深度知觉中的线索冲突现象及其形成机制.pdf

中南民族大学硕士学位论文 I 摘 要 深度知觉是人类视觉和计算机视觉研究领域的重要课题通常认为引起深度知觉的线索主要有两类：一类为单眼线索，它是指不经双眼性加工就可引起深度知觉的物理特性；另一类为双眼线索，即双眼视差，它是由于双眼的横向位置稍有不同而产生的双眼视网膜映像的位置差，是经双眼性加工才能引起深度知觉的物理特性 上世纪 60 年代，Julesz 通过随机点立体图发现，只要有视差就能产生深度知觉，这导致了大多数深度知觉的认知研究者都把精力集中到深度知觉与双眼视差的关系方面，而忽视了单眼线索对深度知觉的影响，以至许多深度知觉现象的解释和应用遇到困难实际上，在深度知觉的形成过程中，单眼线索和双眼线索一样都起着非常重要的作用例如，包含在一张图片中的遮挡、纹理梯度、线条透视、运动视差和熟悉尺度等单眼线索，对深度知觉有极大的影响，并且在虚拟现实以及计算机视觉研究中得到了广泛的应用，如 2.5D 的显示这表明，造成目前许多困难的因素可能是两种线索的相互作用，但是这种相互作用迄今并未得到重视 为此， 本研究设计了一系列的单眼线索和双眼线索冲突的心理物理学实验，并以扰动分析法为基础对两种线索的影响进行研究，以从定性上归纳出每种线索影响权重的规律，从而获得同时存在的冲突线索对深度知觉影响的新认识。

其主要内容有： 1 分析了两种引起深度知觉的线索，即单眼线索和双眼线索，阐述了两种线索产生的深度知觉的特点和差异 2 通过两种引起冲突深度知觉的线索组合实验，证明了二者之间存在着相互作用以及对深度知觉的影响 3 分别改变组合线索中单眼线索成分和双眼线索成分对深度知觉影响的实验，得到了二者对深度知觉的影响定性规律 4 利用这些定性规律，解释了几个目前尚不能解释的实验现象 这些研究及结果表明，人类的深度知觉同时受到单眼性线索和双眼性线索的影响，因此在计算机视觉和虚拟现实的表现中必须同时考虑它们的作用，以得到最佳的视觉效果 关键词关键词：深度知觉 线索冲突 单眼线索 双眼线索 遮挡 线条透视 纹理梯度 深度知觉中的线索冲突现象及其形成机制 II Abstract Depth perception is an important topic in the field of the human and computer vision research. There are two main categories of cues in the course of stereo vision formation: One is monocular cue, it is the characteristics which can cause depth perception but not need interocular processing. Another is binocular disparity which is due to the slightly horizontal position of eyes and causing two different image of the retina. It is the physical that need interocular processing. Since the 1960s when Julesz found that as long as the disparity can create a depth perception by RDS, most of the researchers are concerned about the relation of binocular disparity to depth perception, and ignored the impact of monocular. In fact, both monocular and binocular cues play a very important role in the process of the depth perception formation. For example, a picture which includes monocular cues such as overlap, texture gradient, lines perspective, movement parallax and so on, have great impact to depth perception and a wide range of applications in virtual reality and computer vision research. But so far the intercations between the two still do not have been seriously attention. In order to make these problems solved, this paper design a series of psychological physics experiment which include conflicts of monocular and binocular cues, and study the impact of the two by the method of disturbance analysis. In the last, summed up each cue weight of the impact qualitatively, and obtain the new understanding about the cues conflict to the depth perception. The main content are as following: 1 Analyzing two cues which cause the depth perception, this paper elaborate the characteristics and differences of the depth perception from two cues. 2 It proves that there is interaction between the two cues and impact on the depth perception by the experiments of cues conflict. 3 It obtains the law which has impact of depth perception qualitatively by changing the composition of monocular and binocular respectively. 4 This law explained some of the current experiments which can not be explained by the last experiments. 中南民族大学硕士学位论文 III These studies and the results show that the human depth perception is affected by both monocular and binocular cues at the same time. Therefore, it must consider their role in the performance of virtual reality and computer vision to get the best visual effects. Key words: depth peception, cue conflict, monocular cue, binocular cue, overlap, texture, linear perspective 中南民族大学中南民族大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅 本人授权中南民族大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 本学位论文属于 1、保密□，在______年解密后适用本授权书 2、不保密□ （请在以上相应方框内打“√” ） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 √中南民族大学硕士学位论文 1 第 1 章 绪论 人类赖以生存的世界是由三维空间构成的人脑的视觉系统对客观世界形成深度知觉的过程非常复杂大脑的视觉加工过程源于外界对象投射到左右眼视网膜上的两张二维图像。

那么，大脑是如何通过这两张略有不同的平面图像重构出三维景象的呢？人们又是如何判断对象的距离远近，以及如何估计出三维对象的相对深度呢？这些问题一直是心理学家、神经生理学家乃至哲学家探讨的焦点深度知觉的机制问题也是当前认知科学领域中的前沿课题 三维空间中物体结构、相对关系和明暗程度以及双眼的生理变化都是人脑形成深度知觉的重要信息来源，也称为深度知觉线索深度知觉的线索主要有单眼线索和双眼视差线索两种类型[1] 1.1 深度知的觉线索深度知的觉线索 1.1.1 单眼线索单眼线索 当人眼距离物体超过 100 米时，落入两眼视网膜上的图像基本相同，因此知觉远处物体的深度关系实质上依赖于来自单眼的信息通过单眼感受到的深度线索称为单眼线索早在文艺复兴时期，达芬奇等艺术家就曾利用单眼线索进行绘画创作图 1.1 就是一个单眼线索的例子，这个图像能够理解成一个非直角边的多面体，也可以理解成一个边缘不直且表面不平的物体但是当被试观察这个线条描述的图像时，很自然知觉到一个立方体 单眼线索主要有纹理梯度、线条透视、遮挡(重叠)、运动视差、空气透视和熟悉尺度等 图 1.1 单眼深度线索图 深度知觉中的线索冲突现象及其形成机制 2 纹理梯度是指物体表面纹理因透视关系而表现出的纹理密度、大小及形状随距离变化而变化的特性。

均匀纹理的物体表面随距离增大，纹理变小且更趋密集表面斜率越大(相对于注视平面)，纹理的压缩比越大简单地缩小纹理和增加其密度可以产生物体表面变远的现象，而纹理的压缩比却可以有效地提供物体表面的曲率信息[2.3] 线条透视是与纹理梯度及相对尺度有关的深度线索，它是一种轮廓透视信息两条水平平行线在远处更加接近，近处物体相对于远处物体来说更大尽管有人认为线条透视线索不能独立于纹理梯度和大小尺度而存在[4]，但由于线条透视线索在物体倾斜性知觉中占有重要的地位[5]，因此，研究者通常都将之单独列为一类深度线索 遮挡 (也称重叠)是指物体相互重叠而形成的物体前后层次关系的线索对象重叠可以给出物体间的远近关系，但并不能给出物体间的相对深度，并且被遮挡物体的架体性知觉还需要由知觉填补来完成[6] 运动视差是指由视野中的景物相对运动关系而决定物体之间相对深度的一种知觉线索例如当观察者向前移动时，所感知到的近处物体运动速度较大，远处物体的运动速度则相对较小 1.1.2。