Stereopsis

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Stereoskopisches Sehen (von agr. στερεός stereós, „fest“, „starr“ und agr. σκοπεῖν skopéin, „anschauen“, „beobachten“; auch: räumliches Sehen oder Stereopsis) ermöglicht bei beidäugiger Betrachtung echte Tiefenwahrnehmung und vermittelt dadurch eine echte räumliche Wirkung.

Inhaltsverzeichnis

Allgemeines

Dass wir räumlich sehen können, verdanken wir im wesentlichen zwei Dingen:

Um das Konzept des stereoskopischen Sehens zu verstehen, muss man sich nur die Tatsache bewusst machen, dass jedes Auge beim Betrachten eines Objektes einen geringfügig anderen Winkel zum Objekt einnimmt: Je weiter entfernt wir schauen, desto eher sind unsere Augäpfel parallel ausgerichtet. Betrachten wir dagegen sehr nahe Objekte, müssen wir unsere Augäpfel nach innen, zur Nase hin, verdrehen (Konvergenz).

Diese naturgegebene Bewegung der Augen nehmen wir normalerweise nicht bewusst wahr. Durch frühkindliche Lernprozesse und Erfahrung haben wir uns daran gewöhnt, dass unsere Augen automatisch den Punkt fokussieren, den wir gerade anschauen. Viele optische Täuschungen leben davon, dass unser Gehirn erfahrungsbasiert arbeitet und wir dadurch verwirrt werden, dass etwas nicht so erscheint, wie wir es gewohnt sind.

Den Automatismus des Gehirns können wir willkürlich außer Kraft setzen. Den meisten Menschen dürfte das bewusste Schielen bekannt sein, ebenso das entspannte Hindurchschauen durch Objekte oder Personen, um die Augen in der imaginären Unendlichkeit ausruhen zu lassen.

Genau diese beiden Methoden der bewussten Augensteuerung können wir uns zunutze machen, um Stereobilder ohne jedes Hilfsmittel zu betrachten, wie die folgenden beiden Abschnitte zeigen.

Physiologie

Das stereoskopische Sehen ist die höchste Form des sogenannten beidäugigen Sehens (Binokularsehen). Seine Qualität wird in Bogensekunden ausgedrückt. Damit ist die Querdisparation der dargebotenen Prüfobjekte oder -bilder gemeint. Je kleiner hierbei die Querdisparation, desto höher ist die Qualität des räumlichen Sehens. Der Wert eines Normalsichtigen liegt bei etwa 20 Bogensekunden. Differenzen im Untersuchungsergebnis können durch unterschiedliche Messverfahren entstehen.

Der Kreuzblick

Der Kreuzblick ist nichts anderes als die bewusste Anwendung des Konvergenzmechanismus, um aus den beiden Teilbildern ein räumliches Bild (Stereobild) sichtbar zu machen. Tatsächlich verwenden wir den Kreuzblick immer dann, wenn wir relativ nah fokussieren, etwa beim Lesen: Haben wir ein Buch oder die Tageszeitung vor der Nase, würde jemand, der uns gegenüber sitzt, den Eindruck haben, dass wir gerade schielen. Dieser Eindruck hat jedoch mit der eigentlichen Schielerkrankung nichts zu tun.

Beim Einüben des Kreuzblickes geht es also nur darum, dem Gehirn durch Übung (Erfahrung schaffen) klar zu machen, dass es in Ordnung ist, was wir zunächst verschwommen sehen. Wir haben ja lediglich den Schärfepunkt verlagert.

Wer also in der Lage ist, Dinge in 20-60 cm Entfernung scharf zu sehen, der hat alle physiologischen Voraussetzungen für die bewusste Anwendung des Kreuzblickes. Beim Schielen entsteht zwischen den beiden Bildern ein virtuelles drittes Bild, das den gewünschten räumlichen Eindruck bietet. Empfohlener Betrachtungsabstand bei unten stehendem Beispiel ca. 70cm.

Eine Kurz- oder Weitsichtigkeit stellt keine Beeinträchtigung der Fähigkeit zum Kreuzblick dar, sofern eine Brille die Sehschärfe korrigiert. Allerdings führt diese Methode relativ schnell zur Ermüdung der Augen. Zudem interpretiert das Gehirn das Bild aufgrund des nahen Kreuzungspunktes als sehr klein.

Mit dem Kreuzblick lassen sich auch die Rätsel mit den 8 Unterschieden zwischen zwei Bildern lösen.

Beispiel für Unterschiede

Farbunterschiede fallen nicht so stark auf, da das gesamte räumliche Sehen auf Formen basiert.

Ganz stark springt eine Zahl ins Auge, die in beiden Bildern leicht waagerecht verschoben ist. Mit der üblichen Methode findet man den Fehler schwer, besonders wenn große Abstände zwischen den Zahlen liegen, das Auge also keinen Anhaltspunkt hat. Der räumliche Effekt ist auch hier unverändert stark.

