Frontiers in Psychology

Introduction:

Stereoskooppinen näkö antaa tärkeää tietoa ympäröivän maailman avaruudellisesta rakenteesta. Molemmat silmät tarjoavat pitkälti samanlaisia optisia kuvia, mutta hieman erilaisista näköalapaikoista. Tästä johtuvat pienet erot kahden monokulaarisen kuvan välillä muodostavat visuaalisesti tärkeää tietoa, jota ei ole saatavilla kummastakaan kuvasta yksinään. Binokulaarinen näköjärjestelmä on poikkeuksellisen herkkä tälle stereoskooppiselle informaatiolle. Mutta mitä binokulaarinen dispariteetti tarkalleen ottaen on? Kyse ei ole terminologiasta vaan syötetystä informaatiosta. Syötteen tunnistaminen on välttämätöntä sen määrittämiseksi, miten tuota syötettä käsitellään.

Yksi osa tätä ongelmaa on ”vastaavuusongelma” – vastaavien tilallisten elementtien tunnistaminen kahdessa monokulaarisessa kuvassa (Julesz, 1960, 1971; Marr ja Poggio, 1976, 1979). Tämän ongelman luonne ja tärkeys tulivat esiin Juleszin tyylikkäissä kokeissa, joissa hän käytti satunnaispisteiden stereogrammeja. Nämä satunnaiset tekstuurikuviot sisältävät suuren määrän identtisiä elementtejä, joilla on lukemattomia mahdollisia binokulaarisia vastaavuuksia ja dispariteetteja. On ilmeistä, että vastaavat kuvan piirteet eivät voi olla yksittäisiä tekstuurielementtejä. Sileiden pintojen paikallisten tekstuurielementtien väliset yhteistoiminnalliset visuaaliset vuorovaikutukset näyttävät olevan välttämättömiä stereopsiksen kannalta, kuten Julesz (1960, 1971) sekä Marr ja Poggio (1976, 1979) korostivat. Tutkimus vastaavuuden aikaansaavista visuaalisista prosesseista jatkuu edelleen (Blake ja Wilson, 2011).

Vastaavuusongelman lisäksi binokulaariseen dispariteettiin liittyy kuitenkin avaruudellisen rakenteen esittäminen. Vastaavien kuvapiirteiden avaruudelliset sijainnit esitetään usein suhteessa hypoteettisiin anatomisesti määriteltyihin verkkokalvon koordinaatteihin; ja dispariteetti esitetään näiden koordinaattien binokulaarisena erona. Määritelmän mukaan nämä verkkokalvokoordinaatit ovat riippumattomia optisesta kuvan rakenteesta.

Tämä spatiaalinen representaatio on kuitenkin testattavissa uskottavien vaihtoehtoisten hypoteesien avulla. Tässä artikkelissa tarkastellaan todisteita binokulaarisen epäsymmetrian spatiaalisesta rakenteesta. Myös Lappinin ja Craftin (1997, 2000) sekä Lappin ym. (2011) artikkelit ovat merkityksellisiä.

Kuten Lappin ym. (2011) käsittelevät, kaksi psykofyysistä kriteeriä, joiden avulla tunnistetaan informaatiota näkemistä varten, ovat resoluutio ja invarianssi. Resoluutioon liittyy erottelutarkkuus, jota rajoittaa vaihtelevuus. Lyhyesti sanottuna, mitä molemmat silmät näkevät parhaiten? Informaatio ja geometrinen rakenne määritellään myös invarianssin avulla – niiden havainto-olosuhteiden (esim. katseluasento ja valaistus) muunnosryhmien avulla, joissa ne pysyvät muuttumattomina. Tällainen invarianssi on kokeellisesti testattavissa.

Kuvan intensiteetit ja visuaalinen tila

Venetsialainen sokeusilmiö

Useat ilmiöt motivoivat binokulaarisen epäsymmetrian uudelleentarkasteluun. Yksi motivaatio on ”venetsialainen sokeusilmiö” (Venetsian blind effect, lyhyesti VBE) – jossa erittelemättömillä reunoilla olevien vertikaalisten ristikoiden dikoptiset intensiteettierot tuottavat havaitun muutoksen 3D-pinnan kaltevuudessa. Ilmeisesti spatiaalinen dispariteetti ei ole välttämätön.

