Binokulaarne nägemine — stereopsis, fusioon ja sügavustaju
Avasta binokulaarne nägemine: kuidas stereopsis, fusioon ja sügavustaju töötavad, miks kaks silma annavad täpsema ruumitaju ja parem orienteerumine igapäevaelus.
Binokulaarne nägemine on nägemine, mille puhul kasutatakse mõlemat silma koos. See võib tähendada kahe silma olemasolu ühe silma asemel, kuid sagedamini tähendab see nägemisvälja olemasolu, mille aju paneb kokku mõlema silma sisendiga. See on selgroogsete ja paljude teiste loomaliikide standardvarustus.
Inimese maksimaalne horisontaalne vaateväli on kahe silmaga umbes 200 kraadi. Binokulaarne vaateväli (osa, mida näevad samaaegselt mõlemad silmad) on ligikaudu 120 kraadi; lisaks on kaks umbes 40-kraadist külgvälja alaosa, mida näeb igaüks silmadest eraldi.
Mis annab binokulaarsele nägemisele väärtuse?
Binokulaarne nägemine annab märkimisväärseid eeliseid võrreldes ühe silmaga nägemisega:
- täpsem sügavustaju ja kauguse hindamine;
- parem kontrasti- ja eraldusvõime tänu binaokulaarsele summatsioonile;
Stereopsis ja parallaks
Meie nägemissüsteem kasutab parallaksi — kahe silma erinevast asendist tulenevat vaatenurga erinevust — et anda täpset sügavusinfot, mida nimetatakse stereopsisiks. Silmade erineva asendi tõttu peas tekib stseeni kohta kaks pisut erinevat kujutist. Need erinevused ehk binokulaarne dispariteet annavad ajule vajaliku info objekti kauguse ja sügavuse arvutamiseks.
Stereopsia on subjektiivne mulje sügavusest, mida me saame, kui vaatleme stseeni mõlema silmaga. Stereopsis võimaldab tajuda detaile ruumi suhetes, näiteks mõõta eseme kaugust lähemalt või kaugemalt kui teine eseme ning eristada väikseid kõrguse- või sügavuserinevusi. Hea stereopsise mõõt on stereoacuity, mis väljendatakse sageli kaaresekundites — väiksem väärtus tähendab paremat ruumilist eristust.
Fusioon ja üksiknägemine
Sellise binokulaarse nägemisega kaasneb tavaliselt ka üksiknägemine ehk binokulaarne fusioon, mille puhul nähakse ühte pilti, kuigi kummalgi silmal on objektist oma pilt. Fusioon nõuab, et aju suudaks sobitada kahe silma pildid vastavusse; kui dispariteet on liiga suur või oculomotoorsed printsiibid ei tööta, tekib topeltpilt ehk diplopia.
Panumi ala on ruumiline piirkond, kus väiksed dispariteedid ikkagi fusoneeritakse ja üksiknägemus säilib. Kui objekti dispariteet liigub väljapoole Panumi ala, tekib topeltkujutis või ajus võib üks silm täielikult alla suruda (suppressioon), et vältida segadust.
Muud sügavusmärked — mono- vs binokulaarsed vihjed
Stereopsis on üks paljudest sügavusvihjetest. Muud olulised vihjed on:
- liikumisparallaks — vaatleja liikumisest tekkivad muutused ühe võrkkesta kujutises;
- varjud ja valgustus, perspektiiv, lähenemis- ja suurusevõrdlus (monokulaarsed vihjed);
- akkommodatsioon ja silmade konvergents — silmade keskendumise ning läätsede muutuste info kauguse kohta;
- tekstuurigradient ja katkemine — objektide osaline varjamine või kattumine annab selgeid sügavustsignaale.
Füsioloogia ja areng
Aju ala, mis stereopsisiga tihedalt seotud on, paikneb peamiselt oktsipitaalses ja parietaalses korteksis, kus viiakse kokku ja töötletakse kummaltki võrkkestalt tulevat signaali. Tavaliselt tekib stereopsise võime varases lapsepõlves ja selle arenguks on olemas kriitiline periood: pikaajaline strabismus (ristivad silmad) või tugeva anisometroopia (erinev lõõtsutugevus) puhul ei pruugi normaalne binaokulaarne integratsioon areneda ning tekib amblyoopia ehk laisk silm.
Kliinilised aspektid ja testimine
Binokulaarset nägemist ja stereopsist hinnatakse mitmete testidega:
- Titmus- või Randot-testid — stereoskoopilised testid, mis mõõdavad stereoacuityt;
- Lang-sildade ja prismatestide abil hinnatakse fusioonivõimet, vergentse ja diplopiat;
- Nägemise arengu jälgimine lastel: varases eas diagnoositud strabismus tuleb ravida, sest hiljem võib taastada normaalset binokulaarset nägemist olla keeruline;
- Kirurgilised ja optilised sekkumised (prillid, prismad, silmatreeningud) võivad parandada fusiooni ja vähendada suppressiooni või amblyoopiat.
