого и от уровня психического взаимодействия испытуемого и преподавателя. Для его реализации требуется навык концентрации взгляда вне плоскости расположения стереограммы, условия фузии проекций.
Известно тестирование выявления способности восприятия глубины на стереограммах, в которых построены заданное m-количество образов и сделано смещение, т.е. присутствует горизонтальная диспарантность [3]. В том случае, если испытуемый в условиях фузии стереограммы называет количество образов, имеющих глубину, больше чем m, то это косвенно показывает способность воспринимать плоскостное изображение с эффектом рельефности. И этот метод относится к субъективным показателям восприятия.
Известен еще один субъективный метод регистрации способности воспринимать глубину плоскостного изображения [5]. Для его реализации составляют два вертикальных набора горизонтальных строчек, располагают их в поле зрения. Наборы отделены друг от друга белым полем листа. Переводя наборы из правой части поля зрения в левую часть, регистрируют изменение местоположения вектора глубины наборов.
Известно, что для выявления объективной способности восприятия глубины плоскостного изображения можно использовать бинокулярный айтрекер и регистрировать динамические ряды Х-координат направления взора правого и левого глаза [6]. По координатам строятся гистограммы разности, спектрограммы динамических рядов [7]. Восприятие глубины плоскостного изображения приводит к условию, что правый и левый глаз концентрируются не в одну область плоскостного изображения, выведенного на экран монитора. В шкале координат монитора айтрекера возникает разность Х-координат направления взора правого и левого глаза. В максимуме контура гистограммы разности показания для правого глаза больше, чем для левого. Этот способ выбран прототипом. Процесс получения объективных данных по способности восприятия глубины плоскостных изображений не учитывает особенностей движения правого и левого глаз, всех условий, сопровождающих восприятие плоскостного изображения.
Задачей изобретения является расширение объективных показателей способности восприятия глубины плоскостных изображений.
Le
Ra
Задача решается выведением на экран монитора плоскостного изображения ПИ, при его восприятии получением динамических рядов показаний Х-координат для правого (Ra) и левого (Le) глаз и разности ΔХ, если ΔХ≠0, то построением спектрограмм, Фурье-спектров, фазовых портретов рядов Х-координат и разностей ΔХ, по динамическим рядам, спектрограммам, фазовым портретам выявлением периодов синхронного и асинхронного движения правого и левого глаз, получением превышения медианной продолжительности времени фиксаций правого глаза над левым. Где ΔХ=X-X.
Фиг.1-7 иллюстрируют принцип работы способа. На фиг.1 представлено изображение, у которого зарегистрирована ненулевая разность Х-координат правого (Ra) и левого (Le) глаза ΔХ≠0 и воспринимаются эффекты глубины. Это фрагмент одной из картин художника Д.Поллока. Изображения выводятся на экран монитора айтрекера так, чтобы заполняли весь размер экрана. На фиг.2 дан динамический ряд X координат для левого (левая диаграмма) и правого глаза. По вертикальной шкале откладывается амплитуда сигнала, нормированная по максимальному значению показаний. По горизонтальной шкале отсчеты времени. На фиг.3 показан динамический ряд разности ΔХ координат при восприятии изображения. Спектрограмма динамического ряда X координат правого и левого глаза, разности ΔХ при восприятии изображения представлена на фиг.4. По горизонтальной шкале фиг.4 откладывается время, по вертикальной шкале - частота колебаний динамического ряда. На верхнем рисунке изображена спектрограмма для динамического ряда левого глаза, в средней части - для правого, нижний рисунок получен по динамическому ряду разности ΔХ. На фиг.5 представлен спектр Фурье динамических рядов Х-координат и разности ΔХ. По вертикальной шкале откладывается модуль амплитуды, по горизонтальной шкале - частота. Вертикальный график показывает спектр для левого глаза, средний - для правого. На нижнем рисунке дается Фурье-спектр разности ΔХ. Фазовые портреты тех же рядов иллюстрирует фиг.6. Отдельные точки на диаграммах характеризуют белый шум динамического ряда. Темный цвет образуется при наличии общих характеристик динамического ряда, полученных по отдельным интервалам. На фиг.7 построены отрезки времен фиксации правого и левого глаза при восприятии изображения.
Ra
Le
Пример реализации способа получен при определении координат направления взора в условиях регистрации движений глаз с помощью айтрекера SMI HiSpeed в бинокулярном режиме (частота регистрации 500 Гц). Изображение фиг.1 экспонировалось на 19" ЭЛТ мониторе ViewSonic 90Gf, расположенном на расстоянии 58 см от глаз наблюдателя (разрешение 1280×1024 пикселей; 38 пикселей/см). Время экспозиции At составляло от 15 до 60 с. Техническое и программное обеспечение работы айтрекера позволяло определять Х-координаты направления взора правого (X) и левого (X) глаза, времена фиксаций правого и левого глаз.
