glazmagThe EYE ГЛАЗThe EYE GLAZ2222-44082686-8083Академия медицинской оптики и оптометрии10.33791/2222-4408-2022-1-43-54glazmag-300Research ArticleОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫREVIEWSМонокулярная оценка глубины (обзор литературы)Monocular Depth Estimation (Literature Review)https://orcid.org/0000-0001-6764-8950РычковаС. И.RychkovaS. I.

Рычкова Светлана Игоревна, кандидат медицинских наук, врач-офтальмолог, ведущий научный сотрудник лаборатории «Зрительные системы»; доцент кафедры глазных болезней

127051, Москва, Большой Каретный пер., д. 19

123098, Москва, ул. Гамалеи, д. 15

Svetlana I. Rychkova, Cand. Sci. (Med.), оphthalmologist, Lead researcher of Vision Physiology laboratory; Department of Eye Diseases

19, Bolshoy Karetny Lane, Moscow, 127051

15, Gamalei Str., Moscow, 123098

lana.rych@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2708-7217ЛихванцеваВ. Г.LikhvantsevaV. G.

Лихванцева Вера Геннадьевна, доктор медицинских наук, профессор кафедры офтальмологии Академии постдипломного образования

125371, Москва, Волоколамское ш., д. 91

Vera G. Likhvantseva, Dr. Sci. (Med.), Professor of the Department of Ophthalmology of the Academy of Postgraduate Education

91, Volokolamsk Highway, Moscow, 125371

likhvantseva-4@yandex.ruФГБУН «Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича» РАН; Медико-биологический университет инноваций и непрерывного образования ФГБУ «Государственный научный центр Российской Федерации – Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна» ФМБА РоссииРоссияA.A. Kharkevich Institute for Information Transmission Problems of the Russian Academy of Sciences; Medico-Biological University of Innovation and Continuing Education of Russian State Research Center – Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of Federal Medical Biological AgencyRussian FederationАкадемия постдипломного образования ФГБУ «Федеральный научно-клинический центр специализированных видов медицинской помощи и медицинских технологий Федерального медико-биологического агентства»РоссияAcademy of Postgraduate Education of the Federal Scientific and Clinical Center for Specialized Medical Assistance and Medical Technologies of Federal Medical Biological Agency of RussiaRussian Federation2022020420222414354Copyright © Академия медицинской оптики и оптометрии, 20222022Академия медицинской оптики и оптометрииАкадемия медицинской оптики и оптометрииhttps://www.theeyeglaz.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.theeyeglaz.com/jour/article/view/300

Актуальность. Физиологическую основу пространственного восприятия традиционно относят к бинокулярной системе, интегрирующей сигналы, поступающие в мозг от каждого глаза, в единый образ трехмерного внешнего мира. Между тем, восприятие трехмерности возможно и за счет эволюционно более древней монокулярной системы пространственного восприятия. В норме ведущую роль в восприятии глубины играет бинокулярный механизм, а его нарушения приводят к сдвигу «силовых отношений» в сторону монокулярного. В связи с этим одним из актуальных направлений офтальмологии и нейрофизиологии является исследование особенностей монокулярной оцени глубины в норме и при офтальмопатологии.Цель: изучить данные литературы, посвященной монокулярному механизму оценки глубины, способам его исследования, а также особенностям его проявлений в норме и при офтальмопатологии.Материалы и методы. Проведен анализ публикаций на ресурсах PubMed, eLibrary, Cyberleninka, Crossref metadata search.Результаты. В обзоре рассмотрены современные представления о монокулярных признаках глубины, способных обеспечить эффективную работу монокулярного механизма пространственного зрения. Подробно рассмотрен стереокинетический эффект (СЭ), характеризующий силовые отношения монокулярных и бинокулярных механизмов пространственного зрения. Изучены возможности использования СЭ для оценки состояния механизмов пространственного зрения при офтальмологической и неврологической патологии.Выводы. Существует ряд монокулярных признаков глубины, способных обеспечить эффективную работу монокулярного механизма пространственного зрения, таких как перспектива, световые и цветовые эффекты, аккомодация, приобретенное с опытом знание истинных размеров объектов. Особое значение для офтальмологической практики имеет СЭ, вызываемый последовательным смещением на сетчатке проекций кольцевых эксцентрических изображений, позволяющий оценивать силовые отношения монокулярных и бинокулярных механизмов пространственного зрения. У пациентов с нарушениями бинокулярного зрения при амблиопии и косоглазии наблюдается уменьшение монокулярных и повышение бинокулярных показателей СЭ, а для органической патологи глазного дна более характерно только снижение монокулярных показателей. При этом изменения показателей СЭ могут служить дополнительными критериями оценки эффективности функционального лечения бинокулярных нарушений.

