6.3　立体视觉机制

从几何学上看，目标的远近或深度的不同造成了双眼视网膜像的横向视差，反过来，视觉系统又能够根据生理学和心理学的机制，从横向视差中提取出三维空间的信息，即使所观察的仅仅是平面图形。当双眼分别注视图6‐7的图形对并使左右眼的像重合时，可以获得不同的立体视觉效果。从上图看到带黑点的方框向观察者浮起，即看起来比大方框更近一些；从下图则看到带黑点的方框比大方框远。这些视觉结果纯粹是由双眼接收的平面图像引起的，原因是图对中存在横向视差，其几何学解释参见图6‐6。因此，只要双眼同时接收到存在横向视差的图像，就可以产生立体视觉。

构成图6‐7图对的图形元素是方框或黑点，本身已具有一定的结构。即使用单眼观看，这些结构也一目了然。事实上，产生立体视觉并不一定要求平面图对中的像素具有人们熟知的结构，即并不需要心理暗示。为了证实这一点，Julesz设计了随机点立体图对。图6‐8是一对黑白随机点图对，用单眼独立观察，不可能看到有意义的结构。但如果用左眼和右眼分别观察A和B图，或通过立体镜观察这两个图形，使他们融合在一起，就可以获得神奇的立体视觉效果。我们可以看到在一片随机点大背景中央，悬浮着一个小方块。这是因为构成A图和B图的随机点像素实际上是一一对应的，只是在A图中央小方块区域内的随即点，相对于背景向右平移了一定距离，B图中央小方块区域内的随机点则向左平移一定距离，两者的对原有位置的偏离即横向视差，正是这一视差造成了立体视觉的效果。

图6‐7　包含不同横向视差的图对及其立体视觉结果

图6‐8　随机点立体图对

随机点立体图对或图片有多种制作方法。除了黑白随机点立体图对外，还可以利用补色原理制作彩色随机点立体图对。此外，也有制作在同一背景上的随机点立体图片，见图6‐9。这些图片的制作方法将在第十章详述。随机点立体图片的观察方法是，双眼用一种迷离的目光分别观察图眉的两个小白点（注意:不要刻意去看清它们），可以发现这两个白点会向着中间相互靠近，当两点完全重合时，将目光稍稍向下移动，这时将出现一幅奇妙的景象，在由随即点构成的背景前，赫然悬浮着“3D”两个大字！

随机点图对产生立体视觉的事实再次表明，在完全排除了形状和深度暗示的情况下，只要双眼同时观察到两幅存在横向视差的图像刺激，并将它们融合，就能够产生立体视觉，即使这组刺激在单眼看来可能毫无意义。最早的立体视觉理论认为，从双眼视觉到产生立体视觉之前，每只眼睛先要分别对刺激图形进行再认，然后由双眼作比较和混合，才能获得立体感，如图6‐10（a）所示。而人眼对随机点图对的立体视觉说明，在对物体产生再认之前，视觉系统便能够产生立体感，流程图见图6‐10（b）。这样看来，前一种观点显然是不正确的，后一种理论反映了立体视觉的实际。(www.daowen.com)

图6‐9　随机点立体图片

图6‐10　两种不同的立体视觉理论的流程图

从双眼视觉的几何图解和视觉心理学实验，我们可以得到立体视觉的产生机制:首先，双眼同时观察到两幅包含横向视差的刺激图像，这些图像可以是平面图对，也可以是实际目标在左右视网膜上所成的图像对，这一阶段称为同时视。其次，视觉系统将来自左右眼的平面图对，根据像素的对应关系融合成一幅完整的图像，称为融像。在此基础上，视觉系统将平面的横向视差信息转换成三维立体信息，最终产生立体视觉。也就是说，立体视觉的产生过程分为三个步骤:同时视、融像和立体视。

应该指出，在观看随机点立体图形时，大脑必须找出由左右眼输入的许多完全吻合的对应像素，同时又要发现那些具有横向视差的像素对，这样才能获得一幅完整的含有深度信息的立体图像。对普通的立体图对而言，这个过程看起来顺理成章，但对随机点立体图对来说，看起来简直不可思议。因为从左眼和右眼输入的点子是如此之多，每一个点又都很相似，左眼图像中的任何一个点，原则上都可以与右眼图像中的所有点匹配，而这样的匹配的总数，可以说是天文数字。这些无序匹配的结果，势必造成视觉结果的杂乱无章。所幸的是，我们的视觉系统选择了最理想的匹配结果，因为这种匹配最正确也最节省运算量。由此可见，人类的视觉系统或大脑的这种匹配能力是多么惊人。事实上，包括视觉系统在内的任何感觉系统，都遵循以最少的运算通道和运算量代价去获得最大最好的知觉结果这一逻辑。

有关立体视觉的生理学基础，还有待于进一步的研究。人眼视觉通路中视神经的部分交叉，以及左右大脑半球间的连接，是双眼具有共同视野的生理学依据，也是产生立体视觉的基础。立体视觉的最终形成，基于大脑对双眼视觉信息的整合。一般认为，立体视觉在特征觉察的信息加工水平上便能完成，不需要更高级认知活动的参加。

尽管如此，人类对立体视觉现象已有充分的认识，并从几何学和视觉心理学等方面揭示了立体视觉的机制，由此发展了各种立体视觉的应用技术，如立体镜、立体电影、立体电视、立体照片等。将在第十章中讨论。