Cibis ja Haber (1951), Ogle (1962) sekä Howard ja Rogers (2002) viittaavat siihen, että VBE ei edellytä stereopsista koskevien teorioiden tarkistamista: Monokulaariset intensiteettikuviot voivat vaikuttaa spatiaalisen sijainnin signaaleihin – koska valon sironta tai epälineaarinen visuaalinen signalointi voi vaikuttaa spatiaaliseen epäsymmetriaan.

Filleyn ym. (2011), Hetleyn ja Stinen (2011) sekä Dobiasin ja Stinen (2012) laajat tutkimukset osoittavat kuitenkin selvästi, että VBE johtuu epäsymmetrisistä intensiteeteistä, ei spatiaalisista asennoista. Eroavilla intensiteeteillä ja reuna-asennoilla on additiivisia vaikutuksia havaittuun syvyyteen; ja nämä kaksi eroavaisuutta voivat kumota toisensa.

VBE on myös yhdenmukainen muiden kokeellisten todisteiden kanssa siitä, että pinnan kohokohtien ja varjostusten eroavaisuudet vaikuttavat 3D-rakenteen hahmottamiseen (Bülthoff ja Mallot, 1988; Norman et al., 1995; Todd et al., 1997; Vuong et al., 2006; Nefs, 2008). Pintarakenne vaikuttaa binokulaarisiin dispariteetteihin sekä avaruudessa että varjostuksessa. VBE on yksi monista todisteista siitä, että näkö käyttää molempia informaation ulottuvuuksia.

Kuvan intensiteetit ja spatiaaliset sijainnit vaihtelevat yhdessä

Monokulaariseen kuvan rakenteeseen liittyy intensiteetin spatiaalista vaihtelua. Riippumatta siitä, miten fyysiset ulottuvuudet, tila ja intensiteetti esitetään, ne eivät ole visuaalisesti riippumattomia.

Tietyn optisen piirteen (esim. reunan) avaruudellinen sijainti voidaan esittää suhteessa itsenäiseen viitekehykseen tai topologisesti, suhteessa ympäröivään kuvan rakenteeseen. Esimerkit molemmista lähestymistavoista ovat yleisiä näkötieteessä. Binokulaarisen dispariteetin käsitteeseen liittyy usein intuitiivinen käsitys tilasta, joka on riippumaton sen sisältämistä objekteista ja kuvioista. Intuitiivisesti verkkokalvon anatomia voisi tarjota tällaisia avaruuskoordinaatteja.

Vaihtoehtoisesti avaruudellisten suhteiden topologiaa tietyssä pisteessä voidaan kuvata useilla tavoilla. Topologisia parametreja ovat (a) monimutkaisuus (pisteiden tai alueiden lukumäärä), (b) ulottuvuus ja (c) mittakaava (naapuruston koko).

Tuttu topologinen kuvaus on Fourier-analyysi. Fourier-tehospektri käsittää kuvakontrastien väliset korrelaatiot pistepareissa. Fourierin vaihespektri määrittää eri aallonpituuksien suhteelliset sijainnit, joihin liittyy suhteita pistekolmioiden välillä (Yellott, 1993). Vaihespektri on olennainen useimmissa näkyvän kuvan rakenteen näkökohdissa, mukaan lukien stereopsis (Piotrowski ja Campbell, 1982; Smallman ja McLeod, 1994; DeAngelis et al., 1995; Blake ja Wilson, 2011). Teho- ja vaihespektri ovat käännösinvariantteja. Kumpikaan ei vaadi verkkokalvon koordinaatteja.

Toinen topologinen kuvaus perustuu differentiaaligeometriaan. Koenderink ja van Doorn (1976, 1992a,b, 1997) sekä Koenderink (1986, 1990) ovat päävastuussa kuvan rakenteen differentiaaligeometrian kehittämisestä.

Kuvan intensiteetin spatiaalinen rakenne antaa näkyvää tietoa pinnan orientaation vaihteluista sekä katselu- että valaistussuuntien suhteen. Lukemattomia havainnollistavia esimerkkejä löytyy valokuvauksen, maalauksen, tietokonenäön ja näkötieteen kuvien varjostusta käsittelevästä kirjallisuudesta (esim. Koenderink ja van Doorn, 2004). Ilmeisesti myös VBE havainnollistaa tällaisia vaikutuksia.

