视觉线索对深度知觉的影响实验报告

视觉线索对深度知觉的影响

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（**大学**学院 北京 海淀 10****）

摘 要 深度知觉是指人对物体远近距离即深度的知觉，它的准确性是对于深度线索的敏感程度的综合测定，本实验测量了不同视觉线索下被试的视觉深度知觉。24人组成的6个四人小组参加了此次的实验测定，测定前实验成功的进行了被试的随机分配，采用ABBA的方法进行实验。结果表明：被试在双眼条件下的深度知觉准确性明显高于单眼，并且在双眼条件下，距离越远准确性越低。 关键词 深度知觉，视觉线索，ABBA

1 引言

深度知觉（depth perception）又称距离知觉或立体知觉。这是个体对同一物体的凹凸或对不同物体的远近的反映。视网膜虽然是一个两维的平面，但人不仅能感知平面的物体，而且还能产生具有深度的三维空间的知觉。这主要是通过双眼视觉实现的。有关深度知觉的线索，既有双眼视差、双眼辐合、水晶体的调节、运动视差等生理的线索，也有对象的重叠、线条透视、空气透视、对象的纹理梯度、明暗和阴影以及熟习物体的大小等客观线索。根据自己的经验和有关线索，单凭一只眼睛观察物体也可以产生深度知觉。用视觉来知觉深度，是以视觉和触摸觉在个体发展过程中形成的联系为基础的。通过大脑的整合活动就可作出深度和距离的判断。但个体在知觉对象的空间关系时，并不完全意识到上述那些主、客观条件的作用。

最早的深度知觉实验是H.von Helmholtz于1866年设计的三针实验。后来H.J.Howard于1919年设计了一个深度知觉测量器。他测定了106个被试，结果发现，双眼的平均误差为14.4mm，其中误差仅5.5mm的有14人；误差有3.6mm的有24人。但单眼的平均误差则达到285mm，单眼和双眼平均误差之比为20:1。这足以表明双眼在深度知觉中的优势。

两只眼睛的视野发生重叠是双眼视差产生的重要基础。物体同时刺激双眼形成两个独立的网膜视像，而人们任然把它知觉为单一的物体。缪勒（1912）认为这是由于物体的同一部分落在两个视网膜上相应点的缘故。此后，缪勒和菲特用视野单向区这一概念来描述能产生视觉融合的空间点。这个点就在两眼焦点和两眼网膜影像点连线的延长线上。视差角（辐合角）是双眼视轴在注视点处相交所形成的夹角。每个人的目间距（视焦点间距）不同，观察相同的事物时，视差角也不相同。

1960年Gibson和Walk以深度知觉为研究对象设计了视崖实验掀起了深度知觉研究的热潮。视崖是一个四英尺高的桌子，桌子的顶部是一块厚的、干净的玻璃构成。在桌子的一半下是有由白相间的格子图案构成的固体表面（浅滩）。而另一半是同样的，但是它是和桌子下地面相平的（深渊）。在浅滩的边缘，是一个看起来掉到地面的悬崖，实际上，玻璃覆盖了整个表面。在浅滩和深渊中间是一个一英尺宽的中央板。这个研究的被试是36名6~14个月的幼儿。幼儿的妈妈也参加了实验。每一个幼儿被放到视崖的中心板上，然后由妈妈现

在深渊一边叫他们，然后是浅滩一边，以此形成对照。

实验结果证明6个月大的儿童已经具备了感知深度的能力，但是对于知觉的先天性与后天性问题并不能很好地解释。之后，Campos Langer（1970 ）采用更为灵敏的技术（心率变化）对婴儿的深度知觉进行研究，并发现婴儿深度知觉的发展与其爬行经验有关。之后的许多实验都表明，婴儿深度知觉的先天性和后天性、经验因素对深度知觉的影响，目前并没有一致的看法。更被普遍接受的说法是，深度知觉的产生和发展是先天和后天经验的交互影响。