Background. The physiological basis of spatial perception is traditionally attributed to the binocular system, which integrates the signals coming to the brain from each eye into a single image of the three-dimensional outside world. The perception of three-dimensionality, however, is also possible due to the evolutionarily older monocular system of spatial perception. Normally, the binocular mechanism plays the leading role in depth perception, and its violations lead to a shift towards the monocular. In this regard, one of the relevant areas of ophthalmology and neurophysiology is the study of the features of monocular depth estimation in normal conditions and cases of ophthalmic pathology.Purpose: to study the literature data on the monocular depth estimation mechanism, methods of its assessment, as well as the peculiarities of its manifestations in normal conditions and cases of ophthalmic pathology.Materials and methods. The literature analysis of publications on PubMed, eLibrary, Cyberleninka and crossref metadata search was carried out.Results. The review considers modern ideas regarding monocular depth cues that can ensure the effective operation of the monocular mechanism of spatial vision. The stereokinetic effect (SE) is considered in detail. The possibilities of using SE assessment methods to evaluate the state of spatial vision mechanisms in cases of ophthalmic and neurological pathology have been studied.Conclusion. There are a number of monocular depth cues that can ensure the effective operation of the monocular mechanism of spatial vision, such as: perspective, light and color effects, accommodation and knowledge of the true sizes of the objects acquired with experience. Stereokinetic effect caused by the successive displacement of projections of circular eccentric images on the retina, which allows to evaluate relationship of monocular and binocular mechanisms of spatial perception, has a particular importance for ophthalmology practice. In patients with binocular vision disorders (amblyopia and strabismus), a decrease in monocular and an increase in binocular SE indicators were observed, whereas only a decrease in monocular indicators is more typical for organic ocular fundus pathology. At the same time, changes in SE indicators can serve as additional criteria for evaluating the efficacy of functional treatment of binocular disorders.

