Методическая статья

Измерение чувствительности к точке зрения изменению с учетом и без Stereoscopic сцен

DOI:

10.3791/50877

⸱

4 декабря 2013 г.

 ,  ,  , 
1Research School of Psychology, Australian National University, 2School of Psychology, University of Western Australia, 3McGill Vision Research, Department of Ophthalmology, McGill University

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы обсуждаем новый метод поворота визуальных стимулов с точки зрения и демонстрируем с помощью зеркального стереоскопа трехмерное восприятие глубокого вращения. Этот метод может быть использован для исследования роли стереоскопических сигналов в кодировании фигур, повернутых с точки зрения.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Скорость и точность распознавания объектов снижаются из-за изменения точки зрения; демонстрируя, что человеческие наблюдатели чувствительны к этому преобразованию. В этой статье мы обсуждаем новый метод моделирования внешнего вида объекта, подвергшегося глубокому вращению, и приводим объяснение различий между перспективными и ортогональными проекциями. Далее мы опишем метод, с помощью которого можно измерить чувствительность человека к глубокому вращению. Наконец, мы обсуждаем аппарат для создания яркого восприятия трехмерного вращения-в-глубине; восьмизеркальный стереоскоп Уитстона. Таким образом, мы раскрываем средства, с помощью которых можно оценить роль стереоскопических сигналов в различении повернутых форм и объектов с точки зрения.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Многие исследования показали, что скорость и точность распознавания объектов снижаются из-за изменения точки зрения1-7. Например, распознавание лиц лучше всего, когда лицо рассматривается в лобно-параллельной плоскости, т.е. «фронт включено», и систематически снижается по мере того, как лицо поворачивается в глубину от лобно-параллельной плоскости. Изменения точки обзора могут происходить либо при движении наблюдателя, либо при движении рассматриваемого объекта. Важно отметить, что стоимость точки обзора часто снижается за счет введения стереоскопических сигналов для наблюдателя1-4,6,8. Тем не менее, важно различать вращение 3D и плоских объектов. В первом случае могут появиться новые текстуры или структурная информация при вращении, в то время как с плоскими объектами этого не происходит. В этом сообщении мы обсуждаем метод моделирования внешнего вида плоских форм и объектов, которые были подвержены глубокому вращению, или RID. Мы описываем аппарат для превращения двумерной проекции изображения РИД в яркое 3D (трехмерное) восприятие РИД, основанное на зеркальном стереоскопе Уитстона9. Наконец, мы сообщаем о психофизическом методе определения того, влияют ли стереоскопические (3D) сигналы на нашу чувствительность к изменению точки зрения. Фильм 1 демонстрирует, как внешний вид формы изменяется при изменении точки обзора/RID.

Симуляция изменения точки обзора

Когда объект подпадает под действие RID, он, конечно, физически не меняет свою идентичность или форму. Однако, с точки зрения наблюдателя, форма меняется. Например, если вы держите лист бумаги прямо перед собой в горизонтальной ориентации, изображение бумаги в вашем глазу, называемое изображением сетчатки, представляет собой горизонтальный прямоугольник. Если затем повернуть бумагу вокруг ее центральной вертикальной оси, изображение на сетчатке станет ракурсом по горизонтали (см. рисунок 1 для демонстрации). В конечном счете, если вы повернете бумагу на 90°, изображение на сетчатке будет представлять собой тонкую полоску толщиной с бумагу. Таким образом, самым большим изменением в изображении листа бумаги, на который распространяется действие RID, является горизонтальное сжатие его формы. Меньший градиент изменения происходит в вертикальном экстенте, при этом изображение становится выше для ближайшего края, неизменным на оси вращения и короче для дальнего края.