Praktilised rakendused
Binokulaarse nägemise ja stereopsis mõistmine on oluline ka mitmetes tehnoloogilistes lahendustes:
- 3D-filmid ja virtuaalreaalsus (VR) kasutavad stereoskoopilist esitamist, et tekitada sügavuse illusiooni;
- roboti- ja arvutinägemissüsteemides kasutatakse stereoskoopiat objektide kauguse ja asukoha mõõtmiseks;
- arhitektuuris, kirurgias ja spordis on täpne ruumiline tajumine oluline otsuste tegemisel ja tegevuste sooritamisel.
Kokkuvõtlikult — binokulaarne nägemine on keerukas, kuid äärmiselt kasulik süsteem, mis kombineerib kahe silma informatsiooni, kasutab parallaksit ja muid vihjeid, et luua täpne sügavustaju ning üksiknägemuse kogemus. Selle normaalne areng ja säilimine on oluline nii igapäevase funktsioneerimise kui ka mitmete erialade ja tehnoloogiate jaoks.
Kotkasilmad.
Tuvi (tüüpiline saakloom) vaateväli võrreldes öökulli (tüüpiline kiskja) vaateväljaga.
Vaateväli ja silmade liikumine
Mõnede loomade, tavaliselt, kuid mitte alati saakloomade, kaks silma on paigutatud pea vastaskülgedele, et tagada võimalikult lai vaateväli. Näitena võib tuua jänesed, pühvlid ja antiloobid. Sellistel loomadel liiguvad silmad sageli sõltumatult, et suurendada vaatevälja. Isegi ilma silmi liigutamata on mõnel linnul 360-kraadine vaateväli.
Teistel loomadel, tavaliselt, kuid mitte alati röövloomadel, on kaks silma paigutatud pea esiosale, mis võimaldab binokulaarset nägemist ja vähendab vaatevälja stereopsia kasuks. Näiteks inimesed, kotkad, hundid ja maod.
Mõnede röövloomade, eriti suurte loomade, nagu näiteks siibrivalaste ja tapja vaalade, kaks silma paiknevad nende pea vastaskülgedel. Ka teistel loomadel, kes ei ole tingimata kiskjad, nagu näiteks puuvilja-nahkhiirtel ja mitmetel primaatidel, on silmad suunaga ettepoole. Need on tavaliselt loomad, kes vajavad peent sügavuse eristamist/nägemist; näiteks parandab binokulaarne nägemine võimet valida valitud vilja või leida ja haarata konkreetset oksa.
Ettepoole suunatud silmadega loomadel liiguvad silmad tavaliselt koos. Mõned loomad kasutavad mõlemat strateegiat. Näiteks tähnikul on silmad külgmiselt paigutatud, et katta laia vaatevälja, kuid nad võivad neid ka koos liigutada, et näidata ettepoole, nii et nende vaateväljad kattuvad, mis annab stereopsia. Tähelepanuväärne näide on kameeleon, kelle silmad näivad olevat paigaldatud tornidesse, mis liiguvad üksteisest sõltumatult, üles või alla, vasakule või paremale. Sellegipoolest võib kameeleon jahil olles suunata mõlemad silmad ühele objektile.
Küsimused ja vastused
K: Mis on binokulaarne nägemine?
V: Binokulaarne nägemine on see, kui mõlemaid silmi kasutatakse koos, et luua vaatevälja, mille aju paneb kokku mõlema silma sisendiga.
K: Kui suurt osa horisontaalsest vaateväljast saab inimene kahe silmaga näha?
V: Inimese maksimaalne horisontaalne vaateväli on kahe silmaga umbes 200 kraadi.
K: Mida annab parallaks sügavusinformatsioon?
V: Parallaks annab täpset sügavusinfot, mida nimetatakse stereopsisiks.
K: Mis on binokulaarne fusioon?
V: Binokulaarne fusioon on see, kui nähakse ühte pilti, kuigi kummalgi silmal on objektist oma pilt.
K: Mis on stereopsis?
V: Stereopsis on mulje sügavusest, mida me saame, kui vaatame stseeni mõlema silmaga. See kasutab kummagi silma poolt vaadeldavate kujutiste erinevusi, et arvutada visuaalse stseeni sügavust.
K: Kuidas toimib liikumisparallaks?
V: Liikumisparallaks toimib, tekitades ajas erinevusi ühe võrkkesta kujutises sarnaselt binokulaarsele dispariteedile, kui vaatleja vaatab stseeni ainult ühe silmaga liikudes.
Otsige