монокулярные механизмы пространственного восприятиямонокулярные признаки глубиныстереокинетический эффектпараллакс движенияструктура из движенияmonocular mechanisms of spatial perceptionmonocular depth cuesstereokinetic effectmotion parallaxstructure from motionReferencesМогилев Л.Н. Механизмы пространственного зрения. М.: Наука; 1982. 112 с.Мogylev L.N. Меchanizmy prostranstvennogo zreniya [Mechanisms of spatial vision]. Мoscow: Nauka; 1982. 112 p.Рычков И.Л. Пространственное зрение человека и животных. Иркутск: Издательство Иркутского Университета; 1990. 216 с.Rychkov I.L. Prostranstvennoe zrenie cheloveka I jivotnyh [Spatial vision of humans and animals]. Irkutsk: Irkutsk University Publishing; 1990. 216 p.Рожкова Г.И., Матвеев С.Г. Зрение детей: проблемы оценки и функциональной коррекции. М.: Наука; 2007. 315 с.Rozhkova G.I., Маtveev S.G. Zrenie detei: problemy otsenki i funkcional’noi correktsii [Children’s vision: problems of assessment and functional correction]. Мoscow: Nauka; 2007. 315 p.Рожкова Г.И., Алексеенко С.В. Зрительный дискомфорт при восприятии стереоскопических изображений как следствие непривычного распределения нагрузки на разные механизмы зрительной системы. Мир техники кино. 2011;21(3):12–21.Rozhkova G.I., Alekseenko S.V. Visual discomfort in the perception of stereoscopic images as a result of an unusual load distribution on different mechanisms of the visual system. The world of cinema technology. 2011;21(3):12–21.Рожкова Г.И., Васильева Н.Н. Взаимодействие бинокулярного и стереокинетического механизмов восприятия глубины у детей с нормальным и нарушенным бинокулярным зрением. Сенсорные системы. 2001;15(1):61–68.Rozhkova G.I., Vasilyeva N.N. Interaction of binocular and stereokinetic mechanisms of depth perception in children with normal and impaired binocular vision. Sensory systems. 2001;15(1):61–68.Перельман Я.И. Занимательная физика. СПб.: Азбука, Азбука-Аттикус; 2021. 272 с.Perel’man Y.I. Zanimatel’naya fizika [Entertaining physics]. Saint Petersburg: Azbuka, Azbuka-Atticus; 2021. 272 p.Толанский С. Оптические иллюзии. М.: Мир; 2005. 130 с.Тоlanskii S. Optical illusions. Moscow: Mir; 2005. 130 p.Иванова А.С., Финк Д. Приемы формирования виртуальной реальности в работах Виктора Вазарелли по дизайну городской среды. Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2018;8(4):218–233. https://doi.org/10.21285/2227-2917-2018-4-218-233Ivanova A.S., Fink D. Methods of forming virtual reality in the works of Victor Vasarelli on the design of the urban environment. University News. Investment. Construction. Realty. 2018;8(4):218–233. https://doi.org/10.21285/2227-2917-2018-4-218-233Ninio J. L’empreinte des sesns. Paris: Odile Jacob; 2011. 281 p.Ninio J. L’empreinte des sesns. Paris: Odile Jacob; 2011. 281 p.Фарафонова А.С., Алексеева Е.Н. Развитие абстракционизма и его отраслевые направления. Синергия наук. 2018;30:2221–2226.Farafonov A.S., Аlekseeva E.N. The development of abstractionism and its branch directions. Synergy of Sciences. 2018;30:2221–2226.Зайцев А.С. Наука о цвете и живопись. – М.: Искусство; 1986. 158 с.Zaitsev А.S. Nauka o tsvete i jivopisi [The science of color and painting]. Мoscow: Art; 1986. 158 p.Филиппов С. Что мы видим в глубине картины? Природа и функции пространственности в плоских визуальных искусствах. Артикульт. 2011;1:1–57. Доступно по: http://articult.rsuh.ru/upload/articult/journal_content/001/ARTICULT-01_(1-2011,P.188-243)-Filippov.pdfFilippov S. What do we see in the depth of the picture? The nature and functions of spatiality in flat visual arts. Artecult. 2011;1:1–57. Available: http://articult.rsuh.ru/upload/articult/journal_content/001/ARTICULT-01_(1-2011,P.188-243)-Filippov.pdfFischer G.T. Factors affecting estimation of depth with variations of the stereokinetic effect. Amer J Psychol. 1956;69:252–257.Fischer G.T. Factors affecting estimation of depth with variations of the stereokinetic effect. Amer J Psychol. 1956;69:252–257.Vezzani S., Kramer P., Bressan P. Stereokinetic effect, kinetic depth effect, and structure from motion. In The Oxford Handbook of Perceptual Organization. Oxford University Press. Oxford UK; 2014. 26 р.Vezzani S., Kramer, P. Bressan P. Stereokinetic effect, kinetic depth effect, and structure from motion. In The Oxford Handbook of Perceptual Organization. Oxford University Press. Oxford UK; 2014. 