单眼线索、双眼线索对深度知觉准确性的影响
摘要
本实验使用EP503 深度知觉测试仪，对六名华东师范大学心理系09级本科生（三男三女）进行了单双眼深度知觉准确性的测试。目的在于探讨双眼和单眼（优势眼）在辨别深度中的差异；学习使用深度知觉测试仪测量深度知觉阈限的视差角；以及性别差异对于单双眼深度知觉准确性的影响。数据使用spss相关分析得到结论：单双眼深度知觉辨别能力存在显著差异，双眼深度知觉准确性明显高于单眼；性别差异对于深度知觉的影响不明显。
关键词 深度知觉 单眼线索 双眼线索 双眼视差角
1 引言
深度知觉是指人对物体远近距离即深度的知觉。作为深度知觉的线索多种多样。主要有：1）单眼视觉线索：遮挡(superposition)，线条透视(linear perspective)，空气透视，明暗，阴影(shadow)，运动级差，结构级差等。 2）双眼线索：水晶体的调节和双眼视轴的辐合(vergence)两种。3）双眼视觉线索(binocular cues)的双眼视差(binocular disparity)。当人看远近不同的平面物体时，由于两眼相距约65 mm，两眼视像便不完全落到对应部位，这时左眼看物体的左边多些，右眼看物体的右边多些，它都偏向鼻侧。这样，不再同一平面上的物体在两眼视网膜上的成像就有了差异，这一差异便成为双眼视差。
深度知觉的准确性是对于深度线索的敏感程度的综合测定。以往对于深度知觉准确性的测定主要有以下两种方法：（1）三针实验。此实验是由黑姆兹设计的。以两针为标准，被试在一定距离外，调节第三根针，使之与前两针在同一平面为止。黑姆兹的实验证明像差阈限小于60角度秒。（2）霍瓦――多尔曼深度实验。1919年由霍瓦设计的深度知觉测量仪，代替三针实验。本实验正是采用这种方法。
深度知觉阈限是用双眼视角差来表示的。用a代表双眼间的距离，F代表相应的变异刺激，F′代表两根标准刺激中的一根。R代表与双眼轴垂直相交的至F的距离。δ代表在F与F′间垂直相交的距离差。θ2代表左眼视线至两个对象的视角，θ1代表右眼视线至两个对象的视角。由此可知，θ2—θ1即为视角差，即相应于两眼对两个对象的视线。θ2—θ1在理想情况下是以角单位表示的两个对象间的网膜上距离的标尺。
在弧度计算时，若计算到弧秒就应该乘上206 265这一转换系数。公式为：
视差角η=206265aX/[D(D+X)]（单位：弧秒）
a：目间距65mm D：观察距离。本实验为2000mm（被试与仪器标尺零点距离，非观察窗口距离） X：视差距离，即判断误差（平均数）。霍瓦的研究结果表明：双眼平均误差为14.4mm，单眼达285mm，单双眼误差比约为20：1。
通过本实验，探讨双眼和单眼（优势眼）在辨别深度中的差异；学习使用深度知觉测试仪测量深度知觉阈限的视差角。
根据以往资料和生活实际，做出假设：1）双眼比单眼有更多的深度线索可以参照，准确性也高于单眼。2）性别差异对深度知觉准确性的影响不显著。
2实验方法
2.1 被试 华东师大09级心理系大二学生6名，男女比例为3：3
2.2 仪器 EP503 深度知觉测试仪
2.3 程序 2.3.1被试坐在仪器面前，手握开关盒，眼晴与观察窗保持水平，通过观察孔进行观察。仪器内部三根立柱中两侧的立柱为标准刺激，标准刺激对应的尺度0位与被试距离为2米。以中间一根立柱为变异刺激。
2.3.2实验指导语：“这是一个深度知觉测量实验，你能从深度知觉实验仪的窗口里看到三根垂直的黑色立柱。二侧的是标准剌激立柱，中间一根是可由你操作前后移动的变异剌激柱，你的任务是用优势眼观察，即是你觉得视力好的一只眼观察（或者用你的双眼观察），操纵遥控器，调节变异剌激，使其和两侧的标准剌激离你同样的远近。按此法做多次，要求都是一样。”