VBE osoittaa, että verkkokalvon sijaintiero ei ole välttämätön stereopsiksen kannalta. Muut kokeet, joita tarkastellaan jäljempänä, osoittavat, että verkkokalvon epäsymmetriset sijainnit ovat myös riittämättömiä.

Perspektiivin havaittu pinnan kaltevuus on epätarkka

VBE:ssä havaittu syvyys näyttää pienemmältä, vähemmän vakuuttavalta ja vähemmän luotettavalta kuin epäsymmetrisistä avaruudellisista sijainneista saatu syvyys.

Onko stereopsis yksinkertaisesti epäherkkä intensiteettieroille? Itse asiassa binokulaarinen näkökyky näyttää olevan varsin herkkä dikoptisille kontrastieroille; ja nämä kontrastierot vaikuttavat havaittuihin avaruudellisiin asentoihin binokulaarisesti fuusioiduissa kuvissa (Ding ja Sperling, 2006).

Yksi lähde vaihtelevalle havaitulle pinnan vinoutumalle VBE:ssä on se, että dikoptisilla intensiteettieroilla on kaksi toisiaan täydentävää havaintovaikutusta binokulaariseen kirkkauteen sekä syvyyspyöritykseen (Hetley ja Stine, 2011). Hetley ja Stine (2011) havaitsivat, että näiden kahden vaikutuksen suhteelliset suuruudet vaihtelivat havainnoitsijoiden ja olosuhteiden välillä, mutta yhdistetty vaikutus oli suhteellisen vakio.

VBE:n toinen rajoitus on se, että pinnan kaltevuutta ei muutoinkaan havaita luotettavasti – binokulaarisesta epäsymmetriasta, liikkeestä johtuvasta rakenteesta, kuvan varjostuksesta, tekstuurista tai muusta informaatiosta. Tämä havaintorajoitus on tuskin yllättävä: pinnan suuntausta koskeva kuvainformaatio riippuu väistämättä havainnoitsijan katseluasennosta. Kokeellista näyttöä stereoskooppisen vinon havaitsemisen epätarkkuudesta tarkastellaan jäljempänä (kohta Stereoskooppinen pinnan vinous on epätarkka).

Stereoskooppinen syvyyshavainnointi

Stereoskooppisen syvyyshavainnon syöttötiedon tunnistamiseksi voidaan työskennellä taaksepäin havaintotuloksesta optiseen syötteeseen: Mikä binokulaarisen dispariteetin rakenne on välttämätön ja riittävä ympäristön rakenteiden hahmottamiseksi syvyydessä?

Tämä strategia on esimerkki means-end-analyysistä (Simon, 1996) ja Gibsonin (1966) menetelmästä teoksessa ”The senses considered as perceptual systems”. Tämä menetelmä on yleinen insinööritieteissä, mutta se eroaa siitä, että lähdetään liikkeelle oletetusta verkkokalvon syötteestä. Perinteisen input-first-lähestymistavan vaikeutena on se, että binokulaarinen dispariteetti ja optinen informaatio voidaan esittää monin eri tavoin. Vain harvat representaatiot riittävät kuitenkin stereoskooppiseen hahmottamiseen.

Stereopsia ei ole välttämätön 3D-maailman hahmottamiseen, mutta visuaalinen kokemus on paljon selkeämpi stereopsian kanssa kuin ilman sitä. Erot havaitsemisessa stereopsiksen kanssa ja ilman stereopsista ovat subjektiivisesti syvällisiä, kuten Oliver Sacks (”Stereo Sue”, teoksessa The mind’s eye, Sacks, 2010) ja Bruce Bridgeman (http://www.bbc.com/future/story/20120719-awoken-from-a-2d-world) ovat kuvailleet.

Lisäksi stereopsis parantaa huomattavasti avaruudellista terävyyttä. Binokulaarisesti epäsuhtaisten suhteellisten asentojen terävyyskynnykset ovat noin 25 % samojen kuvioiden terävyyskynnyksistä ilman epäsuhtaa (Berry, 1948; Westheimer ja McKee, 1979; Lappin ja Craft, 2000).

Millainen sitten on stereoskooppisen havaitsemisen rakenne? Onko syvyys havaintoon luotu kolmas ulottuvuus? Se on yleinen intuitio, mutta ei ainoa mahdollisuus.