26 р.Bista S., Leitao da Cunha I.L., Varshney A. Kinetic depth images: flexible generation of depth perception. The Visual Computer. 2017;33:1357–1369. https://doi.org/10.1007/s00371-016-1231-2Bista S., Leitao da Cunha I.L., Varshney A. Kinetic depth images: flexible generation of depth perception. The Visual Computer. 2017;33:1357–1369. https://doi.org/10.1007/s00371-016-1231-2Howard I.P., Fujii Y., Allison R.S. Interactions between cues to visual motion in depth. J Vis. 2014 Feb 19;14(2):14. https://doi.org/10.1167/14.2.14.PMID:24554479.Howard I.P., Fujii Y., Allison R.S. Interactions between cues to visual motion in depth. J Vis. 2014 Feb 19;14(2):14. https://doi.org/10.1167/14.2.14.PMID:24554479.Thompson L. et al. Contributions of binocular and monocular cues to motion-in-depth perception. Journal of vision. 2019;19(3):2–12. https://doi.org/10.1167/19.3.2Thompson L. et al. Contributions of binocular and monocular cues to motion-in-depth perception. Journal of vision. 2019;19(3):2–12. https://doi.org/10.1167/19.3.2Albertazzi L. Stereokinetic shapes and their shadows. Perception. 2004;33:1437–1452. https://doi.org/10.1068/p5284Albertazzi L. Stereokinetic shapes and their shadows. Perception. 2004;33:1437–1452. https://doi.org/10.1068/p5284Ming Y. et al. Deep learning for monocular depth estimation: A review. Neurocomputing. 2021:43814–33.Ming Y. et al. Deep learning for monocular depth estimation: A review. Neurocomputing. 2021:43814–33.Musatti C.L. La stereocinesi e il problema della struttura dello spazio visibile. Rivista di Psicologia. 1955;49:3–57.Musatti C.L. La stereocinesi e il problema della struttura dello spazio visibile // Rivista di Psicologia. 1955;49:3–57.Wieland B.A., Mefferd R.B. Perception of depth in rotating objects: Asim-metry and velocity as the determinants of the stereokinetic effect. Percept and Mot Skills. 1968;26(3):671–681.Wieland B.A., Mefferd R.B. Perception of depth in rotating objects: Asim-metry and velocity as the determinants of the stereokinetic effect. Percept and Mot Skills. 1968;26(3):671–681.Mogylev L.N., Rychkov I.L., Rizolatti G. Alcune osservationi sui fenomeni stereocinetici. Boll. Soc. Italiana Biologia Sperimentale. 1978;5(18):1763–1768.Mogylev L.N., Rychkov I.L., Rizolatti G. Alcune osservationi sui fenomeni stereocinetici. Boll. Soc. Italiana Biologia Sperimentale. 1978;5(18):1763–1768.Рычкова С.И., Васильева Н.Н. Взаимоотношение монокулярных и бинокулярных механизмов пространственного восприятия при разных видах амблиопии. Сенсорные системы. 2011;2:119–130.Rychkova S.I., Vasilyeva N.N. The relationship of monocular and binocular mechanisms of spatial perception in different types of amblyopia. Sensory systems. 2011;2:119–130.Рычкова С.И., Сандимиров Р.И., Кособуцкая Л.В. Зависимость стереокинетического эффекта от скорости вращения и эксцентриситета тестового изображения у детей с частичной атрофией зрительного нерва. Физиология человека. 2019;45(4):13–22. https://doi.org/10.1134/S0131164619040143Rychkova S.I., Sandimirov R.I., Kosobutskaya L.V. Dependence of the stereokinetic effect on the rotation speed and eccentricity of the test image in children with partial optic nerve atrophy. Human physiology. 2019;45(4):13–22. https://doi.org/10.1134/S0131164619040143Рычкова С.И., Лихванцева В.Г. Взаимоотношения монокулярного и бинокулярного механизмов пространственного восприятия до и после функционального лечения у детей с послеоперационной остаточной микродевиацией. Офтальмохирургия. 2019;4:42–49. https://doi.org/10.25276/0235-4160-2019-4-42-49Rychkova S.I., Likhvantseva V.G. The relationship of monocular and binocular mechanisms of spatial perception before and after functional treatment in children with postoperative residual microdeviation. Ophthalmosurgery. 2019;4:42–49. https://doi.org/10.25276/0235-4160-2019-4-42-49Wallach H., O’Connell D. The kinetic depth effect. Journal of Experimental Psychology. 1953;45(4):205–217.Wallach H., O’Connell D. The kinetic depth effect. Journal of Experimental Psychology. 1953;45(4):205–217.Ullman S. The interpretation of structure from motion. Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Biological Science. 1979;203:405–426.Ullman S. The interpretation of structure from motion. Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Biological Science. 1979;203:405–426.Liu Y. et al. Blind stereoscopic image quality assessment accounting for human monocular visual properties and binocular interactions. IEEE Access. 