2.3.3中间的立柱先由主试调到某位置（起始位置每次要随机），然后由被试根据观察，自由调节到他认为三根立柱在同一平面上为止（可来回调）。主试记录误差（取绝对值）。
在双眼视觉的情况下，进行20次实验，其中有10次是变异刺激（可移动立柱）在前，由近向远调整；有10次是变异刺激在后，由远向近调整，顺序及起始点随机安排，求出10次的平均结果。
2.3.4按照上述程序，再做单眼视觉实验20次，并求出平均结果。
2.3.5主试仔细记录实验结果。换被试继续实验。
3 结果
3.1 各被试在双眼观察情况下，表示深度阈限的视差角（单位：弧秒）
3.2 单、双眼深度知觉能力差异显著性的检验
3.3性别差异对单、双眼深度知觉准确性的影响
3.3.1
4 讨论
4.1 单双眼深度知觉准确性的差异及其原因分析
由表3.2，使用了六名被试，男女比例为3：3，分别输入每个人单、双眼深度知觉误差的平均值，变量一为单眼（优势眼）深度知觉误差，变量二为双眼深度知觉误差，使用spss相关性检验，得肯德尔相关= 0.733（显著程度0.05 p=0.039） 斯皮尔曼相关=-.886（显著程度0.05 p=0.019 皆为双侧检验）即单双眼深度知觉辨别能力差异显著，双眼深度知觉准确性明显高于单眼。符合原假设。
双眼视差是深度知觉的主要线索。当人注视一个平面物体时，它的每一点都落在两眼视网膜的对应点上,视象互相吻合，如将两眼视网膜重合起来,两个视象的位置是互相重合的,这时人就会知觉到一个平面的物体。当人看一个立体物体时，两眼视象便不完全落到对应部位。因为两眼之间有60～65毫米的目间距，所以左眼看物体的左边多些，右眼看物体的右边多些，两个视网膜象不完全重合，它们都偏向鼻侧，这样,立体的客体在两眼视网膜上的呈象就有了差异，这个差异就叫双眼视差。两眼的不对应的视觉刺激转变为神经兴奋，传到大脑便形成深度知觉。所以利用双眼线索是深度和距离知觉的主要途径，其效果要比利用单眼线索精细准确得多
4.2 性别差异对单、双眼深度知觉准确性的影响
4.2.1由表3.3.1，使用了六名被试，男女比例为3：3，分别输入每个人单眼深度知觉误差的平均值，变量一为男性，变量二为女性，使用spss相关性检验，得肯德尔相关= -.733（显著程度0.05 p=0.602） 斯皮尔曼相关=-.500。（显著程度0.05 p=0.667 皆为双侧检验）即性别差异对单眼深度知觉准确性影响不显著。
4.2.2由表3.3.2，使用了六名被试，男女比例为3：3，分别输入每个人双眼深度知觉误差的平均值，变量一为男性，变量二为女性，使用spss相关性检验，得肯德尔相关= -.733（显著程度0.05 p=0.602） 斯皮尔曼相关=-.500。（显著程度0.05 p=0.667 皆为双侧检验）即性别差异对双眼深度知觉准确性影响不显著。符合原假设。
4.3 深度知觉的机制分析
当人注视一个平面物体时，它的每一点都落在两眼视网膜的对应点上,视象互相吻合，如将两眼视网膜重合起来,两个视象的位置是互相重合的,这时人就会知觉到一个平面的物体。当人看一个立体物体时，两眼视象便不完全落到对应部位。因为两眼之间有60～65毫米的目间距，所以左眼看物体的左边多些，右眼看物体的右边多些，两个视网膜象不完全重合，它们都偏向鼻侧，这样,立体的客体在两眼视网膜上的呈象就有了差异，这个差异就叫双眼视差。两眼的不对应的视觉刺激转变为神经兴奋，传到大脑便形成深度知觉。
4.4 单眼分辨远近的机制
单眼视觉线索有：遮挡(superposition)，线条透视(linear perspective)，空气透视，明暗， 阴影(shadow)，运动级差，结构级差等。利用这些条件，单眼也能分辨远近，但是准确性明显低于双眼。
4.5 深度知觉测试仪有待改进之处
