Percezione della profondità

La percezione della profondità è la capacità visiva di percepire il mondo in tre dimensioni (3D) e la distanza di un oggetto. La sensazione di profondità è il termine corrispondente per gli animali, poiché sebbene sia noto che gli animali possono percepire la distanza di un oggetto (a causa della loro capacità di muoversi con precisione o di rispondere in modo coerente, in base a tale distanza), non è noto se lo “percepiscano” nello stesso modo soggettivo che fanno gli umani

La percezione della profondità deriva da una, Questi sono tipicamente classificati in segnali binoculari che si basano sulla ricezione di informazioni sensoriali in tre dimensioni da entrambi gli occhi e segnali monoculari che possono essere rappresentati in sole due dimensioni e osservati con un solo occhio. I segnali binoculari includono la stereopsi, la convergenza degli occhi, la disparità e la profondità della visione binoculare attraverso lo sfruttamento della parallasse. I segnali monoculari includono dimensioni: gli oggetti distanti sottendono angoli visivi più piccoli rispetto agli oggetti vicini, grana, dimensione e parallasse del movimento.,

Segnali monoculari

Parallasse di movimento

Quando un osservatore si muove, il movimento relativo apparente di diversi oggetti stazionari su uno sfondo fornisce suggerimenti sulla loro distanza relativa. Se sono note informazioni sulla direzione e sulla velocità del movimento, la parallasse del movimento può fornire informazioni sulla profondità assoluta. Questo effetto può essere visto chiaramente quando si guida in auto. Le cose vicine passano rapidamente, mentre gli oggetti lontani appaiono fermi., Alcuni animali che la mancanza della visione binoculare, grazie alla loro occhi, di avere poco in comune di campo di vista impiegare movimento di parallasse in modo più esplicito di quanto gli esseri umani per la profondità di stimolazione (ad esempio, alcuni tipi di uccelli, quali bob la testa per ottenere il movimento di parallasse, e scoiattoli, che si muovono in linee ortogonali di un oggetto di interesse di fare lo stesso

Profondità dal movimento

Quando un oggetto si muove verso l’osservatore, la proiezione retinica di un oggetto si sviluppa su un periodo di tempo, che conduce alla percezione del movimento in una linea verso l’osservatore., Un altro nome per questo fenomeno è la profondità dell’espansione ottica. Il cambiamento di stimolo dinamico consente all’osservatore non solo di vedere l’oggetto come in movimento, ma di percepire la distanza dell’oggetto in movimento. Pertanto, in questo contesto, la modifica della dimensione funge da spunto di distanza. Un fenomeno correlato è la capacità del sistema visivo di calcolare il time-to-contact (TTC) di un oggetto in avvicinamento dal tasso di espansione ottica – un’abilità utile in contesti che vanno dalla guida di un’auto alla riproduzione di una partita a palla. Tuttavia, il calcolo del TTC è, in senso stretto, la percezione della velocità piuttosto che della profondità.,

Effetto di profondità cinetica

Se una figura rigida fissa (ad esempio un cubo di filo) viene posizionata davanti a una sorgente puntiforme di luce in modo che la sua ombra cada su uno schermo traslucido, un osservatore dall’altra parte dello schermo vedrà un modello bidimensionale di linee. Ma se il cubo ruota, il sistema visivo estrarrà le informazioni necessarie per la percezione della terza dimensione dai movimenti delle linee e viene visto un cubo. Questo è un esempio dell’effetto di profondità cinetica., L’effetto si verifica anche quando l’oggetto rotante è solido (piuttosto che una figura di contorno), a condizione che l’ombra proiettata sia costituita da linee con angoli o punti finali definiti e che queste linee cambino sia in lunghezza che in orientamento durante la rotazione.