RID может быть смоделирован путем соответствующего преобразования изображений с помощью программных пакетов или путем написания собственного кода8,10. Читатели, желающие узнать больше о RID, могут ознакомиться с соответствующими текстами и веб-сайтами, посвященными преобразованию точек обзора, или узнать о встроенных функциях программного обеспечения для обработки изображений пакетов, перечисленных в наших Материалах. Однако при преобразовании изображения стимула на экране для представления определенного угла МПОГ существует дополнительное соображение: какой тип проекции использовать, ортогональную или перспективную? Когда мы смотрим на сцену, соседние объекты производят более крупные изображения на сетчатке, чем удаленные объекты. Для 2D (двумерного) объекта, на который распространяется действие RID, это означает, что дальняя сторона сжата сильнее, чем ближняя, как показано на рисунке 1 (см., в частности, нижний правый рисунок, который имеет RID 60°). Величина асимметрии сжатия зависит от размера объекта, на который распространяется действие RID, и от нашего расстояния от него. Перспективная проекция включает в себя эту асимметрию сжатия, в то время как ортогональная проекция просто игнорирует ее, присваивая одинаковые размеры ближней и дальней сторонам объекта RID. Так как наблюдатель, наблюдающий за поворотом плоского объекта, будет сталкиваться с этой асимметрией, то здесь мы будем использовать перспективную проекцию. Еще одним преимуществом нашего метода является то, что проекция учитывает расстояние просмотра от наблюдателя до экрана. Ранее мы использовали наш метод RID для моделирования повернутых форм точки обзора как в 2D-перспективной проекции, так и в 3D8,10.

Моделирование изменения 3D-точки обзора

Чтобы смоделировать стереоскопический RID, нужно представить немного разные изображения левому и правому глазу. Эта разница между двумя изображениями известна как бинокулярное неравенство11 и является функцией как расстояния просмотра, так и расстояния между глазами, в частности, межзрачкового расстояния. Возвращаясь к примеру с нашим листом бумаги в альбомной ориентации, если мы повернем лист бумаги вокруг вертикального центра, по часовой стрелке на 45° (таким образом, левый край удаляется), то вид каждого глаза на бумагу будет немного отличаться. Изображение, проецируемое на левый глаз, поворачивается чуть менее чем на 45°, в то время как изображение, проецируемое на правый глаз, поворачивается чуть более чем на 45° (см. иллюстрацию на рисунке 2 - наблюдатели, которые могут свободно совмещать два верхних изображения, будут воспринимать RID в 3D). Если соответствующие углы RID представлены отдельно для левого и правого глаза (стереосостояние), они дадут градиент несоответствия, и наблюдатель, скорее всего, сообщит о ярком впечатлении от 3D RID. Однако, если оба глаза представляют собой идентичные изображения, представляющие вращение на 45° от центральной точки обзора (нестереосостояние), наблюдатель увидит 2D-представление стимулов RID. Признанным методом представления отдельных изображений левому и правому глазу с помощью одного монитора является использование модификации зеркального стереоскопа, первоначально разработанного сэром Чарльзом Уитстоном в середине 19-го века. Когда два стерео-полуизображения расположены в соответствующих местах в поле зрения каждого глаза, они могут быть слиты бинокулярно для создания 3D-восприятия (см. Говард и Роджерс12 для обширного обзора стереометодов и ограничений).

Комбинируя смоделированное изменение точки зрения со стереоскопическим представлением, мы можем определить, например, роль, которую играют стереоскопические подсказки в нашей способности обнаруживать изменения точки обзора. Приведенные ниже результаты демонстрации показывают, что когда размер плоского объекта, в данном случае изогнутого контура, известен или знаком наблюдателю, изменение двумерной ширины кривой (иногда называемое ее провисанием) используется для обнаружения изменения RID, т.е. точки обзора (см. Bell et al.10 для полной рукописи по этому эффекту). Ниже мы подробно опишем психофизический метод измерения чувствительности к изменению РИД для 2D- и 3D-определенных плоских форм.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Предварительный отбор

  1. Перед тестированием получите письменное и информированное согласие от каждого участника.
  2. Спросите субъекта, есть ли у него нормальная или скорректированная до нормы острота зрения (т.е. очки).
  3. Проверьте остроту стереозвука участника с помощью простого портативного стереотеста.

2. Достижение бинокулярного слияния в стереоскопе

  1. Усадите участника за письменный стол перед зеркальным стереоскопом и отрегулируйте высоту своего кресла для комфорта.
  2. Выключите свет, чтобы он мог потемнеть как минимум на 3 минуты. Визуальная система работает лучше всего, когда она адаптирована к преобладающим условиям освещения.
  3. Пусть участник посмотрит в стереоскоп. Они увидят на мониторе крестик для каждого глаза. Они должны регулировать горизонтальное положение фиксирующих крестов до тех пор, пока не увидят только один крест в центре своего поля зрения. Если они видят два креста, то такое разделение неверно и нужна корректировка по горизонтали. При отображении мишени центрируются по крестам, и эта процедура обеспечивает слияние на правильном расстоянии.
  4. Теперь участник готов приступить к эксперименту.