本次实验的教学目的主要有以下三点：1 通过参与实验，学习测量视觉深度知觉的实验方法，进一步掌握实验设计与结果分析的基本方法；

2 结合数据，探讨距离和单双眼对视觉深度知觉的影响； 3 了解深度知觉测量在实践中的应用。

2 方法

2.1、被试

中央财经大学社会发展学院09心理班全班同学，每四人一组，双眼视觉正常，或矫正视觉正常。

2.2、实验仪器与实验材料

实验仪器：深度知觉仪（BD-Ⅱ-104A），反应键，米尺。 2.3、实验设计

实验利用深度知觉仪获取被试数据。可以从距离、单双眼两个角度考察被试的视觉深度知觉差异。本实验是一个2（距离1米和2米）×2（单眼和双眼）两因素重复测量实验设计。此外，为保证本实验的实验结果的准确性，对于极端值的处理办法是去除。 2.4、实验程序

（1）让被试进行单眼或双眼1米距离的实验。 （2）被试坐在距标尺零刻度1米处观察，指导语如下：

“请你注意仪器窗口内的直棍，其中三对是固定的标准刺激，一个是可移动的比较刺激，请你按手中的两个按钮（前后方向），调节比较刺激，使其与中间的一对直棍在一个平面上，直到你感觉三根直棍在同一个平面上，停止调节，并报告调节完毕。”

（3）主试按刺激呈现顺序表呈现刺激，每个被试重复8次。 （4）休息2分钟，继续下一被试单眼或双眼1米距离的测试。

（5）小组中被试全部完成1米距离测试后，继续2米距离测试，重复上述程序。

3 结果

3.1 不同视觉线索下被试深度知觉误差的描述性统计

表1 不同视觉线索下被试深度知觉误差的平均值和标准差

距离 1m 2m

观测数

13 13 13 13 视觉线索

单眼 双眼 单眼 双眼 平均值 3.04 0.81 3.22 1.95 标准差 1.83 0.46 2.23 1.42

从上表我们可以看出，双眼条件下被试深度知觉误差平均值要小于单眼条件下，而且2m距离的条件下被试深度知觉误差平均值要大于1m条件下。下面，对数据进行进一步的统计分析。

3.2 不同视觉线索下被试深度知觉误差的统计分析结果

表2 不同视觉线索下被试深度知觉误差的方差分析

变异来源 距离 视觉线索

距离 * 视觉线索

注：**p

平方和 5.658 39.738 2.994 自由度 均方 1 5.658 1 39.738 1 2.994

F 2.149

15.096 1.137

P 0.149 0.000 0.292

从上表中的统计结果，我们可以看出，被试的深度知觉误差在但双眼条件下存在显著差异(F=15.096,p0.05)，并且距离和视觉线索不存在着显著的交互作用(F=1.137,p>0.05)。但是，当把单双眼条件分开，再讨论距离对被试深度知觉误差的影响时，可以得到如下结果：

表3 单双眼条件下距离对被试深度知觉误差的影响

视觉线索 单眼 双眼

注：*p

变异来源 平方和 距离 0.210 距离 8.442 自由度

1 1 均方 0.210 8.442

F 0.051 7.580

P 0.824 0.011

表3说明，单眼条件下，被试深度知觉的准确性在距离上并不存在着显著的差异(F=0.051,p>0.05)，但是在双眼条件下，被试深度知觉准确性存在着距离上的显著差异(F=7.580,p>0.05)。

4 讨论

4.1 单、双眼视觉线索对深度知觉准确性的影响

本实验显示：单眼的深度知觉准确性显著差于双眼。单眼视觉线索，包括遮挡、线条透视、空气透视、明暗和阴影、运动极差、结构极差等。在本实验的条件下，被试主要利用对象的大小和明暗进行判断，其余的线索都不存在。双眼视觉线索，除了双眼视差，还有水晶体的调节和双眼视轴的辐合。双眼提供的线索是判断深度知觉的最主要的线索，所以单眼对深度知觉准确性远低于双眼。 4.2 双眼视差

双眼视差（binocular disparity）指由于正常的瞳孔距离和注视角度不同，造成左右眼视

网膜上的物象存在一定程度的水平差异。在观察立体视标的时候，两只眼由于相距约60mm，所以会从不同角度观察。这种在双眼视网膜结像出现微小的水平像位差，称为双眼视差或立体视差（stereoscopic vision）。