Prospettivala proprietà di linee parallele convergenti in lontananza, all’infinito, ci consente di ricostruire la distanza relativa di due parti di un oggetto o di caratteristiche del paesaggio. Un esempio potrebbe essere in piedi su una strada diritta, guardando lungo la strada, e notando la strada si restringe come si spegne in lontananza.,

Dimensione relativa

Se due oggetti sono noti per avere la stessa dimensione (ad esempio, due alberi) ma la loro dimensione assoluta è sconosciuta, i segnali di dimensione relativa possono fornire informazioni sulla profondità relativa dei due oggetti. Se uno sottende un angolo visivo più grande sulla retina rispetto all’altro, l’oggetto che sottende l’angolo visivo più grande appare più vicino.

Dimensione familiare

Poiché l’angolo visivo di un oggetto proiettato sulla retina diminuisce con la distanza, queste informazioni possono essere combinate con la precedente conoscenza delle dimensioni dell’oggetto per determinare la profondità assoluta dell’oggetto., Ad esempio, le persone hanno generalmente familiarità con le dimensioni di un’automobile media. Questa conoscenza preliminare può essere combinata con informazioni sull’angolo che sottende sulla retina per determinare la profondità assoluta di un’automobile in una scena.,

dimensione Assoluta

Anche se la dimensione reale dell’oggetto è sconosciuta e non c’è un solo oggetto visibile, un piccolo oggetto sembra più lontano di un oggetto di grandi dimensioni che viene presentato nella stessa posizione

prospettiva Aerea

a Causa della dispersione della luce da parte dell’atmosfera, gli oggetti che sono una grande distanza inferiore contrasto di luminanza e abbassare la saturazione del colore. A causa di ciò, le immagini sembrano nebulose più sono lontane dal punto di vista di una persona. Nella computer grafica, questo è spesso chiamato “nebbia a distanza”. Il primo piano ha un alto contrasto; lo sfondo ha un basso contrasto., Gli oggetti che differiscono solo nel loro contrasto con uno sfondo sembrano essere a profondità diverse. Anche il colore degli oggetti distanti viene spostato verso l’estremità blu dello spettro (ad esempio, montagne lontane). Alcuni pittori, in particolare Cézanne, impiegano pigmenti” caldi “(rosso, giallo e arancione) per portare i tratti in avanti verso lo spettatore, e quelli” freddi ” (blu, viola e blu-verde) per indicare la parte di una forma che si allontana dal piano dell’immagine.

Alloggio

Questo è un segnale oculomotore per la percezione della profondità., Quando cerchiamo di concentrarci su oggetti lontani, i muscoli ciliari allungano la lente dell’occhio, rendendola più sottile e quindi cambiando la lunghezza focale. Le sensazioni cinestetiche dei muscoli ciliari contraenti e rilassanti (muscoli intraoculari) vengono inviate alla corteccia visiva dove viene utilizzato per interpretare la distanza/profondità. L’alloggio è efficace solo per distanze inferiori a 2 metri.

Occultazione

L’occultazione (indicata anche come interposizione) si verifica quando le superfici vicine si sovrappongono a superfici lontane. Se un oggetto blocca parzialmente la vista di un altro oggetto, gli umani lo percepiscono come più vicino., Tuttavia, questa informazione consente solo all’osservatore di creare una “classifica” di vicinanza relativa. La presenza di occlusioni ambientali monoculari consiste nella trama e nella geometria dell’oggetto. Questi fenomeni sono in grado di ridurre la latenza della percezione della profondità sia negli stimoli naturali che artificiali.

Prospettiva curvilinea

Agli estremi esterni del campo visivo, le linee parallele diventano curve, come in una foto scattata attraverso un obiettivo fisheye., Questo effetto, anche se di solito viene eliminato sia dall’arte che dalle foto dal ritaglio o dall’inquadratura di un’immagine, migliora notevolmente il senso dello spettatore di essere posizionato all’interno di uno spazio reale e tridimensionale. (La prospettiva classica non ha alcuna utilità per questa cosiddetta “distorsione”, sebbene in realtà le” distorsioni ” obbediscano rigorosamente alle leggi ottiche e forniscano informazioni visive perfettamente valide, proprio come la prospettiva classica fa per la parte del campo visivo che rientra nella sua cornice.,)