4.5.1 配套设备 建议增加一个医用测视力汤勺，由于测量单眼时，被试多采取用自己的手捂住一只眼睛，或单眼闭上等方法，不排除有被试为了更准确数值而违规的行为，降低了实验的信度。
4.5.2 设备本身 建议使用数码读数法，降低调节时的机器噪声。人工读数存在错误和不精确等现象。在调节远近时，机器发出的声音较大，且只有一个遥控器，反复在主，被试间传递使用，导致被试能够通过记忆主试调节铁杆的时间推断远近，达不到测量视觉深度知觉的目的。
4.6 深度知觉研究实际应用价值的实例
在临床，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。
在许多需要较高视觉注意力的职业中，如汽车司机的视深度知觉与安全行车状况呈显著正相关；深度知觉对于挑选海员具有很好的鉴别力；部队人员立体视功要求状良好，所以入伍时进行立体视觉检查,对保证部队兵员质量非常必要。
在计算机中的应用已经很普遍，如人工智能，3d界面等。
5 结论
单双眼深度知觉辨别能力存在显著差异，双眼深度知觉准确性明显高于单眼。且性别差异对于深度知觉的影响不明显。
6 参考文献
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7 附录
第二篇：深度知觉 心理学实验报告
视觉线索对深度知觉的影响
摘要：本次试验的目的是通过在单眼和双眼两种不同观察条件下对深度知觉准确性的测量，验证双眼产生深度知觉的能力显著优于单眼的能力。两名复旦大学心理系二年级本科生被随机抽取，通过深度知觉仪测量其双眼和单眼对深度判断的误差，并用t检验证实了两者差异的显著性。
关键词：深度知觉、视差角、双眼线索、单眼线索
1.引言
1.1 术语解释
深度知觉(depth perception)是空间知觉的一种基本类型，又称“距离知觉”或立体知觉，是对物体远近距离或三维特征的知觉。人们可以自动利用多种线索形成对深度的知觉，三维空间中的物体结构、相对关系和敏感程度以及双眼的生理变化都是主要的信息来源。总的来说，深度知觉的视觉线索主要可分为肌肉线索、单眼线索和双眼线索。
其中单眼线索指的是一只眼睛就能获得的线索，主要包括物体遮挡重叠、线条透视、空气透视、相对高度、纹理梯度（结构级差）、运动视差和运动透视等。相对于双眼线索，单眼线索提供的距离信息是有限的，因为只有双眼条件才能利用双眼视差判断空间距离。双眼视差指的是因正常的瞳孔距离和注视角度不同而在双眼视网膜结像时出现微小的水平像位差，是最主要的深度知觉线索。
1.2 历史研究
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：l。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。
1.3 本实验的教学目的
本实验通过在单眼和双眼两种不同观察条件下对深度知觉准确性的测量，验证以下假设：双眼产生深度知觉的能力显著优于单眼的能力。
2.方法
2.1 被试
本科生两名，性别男，年龄19岁，实验时均佩戴眼镜，矫正视力正常，无色盲色弱，优势眼均为右眼。
2.2 材料和实验仪器
EP503深度知觉仪
2.3 实验设计
本实验为单因素被试内设计，自变量为视觉线索，包含单眼线索和双眼线索两种。因变量为被试对深度判断的误差值。
2.4 过程
2.4.1 实验设计中的随机化
实验中共进行40次实验。每次实验中的起始点(0-20CM)和调整顺序(1代表从前向后，2代表从后向前)都通过Excel中的Rand()函数实现。其中起始点位置的函数是20*Rand（），调整顺序由Rand（）函数所得的随机值进行排序得到实验顺序。
2.4.2 程序
1）被试单独测试。距离仪器位置2米左右让一名被试坐下后，给被试指导语：
“你透过身体前方仪器上的观察窗看到有三根黑色的柱子。其中左侧和右侧的柱子是固定的，你可以通过手中的遥控器调节中间的的距离（可以来回调整），当你认为三者呈一条直线时停止遥控并向我报告。”