3. Инструкции к заданию для наблюдателя

  1. «На каждом испытании вы увидите две кривые с глубоким вращением (RID). Вам необходимо решить, какая из двух кривых имеет больший RID, другими словами, какая из них больше повернута от вашего взгляда. Нажмите левую кнопку мыши, если первый стимул имеет большее значение RID. Нажмите правую кнопку мыши, если на второй кривой больше RID».
  2. «Это задача с принудительным выбором, в которой следующее испытание не начинается до тех пор, пока не будет дан ответ на предыдущее испытание».
  3. «Если вы не уверены, какой стимул имеет больше RID, пожалуйста, предположите».

4. Измерение чувствительности к изменению точки обзора/RID в контурах

  1. Для оценки роли стереоскопических сигналов в суждениях о МПОГ производительность участника измеряется отдельно в условиях, где представлены стереоскопические сигналы к МПОГ (стереоусловия) и где они не представлены (нестереоусловия). Чтобы представить стереоскопические сигналы, компьютер отображает различный угол кривой RID для каждого глаза наблюдателя через стереоскоп. Чтобы представить кривые без стереосигналов, компьютер показывает одну и ту же кривую RID обоим глазам (пример см. на рисунке 2). Приведенные ниже методологические шаги затем повторяются для обоих условий.
  2. Инициировать процедуру, состоящую из 140 попыток, для участника. Примечание: Метод постоянных стимулов (MOCS13) используется для обеспечения равного числа попыток для каждого значения RID используемой тестовой кривой. RIDs могут быть как больше, так и меньше или равны 45°, при этом конкретное значение выбирается случайным образом из набора для каждого испытания. МПОГ исходной кривой остается постоянным при 45° МПОГ. Порядок представления референтных и тестовых стимулов рандомизирован в каждом испытании.
  3. Позвольте программе записывать, как часто участник выбирает тест с большим углом RID.
  4. Дайте участникам перерыв после каждого блока испытаний. В этом примере 140 испытаний состоят из 20 повторений при каждом из 7 различных углов RID для тестовой кривой: 3 угла меньше 45°, 3 угла больше 45° и 1 RID точно под углом 45° - то же, что и эталонная кривая.
  5. В конце каждого прогона компьютер отображает данные, описывающие долю раз, когда участник выбирал тестовый стимул с углом RID больше 45°, в зависимости от представленного угла RID (см. примеры данных на рисунке 4).
  6. Пусть программное обеспечение подгоняет данные с помощью кумулятивной гауссовской функции, чтобы определить точность, с которой они могут выполнять дискриминацию RID. Эта точность определяется параметром аппроксимированной функции, определяющей уклон (см. пример сплошных линий на рисунке 4).
  7. Получите уклон с каждого участка. Оценки наклона для стерео и нестерео условий могут быть затем статистически сравнены, чтобы определить, способствовали ли стереоскопические сигналы способности наблюдателя обнаруживать изменения в RID.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