Vaihtoehtoisesti stereoskooppinen tila ja syvyys voivat johtua esineiden välisistä näkyvistä suhteista. Havaitun tilan primitiivisestä visuaalisesta topologiasta on useita mahdollisia hypoteeseja.

Kokeelliset tutkimukset osoittavat, että pinnan muoto on alkeellinen visuaalinen ominaisuus. Perinteisistä näkökulmista tämä päätelmä on hyvin intuition vastainen. Korkeamman asteen objektirakenteet näyttäisivät juontuvan yksinkertaisemmista visuaalisista vihjeistä.

Nykyaikainen käsitys pintojen ja pinnan muodon visuaalisesta roolista on pääasiassa Koenderinkin ja van Doornin (1992a,b, 1997) sekä Koenderinkin (1990) ansiota. Teoreettisia perustuloksia ovat mm: (1) Ympäristöobjektien pinnat ja niiden verkkokalvokuvat ovat molemmat kaksiulotteisia moninaisuuksia, joita kuvataan missä tahansa pisteessä kahdessa ortogonaalisessa pääsuunnassa olevilla spatiaalisilla johdannaisilla. (2) Ympäristön pintojen differentiaalirakenteet ja niiden kuvien binokulaariset dispariteettikentät ovat suunnilleen isomorfisia. (3) Paikallista pinnan muotoa koskeva kuvainformaatio saadaan binokulaarisen dispariteetin ja liikeparallaksin kuvakenttien 2. asteen differentiaalirakenteesta, jotka määrittelevät pienimmän ja suurimman kaarevuuden suhteen kussakin asennossa. (4) Paikallista pinnan muotoa koskeva 2. asteen kuvainformaatio voidaan arvioida suoraan estimoimatta ensin alemman asteen ominaisuuksia, kuten syvyyttä tai pinnan orientaatiota. (5) Paikallisen pinnan muodon vaihtelut ovat invariantteja syvyyden, kaltevuuden ja kaarevuuden suhteen.

Katso ennen kokeellisen todistusaineiston tarkastelua vaihtoehtoisia hypoteeseja havaituista absoluuttisista ja suhteellisista syvyyksistä.

Yksittäisten pisteiden absoluuttiset syvyydet ovat visuaalisesti määrittelemättömiä

Yksinkertaisin spatiaalinen primitiivi eli avaruudellinen alkuainesosa on yksittäinen piste. Pisteiden avaruudelliset sijainnit ja binokulaariset eroavaisuudet saattavat olla visuaalisesti määriteltyjä verkkokalvon anatomian perusteella. Tämä on yleinen intuitiivinen käsitys.

Yksittäinen piste tunnistetaan kuitenkin yleisesti stereoskooppisesti epäselväksi ilman referenssipistettä fiksaatiossa (Howard ja Rogers, 2002).

Kahden verkkokalvokoordinaatiston binokulaarinen yhteensovittaminen on kuitenkin ongelmallista, koska yhteensovittaminen vaihtelee huomattavasti katseen suunnan ja etäisyyden mukaan – ks. esim. Howardin ja Rogersin artikkelit (1995, 2002). Linjausta häiritsevät myös erilaiset silmänliikkeet (Steinman ym., 1985; Ferman ym., 1987; Collewijn ja Erkelens, 1990).

Näistä virheellisistä linjauksista huolimatta maailman havaittu 3D-rakenne näyttää yleensä pysyvältä katseen suunnan ja etäisyyden muuttuessa. Tämä havaintovakaus on ristiriidassa sen hypoteesin kanssa, jonka mukaan stereoskooppinen syvyys johtuu verkkokalvon sijainnista. Lisäksi stereotarkkuuden kynnysarvot suhteelliselle sijainnille ovat vakaita monokulaaristen kuvien erilaisissa liikkeissä (Westheimer ja McKee, 1978; Steinman et al., 1985; van Ee ja Erkelens, 1996; Lappin ja Craft, 1997, 2000). Siten stereoskooppinen syvyys ei voi johtua yksittäisten pisteiden verkkokalvoasentojen eroavaisuuksista.

Peräiset syvyyserot ovat epätarkkoja

Vaihtoehtoinen hypoteesi on, että stereopsis tuottaa syvyyserojen havaitsemisen pisteparien välillä.