Способ работает следующим образом. Выбирается плоскостное изображения ПИ (фиг.1), для которого субъективным методом, по опросу испытуемого выявлено восприятие глубины цветовых распределений. Изображение выводится на экран монитора компьютера айтрекера и демонстрируется испытуемому. При его восприятии регистрируются значения Х-координат правого и левого глаза. По числовым массивам X-координат строятся динамические ряды для левого (фиг.2-Le) и правого (фиг.2-Ra) глаз. Динамический ряд, полученный по разности X координат показывает, что подавляющее число значений располагается в области отрицательных чисел (фиг.3). Следовательно, экспериментально подтверждается, что испытуемый на изображении фиг.1 наблюдает эффекты глубины отдельных цветовых распределений. По динамическим рядам для правого и левого глаза и разности ΔХ строятся спектрограммы (фиг.4), Фурье-спектры (фиг.5) и фазовые портреты (фиг.6). В завершении находятся интервалы фиксаций взгляда левого и правого глаз (фиг.7).
4
Сравнение рядов показывают (фиг.2), что зарегистрированы нестационарный и стационарные периоды восприятия. Первый период характеризуется интервалом времени отсчета до значений ~1,5×10. Он сопровождается кратковременными и несинхронными движениями глаз с амплитудой по всей вертикальной шкале. Периоды нестационарных и несинхронных движений кратковременных движений глаз прослеживаются на спектрограммах фиг.4. По спектрограммам видно, что до 25 сек несинхронное движение глаз проявляется в виде белых и темных вертикальных линий по всем анализируемым частотам. Так на спектрограмме для разности (нижняя диаграмма фиг.4) до 25 сек присутствует 7 темных вертикальных линий. На динамическом ряде фиг.3 они присутствуют в виде тех же 7 кратковременных выбросов. По Фурье-спектрам правого и левого глаз видно отличие в одном максимуме на частотах до 1 Гц и наличие двух максимумов по динамическому ряду разности. Фазовые портреты показывают, динамические ряды правого и левого глаза характеризуются отличающимися хаотическими составляющими - это точки в различных областях диаграммы для левого (Le) и правого глаз (Ra). В наличии и образующие общие закономерности отдельных временных интервалов каждого ряда - это темное образование. Вычитание Х-координат приводит к ряду с возрастанием хаоса и изменением общей образующей структуры ядра. Изменение темного пространства на ряде разности показывает, что в основе динамических рядов Х-координат имеют существенные отличительные закономерности.
Завершающей характеристикой рассогласованных составляющих движений глаз являются времена фиксаций. Интервал фиксаций для правого ряда в 1,95 раз выше, чем для левого глаза.
Приведенный иллюстративный материал показывает, что при восприятии глубины плоскостного изображения присутствует режим неустойчивых и несинхронных, но кратковременных движений правого и левого глаза. Он происходит в начальный период восприятия изображения. Такой режим приводит к превышению интервала фиксации правого глаза в 1,95 раз по сравнению с временем фиксации левого глаза. Далее наступает динамический режим с общим фоном колебаний в диапазоне частот до 25 Гц. Глаза двигаются синхронно, наблюдаются устойчивые состояния восприятия глубины.
Сравнение всех полученных характеристик саккадических движений глаз для двух изображений показывают наличие общих закономерностей.
Наличие периода настройки на условия восприятия глубины являются отрицательным элементом на скорость принятия решения в первые секунды попадания плоскостного изображения в поле зрения человека.
Список литературы
1. Гусев А.Н. Общая психология. Т.2 Ощущение и восприятие.- М.: Издат. центр «Академия», 2007.- 416 с.
2. Хьюбел Л. Глаз, мозг, зрение. Пер. с анг.- М.: Мир, 1990.-239 с.
3. Антипов В.Н., Антипов А.В. Способ развития стереоскопического зрения // Патент России №2391948. 2010. Бюл.17.
4. Пат. 2321034 RU. Способ определения степени адаптации зрительной системы человека / Антипов В.Н. и др. - Опубл. 27.03.2008. - Бюл.№9.
5. Пат. 2367344 RU. Способ визуализации развития новых связей нейронных сетей коры головного мозга человека/ Антипов В.Н. - Опубл. 20.09.2009. - Бюл. №26.
6. Антипов В.Н., Вахрамеева О.А., Галимуллин Д.З., Жегалло А.В., Хараузов А.К., Шелепин Ю.Е. Экспериментальное изучение 3D-восприятия образов плоскостных изображений // «Экспериментальный метод в структуре психологического знания/ Отв. ред. В.А.Барабанщиков. - М.: Изд-во «Институт психологии РАН», 2012. - С.187-194.
7. Антипов В.Н., Вахрамеева О.А., Галимуллин Д.З., Жегалло А.В., Хараузов А.К., Шелепин Ю.Е. Экспериментальное выявление когнитивного 3D-восприятия плоских изображений// Пятая международная конференция по когнитивной науке: Тез. докл.: Калиниград. 2012. С.217-219.