На рисунке 4 показан пример результатов, полученных в результате такого эксперимента. Ось Y на каждом рисунке описывает долю случаев, когда тестовый шаблон был выбран как имеющий больший RID. Вместо того, чтобы отображать абсолютное число раз, когда это происходило, это дается в виде пропорции. Ось x описывает физическое RID тестового шаблона; помня о том, что здесь эталонная картина удерживается при постоянном 45° RID. Точки данных представляют собой долю случаев, когда наблюдатель выбирал тестовую крив...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Методы, обсуждаемые в этом сообщении, могут быть использованы любым исследователем, стремящимся решить вопросы, связанные с дискриминацией и/или распознаванием повернутых объектов с точки зрения. Важно отметить, что метод перспективной проекции не ограничивается продемонстрированными здесь стимулами; Вместо этого он может быть применен к широкому спектру экспериментальных стимулов, от линий до изображений сложных объектов. В нашем введении описываются способы применения этого преобразования с помощью специализированного ...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов. Первый автор, Джейсон Белл, является штатным сотрудником Австралийского национального университета; Дэвид Бэдкок и Эдвин Дикинсон являются штатными сотрудниками Университета Западной Австралии; Фред Кингдом является штатным сотрудником Университета Макгилла.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Это исследование было поддержано Австралийским исследовательским советом. Грант ARC # DP110101511 выдан JB; Национальный совет по наукам и инженерным исследованиям, NSERC Канады Грант # RGPIN121713-11 предоставлен FK; Грант ARC #DP130102580 и DP110104553 DRB.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Тестирование стереоhttp://www.stereooptical.com/products/stereotestsТест на стереомуху ТитмусПортативные устройства для тестирования
Предварительно собранные стереоустройстваhttp://www.stereoaids.com.auпредварительно собранные стереоскопыПодходит для настольных и портативных компьютеров
Зеркальный стереоскопИзготовлен на заказ; или Edmundoptics8 зеркальный стереоскопwww.edmundoptics.com
ВидеокартаNVidiaNVidia или ATI рекомендуется
Экспериментальное программное обеспечениедля управления MATLAB MATLAB, Python, C++, Visual Basic Рекомендуется
Экспериментальное программное обеспечениедля управления Psychtoolbox.orgPsychtoolboxБесплатно для скачивания, но требуется MATLAB
Статистическое программное обеспечениеGraphpadPrism V5http://www.graphpad.com/
Statistical программное обеспечениеPalamedesРуководство по психофизикеhttp://www.palamedestoolbox.org
документация по 3D проекцииВикипедияhttp://en.wikipedia.org/wiki/3D_projection

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bennett, D. J., Vuong, Q. C. A stereo advantage in generalizing over changes in viewpoint on object recognition tasks. Percep. Psychophys. 68, 1082-1093 (2006).
  2. Bulthoff, H. H., Edelman, S. Y., Tarr, M. J. How are three-dimensional objects represented in the brain? Cereb. Cortex. 5, 247-260 (1995).
  3. Burke, D. Combining disparate views of objects: Viewpoint costs are reduced by stereopsis. Vis. Cogn. 12, 705-719 (2005).
  4. Burke, D., Taubert, J., Higman, T. Are face representations viewpoint dependent? A stereo advantage for generalising across different views of faces. Vis. Res. 47, 2164-2169 (2007).
  5. Edelman, S., Bulthoff, H. H. Orientation dependence in the recognition of familiar and novel views of three-dimensional objects. Vis. Res. 32, 2385-2400 (1992).
  6. Lim Lee, Y., Saunders, J. A. Stereo improves 3D shape discrimination even when rich monocular shape cues are available. J. Vis. 11, (2011).
  7. Parr, L. A., Siebert, E., Taubert, J. Effect of familiarity and viewpoint on face recognition in chimpanzees. Perception. 40, 863-872 (2011).
  8. Bell, J., Dickinson, J. E., Badcock, D. R. Radial frequency adaptation suggests polar-based coding of local shape cues. Vis. Res. 48, 2293-2301 (2008).
  9. Wade, N. J. On the late invention of the stereoscope. Perception. 16, 785-818 (1987).
  10. Bell, J., Kanji, J., Kingdom, F. A. A. Discrimination of rotated-in-depth curves is facilitated by stereoscopic cues, but curvature is not tuned for stereoscopic rotation-in-depth. Vis. Res. 77, 14-20 (2013).
  11. Regan, D. Human Perception of Objects. , Sinauer Associates, Inc. (2000).
  12. Howard, I. P., Rogers, B. J. Binocular Vision and Stereopsis. , Oxford University Press. (1995).
  13. Kingdom, F. A. A., Prins, N. Psychophysics: A Practical Introduction. , Academic Press: an imprint of Elsevier. (2010).
  14. Kingdom, F. A. Color brings relief to human vision. Nat. Neurosci. 6, 641-644 (2003).
  15. Ustinova, K. I., Perkins, J. Gaze and viewing angle influence visual stabilization of upright posture. Brain Behav. 1, 19-25 (1002).
  16. Shieh, K. -K., Lee, D. -S. Preferred viewing distance and screen angle of electronic paper displays. Appl. Ergon. 38, 601-608 (2007).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

SIAN

Похожие статьи