6.2　双眼视觉与双眼视差

6.2.1　中央眼

人类的空间视觉和立体视觉主要是由双眼来实现的。借助于双眼视觉，既可以弥补单眼视野的不足，使我们的视野得以扩大；也可以克服生理盲点所带来的视觉缺陷，让我们始终看不到盲点造成的阴影。而更重要的，双眼视觉是我们获得立体视觉的最重要的基础。

正常人的双眼总是同时在接收来自目标的刺激图像信息，然后通过不同的路径转换和传递到大脑皮层进行处理，最终引起对目标的完整的视觉。这些过程对人们来说已司空见惯，却从来没有感觉到双眼其实是在分别观察周围的景物，所看到的目标也不存在重影，好像是用一只眼睛看到目标一样。因此，可以用一个假想的眼睛来代替双眼，这只眼睛称为中央眼，它应位于前额的正中央，实际的左右眼以此为对称轴。中央眼是进行空间定向的重要依据。视觉的方向既不是左眼的正前方，也不是右眼的正前方，而是以自己的身体作中心，从中央眼向正前方透射的方向。人们还以此来确定物体是在左侧还是右侧，因此，人类是依靠中央眼的视觉正方向来确定目标的空间位置的。

6.2.2　双眼视轴的辐辏

空间深度或距离的信息，既可通过视觉接收到的光流分布情况来获得，这是外部信息；也可以从主体内部由眼睛本身来提供，其中眼外肌的运动信息和晶状体的调节作用起着重要作用。在观察外界对象时，除了晶状体要对景物清晰成像外，双眼的视线也必须对准目标，即视轴向内转动，最终相交于目标上，这一过程称为双眼的集合或辐辏。双眼视线所成的角度，称为辐辏角。显然，看近物时，双眼的辐辏角增大；看远物时辐辏角减小；看无穷远处时，双眼视轴基本平行，辐辏角为零。在这里，目标距离的远近决定了辐辏角的大小，反过来，辐辏角的大小隐含了距离远近的信息，见图6‐4。

当目标在近处相对于观察者前后移动时，双眼的辐辏角随距离的变化非常明显；而当目标远于一定距离后，辐辏角随距离的变化将十分微小，双眼几乎无法分辨出来，在这种情况下，辐辏机制对空间深度的知觉基本上不起作用。

图6‐4　不同视物距离时双眼视轴的辐辏(www.daowen.com)

6.2.3　双眼单视圆与双眼视差

早在19世纪Muller等人就发现，当两只眼睛的中央凹注视空间的某一点时，由于目标落在左右眼视网膜的对应点上，因此可产生单一的视觉。这时如果其他目标的图像也投射到视网膜的对应点上，也可引起单一视觉。根据几何学原理，能够使双眼产生单一视觉的目标点，位于一个通过双眼节点的圆周上，这个圆周叫做双眼单视圆或双眼单视界，如图6‐5所示。

图6‐5　双眼单视圆

当双眼注视一个对象时，如果另外一个对象不在双眼单视觉圆上，那么后者在左右视网膜上的像并不位于对应点上。如果它们在视网膜上的位置差别很大，便出现复视现象，即把目标看成两个像。例如当我们注视远处目标时，同时把手指头放在眼前不远处，看到的手指便出现双像。这时闭上左眼，位于右边的手指像就会消失；反之左边的像消失。这种复视称作交叉复视，因为左像来自右眼，右像来自左眼。反过来，如果注视点是手指头，远处的物体就会出现双像，这时的复视是非交叉复视。这些双眼复视现象在生活中十分常见，只是我们不去刻意留心它，而且，双眼往往能够从这些复视现象中提取出三维深度信息，因此复视现象并不影响日常视觉。

当注视一个位于眼前的平面时，左眼和右眼看到的平面像没有任何差别信息，因此视觉结果是一个平面。而观察立体目标时，由于左右眼之间的平均间距约为65mm，实际上双眼是从不同角度看物体的，左眼看到的目标像左边的部分多一些；右眼看到的目标像右边的成分多一些。双眼接收到的图像的这些微小差别，经过视觉系统的加工整合，最终形成立体视觉。可见，双眼接收到的图像之间的微小差别，是产生立体视觉的必要条件，这些差别称为双眼视差。由空间深度或目标远近引起的双眼视差，在视网膜上表现为横向视差。以图6‐6所示的图解来说明，当双眼注视位于单视圆上的一点B时，它在左右眼视网膜上的像均位于中央凹，即左右眼像点b₁和b₂的对应位置相同。而远处一点A和近处一点C的左右视网膜像的位置，不但与B点像的位置有差别，而且每一点的左右眼像的位置也各不相同，如左像a₁在b₁的右边，右像a₂却在b₂的左边，C点像的位置正好与之相反。这些像点位置与注视点B的像点位置之间的差别，即为横向视差。按照一般的图形叠加原理，如果以注视点像为基准，将左右眼的图像叠加在一起，除了B点是单一视觉外，A和C将产生复视，即应该看到位于同一平面上的五个点，从左到右依次为:c₁、a₂、b₁（b₂）、a₁和c₂。但事实并非如此，因为视觉系统能够有效地从横向视差中提取三维深度信息，实际的视觉结果是看到三个位于不同距离的点。

图6‐6　双眼横向视差与距离的关系