Монокулярная оценка глубины (обзор литературы)

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.

1. Могилев Л.Н. Механизмы пространственного зрения. М.: Наука; 1982. 112 с.

2. Рычков И.Л. Пространственное зрение человека и животных. Иркутск: Издательство Иркутского Университета; 1990. 216 с.

3. Рожкова Г.И., Матвеев С.Г. Зрение детей: проблемы оценки и функциональной коррекции. М.: Наука; 2007. 315 с.

4. 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.

5. 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.

6. Перельман Я.И. Занимательная физика. СПб.: Азбука, Азбука-Аттикус; 2021. 272 с.

7. Толанский С. Оптические иллюзии. М.: Мир; 2005. 130 с.

8. 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/10.21285/2227-2917-2018-4-218-233

9. Ninio J. L’empreinte des sesns. Paris: Odile Jacob; 2011. 281 p.

10. Фарафонова А.С., Алексеева Е.Н. Развитие абстракционизма и его отраслевые направления. Синергия наук. 2018;30:2221–2226.

11. Зайцев А.С. Наука о цвете и живопись. – М.: Искусство; 1986. 158 с.

12. 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.pdf

13. Fischer G.T. Factors affecting estimation of depth with variations of the stereokinetic effect. Amer J Psychol. 1956;69:252–257.

14. 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.

15. 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/s00371-016-1231-2

16. 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.

17. 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/10.1167/19.3.2

18. Albertazzi L. Stereokinetic shapes and their shadows. Perception. 2004;33:1437–1452. https://doi.org/10.1068/p5284

19. Ming Y. et al. Deep learning for monocular depth estimation: A review. Neurocomputing. 2021:43814–33.

20. Musatti C.L. La stereocinesi e il problema della struttura dello spazio visibile. Rivista di Psicologia. 1955;49:3–57.

21. 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.

22. Mogylev L.N., Rychkov I.L., Rizolatti G. Alcune osservationi sui fenomeni stereocinetici. Boll. Soc. Italiana Biologia Sperimentale. 1978;5(18):1763–1768.

23. Рычкова С.И., Васильева Н.Н. Взаимоотношение монокулярных и бинокулярных механизмов пространственного восприятия при разных видах амблиопии. Сенсорные системы. 2011;2:119–130.

24. 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/S0131164619040143

25. Рычкова 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/10.25276/0235-4160-2019-4-42-49

26. Wallach H., O’Connell D. The kinetic depth effect. Journal of Experimental Psychology. 1953;45(4):205–217.

27. Ullman S. The interpretation of structure from motion. Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Biological Science. 1979;203:405–426.

28. Liu Y. et al. Blind stereoscopic image quality assessment accounting for human monocular visual properties and binocular interactions. IEEE Access. 2020;8:33666–33678.

29. 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/10.1167/18.4.21

30. Ferris S.H. Motion parallax and absolute distance. J Exptl Psychol. 1972;95(2):258–263.

31. Holmin J., Nawro M. Motion parallax thresholds for unambiguous depth perception. Vision Research. 2015;115:40–47. https://doi.org/10.1016/j.visres.2015.07.002

32. Shindler A., Bartels A. Motion parallax links visual motion areas and scene regions. Neuroimage. 2016;125:803–812. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2015.10.66

33. Ban 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.3046

34. Czuba T.B. et al. (2014). Area MT encodes three-dimensional motion. The Journal of Neuroscienc. 2014;34(47):15522–15533.

35. Jiang X., Jiang Y., Parasuraman R. The Visual Priming of Motion-Defined 3D Objects. PLoS ONE. 2015;10:e0144730.

36. 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.3134-14.2015

37. Nadler 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.0251-13.2013

38. Brodsky M.C. Optic atrophy in children. Pediatric Neuro-Ophthalmology. 2016. Springer, New York. P. 199–274.

39. 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-x

40. Klink 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