Kahden pisteen verkkokalvoerotuksen ja siihen liittyvän binokulaarisen eroavaisuuden havaitseminen on muuttumatonta fiksaatiopaikan suhteen. Mutta pareittaisen kuvaeron ja fyysisen syvyyseron välinen suhde riippuu edelleen kohteiden etäisyydestä havaitsijasta. Kun katseluetäisyys, D, on suuri suhteessa silmien väliseen erotukseen, I, niin tietyllä dispariteetilla (pareittaisessa erotuksessa), ∂, vastaava syvyysero, Δd, kasvaa suunnilleen katseluetäisyyden neliöllä:

Tämä katseluetäisyyden voimakas vaikutus on pareittaisten dispariteettien perustavanlaatuinen rajoitus. Kuten odotettua, havaitut syvyyserot ovat epäluotettavia.

McKeen ym. (1990) ja Normanin ym. (2008) tutkimuksissa havaittiin, että havaitut syvyyserot kahden kohteen välillä olivat epätarkkoja, mikä kvantifioitiin suurilla Weberin fraktioilla. McKee et al. (1990) havaitsivat stereoskooppisten syvyyserojen kynnysarvot noin 3-5 kertaa korkeammiksi kuin samojen ärsykkeiden monokulaaristen erottelujen kynnysarvot. Norman et al. (2008) havaitsivat samanlaista epätarkkuutta, Weberin fraktiot (variaatiokerroin = SD/M) ∼22 %. Sen sijaan Weberin fraktiot pelkän syvyyden havaitsemisessa ovat alle 0,5 % (esim. Lappin ja Craft, 1997, 2000).

Stereoskooppinen pinnan kaltevuus on epätarkka

Koenderink ja van Doorn (1976) ja Koenderink (1986) osoittivat, että pinnan kaltevuus vaikuttaa binokulaarisen dispariteettikentän 1. kertaluvun spatiaalisten derivaattojen 1. järjestysasteen ”muodonmuutos”-komponentteihin – joihin liittyy kolmiomuotoisten pintatäplälappuset epäsymmetriset muodot. Deformaatiokomponentti on muuttumaton kuvan käännöksessä, laajentamisessa ja kiertämisessä, mutta se vaihtelee katselusuunnan ja etäisyyden mukaan (ks. Howard ja Rogers, 2002, luku 21). Näin ollen havaittu pinnan kaltevuus on moniselitteinen.

Kaltevuuden havaitseminen on myös anisotrooppista, koska silmät ovat vaakasuunnassa erillään toisistaan, ja se on herkempi pystysuorille kuin vaakasuuntaisille dispariteettigradienteille (Rogers ja Graham, 1983; Gillam ja Ryan, 1992).

Kaltevuusdiskriminaatioiden ennakoitavissa oleva epäluotettavuus on havaittu kokeellisessa tutkimuksessa (esim. Todd et al., 1995). Nykyinen todistusaineisto on kuitenkin rajallista: tuomion luotettavuutta ei useinkaan raportoida; katseluetäisyys ja konteksti ovat usein vakioita; ja dispariteettigradientit vaihtelevat yleensä yhdessä tekstuurigradienttien ja muun informaation kanssa.

Norman et al. (2006, 2009) havaitsivat kokeissa, että stereopsis lisää hyvin vähän tekstuuriin, suhteelliseen liikkeeseen ja varjostukseen perustuvien vinousarvioiden rajallista tarkkuutta. Molemmissa tutkimuksissa pinnat nähtiin vakioetäisyydeltä; ja arvioinnit olisivat olleet epätarkempia vaihtelevilla katseluetäisyyksillä.

Jyrkkiä pinnan vinoja voi olla vaikea erottaa tai jopa havaita, kun dispariteetti muuttuu liian paljon liian pienellä alueella. Filippini ja Banks (2009) arvioivat suurten syvyysgradienttien stereoskooppista havaitsemista käyttäen satunnaispistemäisiä sahanhammaspintoja kohinassa. Pintojen havaitsemisen signaali/kohina-kynnysarvot nousivat nopeasti, kun dispariteetti/erotussuhde oli yli 1,0, kuten ristikkäiskorrelaatiomallit ennustivat.