2020;8:33666–33678.Liu Y. et al. Blind stereoscopic image quality assessment accounting for human monocular visual properties and binocular interactions. IEEE Access. 2020;8:33666–33678.Pastukhov A., Zaus C.R., Aleshin S. et al. Perceptual coupling induces co-rotation and speeds up alternations in adjacent bi-stable structure-from-motion objects. Journal of Vision. 2018;18:1–14. https://doi.org/10.1167/18.4.21Pastukhov A., Zaus C.R., Aleshin S. et al. Perceptual coupling induces co-rotation and speeds up alternations in adjacent bi-stable structure-from-motion objects. Journal of Vision. 2018;18:1–14. https://doi.org/10.1167/18.4.21Ferris S.H. Motion parallax and absolute distance. J Exptl Psychol. 1972;95(2):258–263.Ferris S.H. Motion parallax and absolute distance. J Exptl Psychol. 1972;95(2):258–263.Holmin J., Nawro M. Motion parallax thresholds for unambiguous depth perception. Vision Research. 2015;115:40–47. https://doi.org/10.1016/j.visres.2015.07.002Holmin J., Nawro M. Motion parallax thresholds for unambiguous depth perception. Vision Research. 2015;115:40–47. https://doi.org/10.1016/j.visres.2015.07.002Shindler A., Bartels A. Motion parallax links visual motion areas and scene regions. Neuroimage. 2016;125:803–812. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2015.10.66Shindler A., Bartels A. Motion parallax links visual motion areas and scene regions. Neuroimage. 2016;125:803–812. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2015.10.66Ban H. et al. The integration of motion and disparity cues to depth in dorsal visual cortex. Nature. 2012;15:636–646. https://doi.org/10.1038/nn.3046Ban H. et al. The integration of motion and disparity cues to depth in dorsal visual cortex. Nature. 2012;15:636–646. https://doi.org/10.1038/nn.3046Czuba T.B. et al. (2014). Area MT encodes three-dimensional motion. The Journal of Neuroscienc. 2014;34(47):15522–15533.Czuba T.B. et al. (2014). Area MT encodes three-dimensional motion. The Journal of Neuroscienc. 2014;34(47):15522–15533.Jiang X., Jiang Y., Parasuraman R. The Visual Priming of Motion-Defined 3D Objects. PLoS ONE. 2015;10:e0144730.Jiang X., Jiang Y., Parasuraman R. The Visual Priming of Motion-Defined 3D Objects. PLoS ONE. 2015;10:e0144730.Kim H.R., Angelaki D.E., DeAngelis G.C. A functional link between MT neu-rons and depth perception based on motion parallax. J Neurosci. 2015;35:2766–2777. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3134-14.2015Kim H.R., Angelaki D.E., DeAngelis G.C. A functional link between MT neurons and depth perception based on motion parallax. J Neurosci. 2015;35:2766–2777. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3134-14.2015Nadler J.W., Barbash D., Kim H.R. et al. Joint representation of depth from motion parallax and binocular disparity cues in macaque area MT. J Neuro-sci. 2013;33:14061–14074. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0251-13.2013Nadler J.W., Barbash D., Kim H.R. et al. Joint representation of depth from motion parallax and binocular disparity cues in macaque area MT. J Neuro-sci. 2013;33:14061–14074. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0251-13.2013Brodsky M.C. Optic atrophy in children. Pediatric Neuro-Ophthalmology. 2016. Springer, New York. P. 199–274.Brodsky M.C. Optic atrophy in children / Pediatric Neuro-Ophthalmology. 2016. Springer, New York. P. 199 –274.Toppino T.C., Long G.M. Time for a change: What dominance durations reveal about adaptation effects in the perception of a bi-stable reversible figure // Atten Percept Psychophys. 2015;77:867–882. https://doi.org/10.3758/s13414-014-0809-xToppino T.C., Long G.M. Time for a change: What dominance durations reveal about adaptation effects in the perception of a bi-stable reversible figure // Atten Percept Psychophys. 2015;77:867–882. https://doi.org/10.3758/s13414-014-0809-xKlink P., Van Ee R., Nijs M. et al. Early interactions between neuronal daptational and voluntary control determine perceptual choices in bistable vision. Journal of Vision. 2008;8(5):16,1–18. https://doi.org/10.1167/8.5.16Klink P., Van Ee R., Nijs M. et al. Early interactions between neuronal daptational and voluntary control determine perceptual choices in bistable vision. Journal of Vision. 2008;8(5):16,1–18. https://doi.org/10.1167/8.5.16

The authors declare that there are no conflicts of interest present.