Gradiente texture

I dettagli fini sugli oggetti vicini possono essere visti chiaramente, mentre tali dettagli non sono visibili sugli oggetti lontani. I gradienti di texture sono grani di un oggetto. Ad esempio, su una lunga strada sterrata, la ghiaia vicino all’osservatore può essere chiaramente vista di forma, dimensione e colore. In lontananza, la trama della strada non può essere chiaramente differenziata.,

Illuminazione e ombreggiatura

Il modo in cui la luce cade su un oggetto e riflette le sue superfici, e le ombre che vengono proiettate dagli oggetti forniscono uno spunto efficace per il cervello per determinare la forma degli oggetti e la loro posizione nello spazio.

Sfocatura sfocatura

La sfocatura selettiva dell’immagine è molto comunemente usata in fotografia e video per stabilire l’impressione di profondità. Questo può agire come una stecca monoculare anche quando tutti gli altri segnali vengono rimossi. Può contribuire alla percezione della profondità nelle immagini retiniche naturali perché la profondità di messa a fuoco dell’occhio umano è limitata., Inoltre, esistono diversi algoritmi di stima della profondità basati su sfocatura e sfocatura. Alcuni ragni saltatori sono noti per usare la sfocatura dell’immagine per giudicare la profondità.

Elevazionequando un oggetto è visibile rispetto all’orizzonte, tendiamo a percepire gli oggetti che sono più vicini all’orizzonte come più lontani da noi e gli oggetti che sono più lontani dall’orizzonte come più vicini a noi. Inoltre, se un oggetto si sposta da una posizione vicina all’orizzonte a una posizione più alta o più bassa dell’orizzonte, sembrerà avvicinarsi allo spettatore.,

Segnali binoculari

Stereopsis, o disparità retinica (binoculare), o parallasse binoculare

Gli animali che hanno gli occhi posizionati frontalmente possono anche utilizzare informazioni derivate dalla diversa proiezione di oggetti su ciascuna retina per giudicare la profondità. Utilizzando due immagini della stessa scena ottenute da angolazioni leggermente diverse, è possibile triangolare la distanza da un oggetto con un alto grado di precisione. Ogni occhio vede un angolo leggermente diverso di un oggetto visto dagli occhi destro e sinistro. Ciò accade a causa della parallasse di separazione orizzontale degli occhi., Se un oggetto è lontano, la disparità di quell’immagine che cade su entrambe le retine sarà piccola. Se l’oggetto è vicino o vicino, la disparità sarà grande. È stereopsis che inganna le persone a pensare che percepiscono la profondità durante la visualizzazione di occhi magici, Autostereogrammi, film 3-D e foto stereoscopiche.

Convergenza

Questo è un segnale oculomotore binoculare per la percezione della distanza / profondità. A causa della stereopsi, i due bulbi oculari si concentrano sullo stesso oggetto. In tal modo convergono. La convergenza allungherà i muscoli extraoculari., Come accade con la stecca di alloggio monoculare, le sensazioni cinestetiche di questi muscoli extraoculari aiutano anche la percezione in profondità/distanza. L’angolo di convergenza è più piccolo quando l’occhio si fissa su oggetti lontani. La convergenza è efficace per distanze inferiori a 10 metri.

Shadow Stereopsis

Antonio Medina Puerta ha dimostrato che le immagini retiniche senza disparità di parallasse ma con ombre diverse sono fuse stereoscopicamente, conferendo percezione della profondità alla scena ripresa. Ha chiamato il fenomeno “shadow stereopsis”., Le ombre sono quindi un importante spunto stereoscopico per la percezione della profondità.

Disturbi che influenzano la percezione della profondità

Condizioni oculari come ambliopia, ipoplasia del nervo ottico e strabismo possono ridurre la percezione della profondità.

Poiché (per definizione), la percezione della profondità binoculare richiede due occhi funzionanti, una persona con un solo occhio funzionante non ha alcuna percezione della profondità binoculare.,

La percezione della profondità deve essere appresa usando un’inferenza inconscia, che è molto meno probabile che accada dopo alcuni anni di età