人们用双眼观察物体时，物体分别在两只眼睛的视网膜上成像。有时候两个像正好落在对应点上，形成了单一融合的视像，有时候落在非对称点上，于是形成了不同程度的视差。由此可见物体在两眼视网膜上的影像并不是完全重叠的。这些不重叠的信息同哦过视神经到达视交叉。而人类的视神经中，只有来自鼻翼的那部分交叉工作，来自颞侧的不交叉，形成了半交叉现象。因此来自双眼的不重叠信息在视觉皮层处汇聚，导致了双眼视差，进而转化为神经冲动，传入大脑，经过大脑皮层的分析、综合活动，才产生了深度知觉。可见，在二维空间的视网膜上，立体物是两个稍有差别的平面物像。只是在经过大脑的加工之后，才有了深度知觉。 4.3 实验误差分析

本实验误差主要来源于样本质量的限制、简易实验工具的限制、视觉疲劳影响实验数据等因素。

其中视觉疲劳对实验结果的影响可能较大。在实验后被试表示视觉疲劳对他们的判断产生了困难，同时表示出现了视力模糊现象，且反应出一定的厌倦情绪。尤其在单眼观察部分，由于被试并不能准确地知道正确的位置，所以只能不厌其烦地猜测和学习。这可能也导致了后做的单眼视觉实验的误差较大。

此外，实验仪器本身的限制导致不能很好地模拟大多数单眼线索，并且仪器内光照不均（光源在左侧）会影响单眼明暗线索。同时由于实验场地的限制，被试的身高、坐姿都会对深度判断产生影响。

最后，由于本实验采用小样本实验，存在不可避免的误差。而且几乎所有被试都存在近视现象，实验时均佩戴眼镜，近视对实验结果的影响尚不明确。 4.4 深度知觉的应用价值

著名的视崖实验说明，刚会爬的婴儿已经具备相当好的深度知觉。国内郭静秋等研究了正常3～12岁儿童的立体视锐度，认为立体视成熟期在3岁以前。有些儿童生来有深度知觉方面的缺陷，比如间歇性外斜视儿童患者，其近距离立体视良好，中、远距离立体视不良，及早手术后会有较大改善，分别检查不同距离的立体视就是考察的重要指标。另还有学者研究结果显示学习障碍(LD)儿童深度觉辨别缺乏线索利用能力，且与情感判断存在潜在关联，进一步证明了Johnson等提到单纯的知觉判断往往能反映深层的复杂社会知觉能力，为深度知觉在认知方面的应用铺开道路。

在高速运动需要有健全的立体视觉功能的行业中，体育运动员也是不言而喻的。在挑选培养运动员时，过去传统的经验方法和选才组人员、教练员的评估固然不可缺少，然而应用现代科技、科学选才方法、检验立体视觉也是必不可少的。球类、击剑、跳水、射击、体操等项目比相对静态的棋类、举重运动员、更突出地需要运动员有良好的立体视觉，对初选入

围的培养对象如果不作立体视觉检验，很可能会漏诊立体视觉异常者，将会造成双重浪费。有研究表明，重视个体深度知觉能力的训练可以有效提高球类教学与训练的效果。有研究者对足球裁判员的深度知觉准确性的训练提出了建议。也有人根据其研究结果建议在选拔篮球运动员时，测试其深度视觉阈值。

深度知觉在许多需要较高视觉注意力的职业中也是应用广泛。如汽车司机的视深度知觉与安全行车状况呈显著正相关；深度知觉对于海员具有很好的鉴别力；在动态条件下不同颜色深度视觉阑值的测定是值得进一步研究的问题；部队人员立体视功能现状良好;入伍时进行立体视觉检查，对保证部队兵员质量非常必要。

深度知觉在计算机中的应用已经很普遍，如人工智能，3D界面等。在几十年的发展中，计算机立体视觉已形成了自己的方法和理论。

5 结论

（1）双眼条件下被试深度知觉准确性高于单眼条件；

（2）在单眼条件下，被试深度知觉的准确性不存在距离上的显著差异，但是在双眼条件下，被试深度知觉的准确性随着距离的增加而降低。

参 考 文 献

[1] 郭秀艳．实验心理学．北京：人民教育出版社．2010．230-249

[2] 张厚粲，徐建平．现代心理与教育统计学．北京：北京师范大学出版社．2009．263-290 [3] 薛薇．SPSS统计分析方法及应用．北京：电子工业出版社．2010．144-163

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