Stereovisione
Perché i nostri occhi sono distanti 5-6 cm, le immagini proiettate su ogni retina sono leggermente diverse. Questa differenza di immagini è un indizio di profondità chiamato disparità binoculare, che permette l’esperienza della profondità attraverso il processo di stereovisione. Questo processo combina le caratteristiche corrispondenti in ogni immagine retinica in una singola rappresentazione che include informazioni sulla distanza dall’osservatore.
Non siamo normalmente consapevoli che i nostri occhi contengono immagini diverse della stessa scena, ma questo può essere facilmente dimostrato. Tenete l’indice di ogni mano in posizione verticale direttamente davanti al vostro naso, con un dito a circa 20 cm e l’altro a circa 40 cm. Ora focalizza i tuoi occhi sul dito più lontano e a turno chiudi e apri ogni occhio. Mentre fate questo, il dito più vicino sembrerà saltare da un lato del dito più lontano all’altro. Se ora aprite entrambi gli occhi insieme, dovreste vedere che ci sono in realtà due immagini del dito più vicino. Questa è la disparità binoculare, che permette una percezione accurata della profondità. Maggiore è la distanza orizzontale tra le immagini corrispondenti dello stesso oggetto nei due occhi (le due immagini del dito più vicino in questa dimostrazione), maggiore sarà la sua distanza percepita dall’oggetto che è attualmente al centro della fovea in entrambi gli occhi (il dito più lontano).
Le posizioni di un oggetto nelle due immagini retiniche sono sistematicamente correlate alla distanza di quell’oggetto dall’oggetto che è attualmente al centro delle due immagini in ciascun occhio. Rispetto ai raggi di luce che proiettano dall’oggetto fissato al centro di ogni retina, la luce di un oggetto che è più vicino all’osservatore cadrà leggermente a destra del centro nell’occhio sinistro, e a sinistra del centro nell’occhio destro (questa è chiamata disparità incrociata). La luce proveniente da un oggetto più lontano dall’oggetto fissato farà il contrario, cadendo leggermente a sinistra del centro nell’occhio sinistro e a destra del centro nell’occhio destro (disparità non incrociata). Per ogni oggetto fissato, c’è una regione immaginaria di spazio che circonda lo spettatore alla stessa distanza, chiamata area di Panum. Gli oggetti a questa distanza non hanno disparità binoculare, il che significa che i raggi di luce da essi proiettati cadono a una distanza identica dal centro della retina in ciascun occhio. Come tali, questi oggetti appaiono anche alla stessa distanza dall’osservatore dell’oggetto attualmente fissato. Gli oggetti al di fuori di questa regione appariranno più vicini o più lontani, a seconda che producano disparità incrociate (per gli oggetti più vicini) o non incrociate (per gli oggetti più lontani) nei due occhi. Inoltre, la dimensione della disparità corrisponde alla distanza relativa di un oggetto dall’oggetto fissato. Il processo di stereovisione, quindi, permette al cervello di dedurre la distanza relativa degli oggetti sulla base sia del segno (incrociato o non incrociato) che della grandezza (dimensione) delle disparità dell’immagine nei due occhi.
La stereovisione può essere sfruttata per creare illusioni di tridimensionalità, come si vede negli stereoscopi dell’epoca vittoriana, nella popolare serie di giocattoli per bambini Viewmaster del XX secolo e negli occhiali indossati dagli spettatori dei moderni film tridimensionali. Sebbene le immagini usate in questi dispositivi includano sempre spunti di profondità diversi dalla disparità binoculare, come l’occlusione, la dimensione relativa e l’ombreggiatura (vedi la sezione sugli spunti statici dell’immagine), è possibile creare una convincente illusione di profondità usando solo cambiamenti nella disparità, il che significa che la stereoscopia è uno spunto di profondità più potente degli altri spunti strutturali. Bela Julesz ha inventato gli stereogrammi a punti casuali ai Bell Laboratories negli anni ’60 per dimostrare questo. Più recentemente, i concetti utilizzati per creare stereogrammi a punti casuali sono stati impiegati per generare le affascinanti immagini conosciute popolarmente come autostereogrammi o immagini Magic Eye™.
Come suggerisce il nome, uno stereogramma a punti casuali appare inizialmente come un gruppo di punti in uno schema caotico. Tuttavia, alcuni dei punti sono stati in realtà spostati orizzontalmente l’uno rispetto all’altro, in modo tale che la messa a fuoco degli occhi davanti o dietro la profondità dell’immagine fa emergere un’illusione di profondità. Quando gli occhi sono messi a fuoco alla giusta distanza, l’immagine dei punti di ciascun occhio è all’incirca la stessa, ma alcuni dei punti corrispondenti in ciascuna immagine sono spostati l’uno rispetto all’altro. Questa disparità binoculare genera l’esperienza che un sottoinsieme del modello di punti è spuntato in primo piano rispetto ad altre regioni del modello di punti che ora sembrano essere sullo sfondo.
Oltre a dimostrare che la stereovisione può funzionare indipendentemente da altre indicazioni di profondità, gli stereogrammi a punti casuali indicano anche la complessità dei meccanismi di stereovisione del cervello. Questo perché per percepire la profondità nel modello di punti casuali, il cervello deve in qualche modo sapere in anticipo quali punti in un’immagine retinica corrispondono agli stessi punti nell’altra immagine retinica. Questo è noto come il problema della corrispondenza e, come molti problemi della visione umana, è paradossalmente un problema malformato ma che il cervello sembra risolvere senza sforzo. Il fatto che sia malformato significa che in assenza di qualsiasi informazione oltre a quella contenuta negli schemi di punti, ci sono un numero infinito di modi possibili per allineare due immagini retiniche qualsiasi. Il fatto che il cervello risolva il problema senza sforzo viene interpretato nel senso che il cervello deve utilizzare ipotesi a priori sulle regolarità dell’ambiente per risolvere il problema. Una grande sfida per i ricercatori della visione è determinare quali siano questi presupposti a priori. Ciò che è già chiaro è che il processo di stereovisione arriva a una conclusione più rapidamente e in modo più affidabile quando è informato da altri indizi di profondità, compresi gli indizi monoculari di profondità esaminati più avanti in questa voce.
I neonati umani non sembrano possedere una stereovisione funzionale alla nascita, ma si sviluppa abbastanza rapidamente. Quando i bambini hanno 6 mesi di età, la maggior parte di loro mostra la stereoscopia a livelli essenzialmente adulti. Come gli altri indizi fisiologici (accomodazione e vergenza), la stereovisione è effettivamente utile solo entro distanze di circa 3 m (10 ft) dallo spettatore. Inoltre, per alcune delle stesse ragioni menzionate nella discussione sulla vergenza (per esempio, condizioni di strabismo, ambliopia), tra il 5% e il 10% della popolazione generale non ha una stereovisione utilizzabile a causa di squilibri nella natura e nella qualità delle informazioni contenute nei due occhi.