Toisissa kokeissa on kuitenkin havaittu, että syvyysmuutokset sileillä pinnoilla näkyvät paremmin kuin ristikkäiskorrelaatiomalli ennustaa. Allenmark ja Read (2010) havaitsivat, että suuret syvyysmuutokset olivat yhtä näkyviä sileillä siniaaltopinnoilla kuin neliöaaltopinnoilla. Norman et al. (1991) havaitsivat erittäin tarkkoja pinnan sileyden erottelukykyjä, jotka ylittivät ristikorrelaation tai muiden lineaaristen mallien ennusteet.

Pinnan muoto on havaintoprimitiivinen

Ihmishavainnoitsijat kykenevät erottamaan hyvin pieniä pinnan muodon vaihteluita – suuremmalla täsmällisyydellä kuin syvyyden tai kaltevuuden erottelukykyjä, ja ne pysyvät muuttumattomina syvyyden ja kaltevuuden satunnaisten häiriöiden alaisina (esim, van Damme ja van de Grind, 1993; Todd et al., 1996, 1997; Perotti et al., 1998; Lappin ja Craft, 2000; Todd, 2004; Lappin et al., 2011).

Norman et al. (1991) havaitsivat pinnan sileyden tarkan havaitsemisen. Satunnaispistemäiset kolmioaaltopinnat, jotka olivat epäjatkuvia ääripäissään, erotettiin hyvin samankaltaisista sileistä pinnoista (perusta + kolmioaallon 3. harmoninen), joiden ääripäissä oli pientä kaarevuutta. Sileyden erottelu oli tarkempaa kuin Fourier-tehospektrien erojen havaitseminen. Stereoskooppinen havaitseminen tuotti siis kaarevia pintoja (2. asteen rakenne), ei syvyyksiä tai viistoja.

Muotojen erottelut ovat luotettavampia kuin havaitut syvyyserot ja riippumattomia niistä (van Damme ja van de Grind, 1993; Todd ym., 1996, 1997; Perotti ym., 1998; Todd, 2004). Sileän pinnan muoto on siis perustavanlaatuinen visuaalinen ominaisuus, joka ei johdu havaituista syvyyksistä tai vinoutumista.

Binokulaarinen dispariteetti

Mitä stereoskooppinen havainnointi kertoo meille binokulaarisesta dispariteetista, stereosilmäisyyden syöttötiedosta?

Dispariteetti liittyy kuvan rakenteeseen

Ensimmäinen periaate on se, että stereoskooppiseen syöttötietoon liittyy epäsymmetrisiä kuvarakenteita, ei epäsymmetrisiä verkko-asemia. Stereoskooppinen hypertarkkuus (resoluutio, joka on hienompi kuin silmän fotoreseptorien tiheys, pisteiden leviämisfunktio ja diffraktioraja) on kestävä kummankin silmän verkkokalvon kuvien sijainnin satunnaisissa häiriöissä (jaksot Yksittäisten pisteiden absoluuttiset syvyydet ovat visuaalisesti määrittelemättömiä ja pinnan muoto on havaintoprimitiivinen). Siten monokulaariset avaruudelliset sijainnit ovat visuaalisesti määriteltyjä suhteessa ympäröivään kuvaan.

Dispariteetti liittyy pinnan muotoon

Stereoskooppinen näkökyky on suoraan herkkä ympäristön pintojen muodoille (kohta Pinnan muoto on havaintoprimitiivi). Pinnan muoto erotetaan luotettavammin kuin näennäisesti yksinkertaisemmat ominaisuudet; ja pinnan muodon hypertarkkuus säilyy suhteelliseen syvyyteen ja kaltevuuteen liittyvien alemman asteen dispariteettien satunnaisissa häiriöissä (Norman ym., 1991; Perotti ym., 1991), 1998; Lappin ja Craft, 2000).

Pinnan muodon stereoskooppinen hahmottaminen on mahdollista, koska ympäristön pintojen ja binokulaaristen dispariteettien välillä on rakenteellisia vastaavuuksia, jotka edellyttävät 2. asteen spatiaalisia derivaattoja (Koenderink ja van Doorn, 1992a; Lappin ja Craft, 2000; Todd, 2004; Lappin ym, 2011).