2）之后告知被试眼睛需与观察窗保持水平先进行双眼视觉实验。每次测试，主试事先将变异刺激按照随机化的结果调到某一位置，被试自由调节到他认为三根立柱在同一水平面上为止，此过程可以来回调整。
3）主试得到误差值后记录在表格中。误差值不告知被试。在双眼视觉的情况下，进行20次实验，其中有10次是变异刺激在前，由近向 远调整；有10次是变异刺激在后，由远向近调整，顺序以及距离随机安排，求出10次的平均结果。遮住被试的非优势眼进行单眼视觉实验，重复实验程序。
4）换另一名被试，重复实验程序。
3.结果
3.1 单、双眼深度知觉准确性比较
统计全体被试双眼观察和单眼观察的误差平均值。配对t检验结果表明双眼观察时的误差(平均值M=0.664，标准差SD=0.556)显著低于单眼观察时（平均值M=5.358，标准差SD=1.820），t(5)=7.412，p=0.000<0.05，表明双眼深度知觉具有准确性。
3.2 计算各被试的视差角
公式:视差角=206265×b△D/[D×(D+△D)] (弧秒)
b：被试的目间距65mm
D：观察距离，本实验是2000mm
D：视差距离，即判断误差（平均数）
表1 不同被试双眼观察时的视差角
3.3 分别比较单、双眼观察时，从远到近和从近到远时的深度知觉准确性
表2 不同方向的深度知觉准确性比较
根据上表可得，单、双眼观察时均有p>0.05，所以方向对深度知觉准确性的影响不显著。
4.讨论
4.1 单双眼线索对深度知觉的不同影响
由t检验的结果可知，双眼线索下的深度知觉能力与单眼有显著差异。此结果验证了假设：双眼的深度知觉准确性显著大于单眼。可能的原因是：在本实验的条件下，被试主要利用杆子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 关于双眼视差
由于人的两只眼睛相距大约65mm，当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。在实验后两名被试均表示视觉疲劳对他们的判断产生了困难，两名被试均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 预实验组分析
在本组实验的开始阶段，我们选择了一名双眼视力差距很大的裸视被试（左眼1.0右眼0.5）进行预实验，结果被试反应在双眼和单眼的情况下判断深度有困难（误差值均大于10）。而在佩戴了矫正视力的眼镜后，依然存在困难。事后了解到该被试在日常生活中并不经常佩戴眼镜。由此猜测该名被试由于长期不佩戴眼镜，双眼裸视力不一导致其对双眼线索不敏感或轻微斜视，从而可能缺乏了双眼产生距离深度的部分能力。
4.4 深度知觉在现实生活中的应用
本实验中所用到的单眼线索有线条透视、运动视差和运动透视等，日常生活中经常使用的单眼线索还有物体遮挡、线条透视、空气透视、相对高度、纹理梯度等。由于深度测量仪属于比较简易的测量工具，所以不能精确模拟全部的单眼线索，这也是导致单眼观察时误差很大的原因之一。在现实生活中，双眼辨别远近的能力虽然也显著大于单眼的能力，但是单眼深度知觉的能力远比试验中显示的要好。
5.结论
双眼深度知觉准确性显著大于单眼。
视差角均值大约是22.15弧秒。
方向对深度知觉准确性的影响不显著。
参考文献
[1]车文博，当代西方心理学新词典，吉林人民出版社，2001
[2]施壮华，深度知觉线索冲突及其知觉填补的机制，浙江大学博士学位论文，2002
[3]郭秀艳，实验心理学，人民教育出版社，2004
[4]Myers D. Psychology(6th ed). Worth Publishers,2001
附录
深度知觉误差记录表
*为本组实验数据