2. kertaluvun kuvan rakenteen differentiaalisuus

Binokulaarisen dispariteetin ”2. kertaluvun differentiaalinen rakenne” on yksinkertaisempi kuin miltä se aluksi näyttää. Merkityksellinen rakenne on vain jokaisen paikallisen kuvapisteen ympärillä olevan naapuruston säteittäinen symmetria. Erilaiset binokulaariset kuvat pinnasta eroavat toisistaan tämän symmetrian muodonmuutoksen vuoksi. Tämän paikallisen kuvan muodonmuutoksen laadullinen muoto vastaa pinnan paikallista muotoa, joka ei muutu havainnoitsijan katseluasennon mukaan.

Kuvassa 1 on esitetty nämä kuvan muodonmuutokset jokaiselle mahdolliselle pinnan muodolle. Kuten voidaan nähdä, nämä stereomuodonmuutokset vastaavat vasemmalta oikealle tasoa, vaakasuoraa sylinteriä, pystysuoraa sylinteriä, ellipsoidia ja satulaa – kuten kahden pääkaarevuuden (tässä kuvassa vaakasuora ja pystysuora) suhteelliset suuruudet määräävät. Nämä kuviot ovat esimerkki sileiden pintojen laadullisista mahdollisuuksista.

Kuvio 2 havainnollistaa vankkaa visuaalista herkkyyttä näiden paikallisten rakenteellisten eroavaisuuksien tasaisille vaihteluille satunnaisesti muotoiltujen pintojen kuvissa. Paikallista pinnan muotoa koskeva kuvainformaatio säilyy merkittävissä globaaleissa dispariteettimuutoksissa, jotka saadaan aikaan pyörittämällä, laajentamalla tai leikkaamalla kuvatasoa – kuten keskimmäinen ja alempi paneeli havainnollistavat. Kuten useimmissa satunnaiselementeistä koostuvissa stereogrammeissa, myös näissä kuvioissa satunnaiset intensiteetit ovat riippumattomia pinnan muodosta ja binokulaarisesta dispariteetista, mutta tässä tapauksessa sekä syvyydet että intensiteetit vaihtelevat tasaisesti ilman teräviä reunoja. Toisin kuin useimmissa luonnollisissa kuvissa, varjostus ei liity pinnan muotoon; ja intensiteetit eivät ole epäyhtenäisiä.

Binocular Disparity in the Venetian Blind Effect

VBE:hen liittyy pystypalkkien havaittu kierto. Tällaiset tasokierrot aiheuttavat tavallisesti horisontaalisen mittakaavan bilateraalisesti symmetrisen laajentumisen tai tiivistymisen, kuten kuvassa 1 vasemmalla näkyy. Suhteellisten intensiteettien horisontaalisen jakauman muuttamisella voi olla samanlaisia vaikutuksia visuaalisiin neuroneihin, jotka reagoivat ympäröivän stimulaation vasen-oikea-tasapainoon. Havaittu kierto vaikuttaa uskottavalta ja ymmärrettävältä tulokselta tästä kuvan epäsuhtaisuudesta.

Kuten Dobias ja Stine (2012) toteavat, selitys havaitun kiertonopeuden suunnalle ei ole heti ilmeinen. Heijastavien pintojen aiheuttama kuvan varjostus riippuu sekä valaistuksen suunnasta että pinnan orientaatiosta. Erikoistapauksissa, joissa on Lambertin varjostus (yhtä suuri sironta kaikkiin suuntiin), säteilevät pinnat ja takaa valaistut pinnat, kuvan voimakkuus on kuitenkin suurempi, kun pinta on kohtisuorassa katselusuuntaan nähden. Siten pinnan suunta voi uskottavasti näyttäytyä kohtisuorempana (ja siten laajempana) silmää kohti suuremmalla suhteellisella intensiteetillä tai kontrastilla.

Yleisesti stereoskooppisesti havaitut pinnat johtuvat korkeamman asteen kuvan rakenteiden binokulaarisista eroista. Visuaaliselle järjestelmälle avaruudellinen sijainti ja intensiteetti ovat korreloivia ulottuvuuksia. Suhteellisiin avaruudellisiin sijainteihin liittyy suhteellisia intensiteettejä. Molemmat ovat pintojen jäsentämiä, ja molemmat muodostavat tietoa pintarakenteesta, ei syvyydestä sellaisenaan.

Conflict of Interest Statement

Tekijä vakuuttaa, että tutkimus on tehty ilman kaupallisia tai taloudellisia suhteita, jotka voitaisiin tulkita mahdolliseksi eturistiriidaksi.