Restlos verfliegt der Zauber, wenn ein Bild das Spiegelbild des anderen ist.


Sei allgemein A der Augenabstand des Betrachters, B der Abstand der stereoskopischen Objektpaare und d der Betrachtungsabstand, dann errechnet sich der scheinbare Bildabstand b über den Strahlensatz durch die Gleichung

b=\frac{A\cdot d}{A+B}\,.

Die Größe dieses virtuellen Bildes ergibt sich aus dem Verhältnis b/d und der Größe der Einzelbilder. Im unten stehenden Beispiel beträgt der Abstand (= die Breite) der Einzelbilder etwa 9 cm (abhängig von der Bildschirmgröße), so ergibt sich bei 6,5 cm Augenabstand und 70 cm Betrachtungsabstand der räumliche Eindruck einer nur ca. 3,8 cm großen Miniatur in 29 cm Abstand.

3D-Bild für Kreuzblick (Schielmethode)

Der Parallelblick

Beim Parallelblick verwendet man die andere der oben erwähnten Sehtechniken, das entspannte Hindurchschauen, um das räumliche Bild zu produzieren. Auch hier denken viele Leute, dass sie das nicht können. Tatsächlich kann es jeder, der in der Lage ist, in unendliche Entfernung zu schauen. Wer den Sonnenuntergang am Horizont betrachtet und dabei ein scharfes Bild sieht, wer die Sterne des Nachthimmels als kleine scharfe Punkte wahrnimmt, der hat alle physiologischen Voraussetzungen, die er für die Anwendung des Parallelblickes braucht.

Hierfür sind aber die Anforderungen an das Doppelbild höher, da der Abstand zwischen zwei zu überlagernden Objekten nicht wesentlich größer als der Augenabstand des Betrachter sein darf. Das sind ca. 6−7 cm. Dafür ermüden die Augen bei vielen Menschen nicht so schnell, da die beteiligten Muskeln weniger stark angespannt werden. Zudem interpretiert das Gehirn ein parallel betrachtetes Bild als weiter entfernt und somit größer. Der Parallelblick ist daher für Panoramabilder besser geeignet. Eine Erweiterung des Verfahrens mittels geeigneter Hardware findet unter anderem in der 3D-Darstellung virtueller Realität Anwendung.

Der scheinbare Bildabstand b ergibt sich wie beim Kreuzblick aus dem Abstand B der Einzelbilder, dem Augenabstand A und dem Betrachtungsabstand d:

b=\frac{A\cdot d}{A-B}\,.

Der Fall B=A entspricht einem unendlich großen Abstand und somit dem stereoskopischen Eindruck eines weit entfernten Objekts. Für größere Einzelbildabstände wird b formal negativ; für den Betrachter erscheint es jedoch, sofern eine Überlagerung der Einzelbilder gelingt, als sei das Objekt noch weiter entfernt als beim normalen Fernblick. In diesem Fall können die Augen jedoch ebenfalls schnell ermüden.

Eine Methode den Parallelblick anzuwenden ist die folgende:
Zunächst fixiert man einen ca. 1 bis 3 m entfernten Gegenstand. Anschließend schiebt man das Stereogramm in sein Blickfeld, ohne jedoch dieses nähere Objekt mit den Augen zu fixieren. Langsam heben sich Teile des Bildes hervor und man beginnt, etwas zu erkennen.

Hyperskop und Pseudoskop

Hyperskop und Pseudoskop

Das Hyperskop vergrößert optisch den Augenabstand, was den Eindruck der räumlichen Tiefe verstärkt. Einige Entfernungsmessgeräte funktionieren nach diesem Prinzip.

Das Pseudoskop vertauscht optisch die Positionen der Augen, was den Eindruck der räumlichen Tiefe umkehrt.

Störungen

Bei unterschiedlicher Fehlsichtigkeit beider Augen (Anisometropie) kann das dreidimensionale Sehen ebenfalls gestört sein, da das Gehirn dadurch Bilder unterschiedlicher Größe verarbeiten muss. Eine Brille kann die Fehlsichtigkeit zwar beheben, da ihre Linsen jedoch einen gewissen Abstand von den Augen selber haben, wird das Bild im Auge entweder vergrößert (Weitsichtigkeit) oder verkleinert (Kurzsichtigkeit). Dies behindert steroskopisches Sehen besonders dann, wenn beide Augen grobe Differenzen aufweisen. In diesem Fall sind Kontaktlinsen einer Brille vorzuziehen.

Schielt eine Person, so ist häufig ebenfalls kein dreidimensionales Sehen möglich, da der Seheindruck des schielenden Auges bei den meisten angeborenen, manifesten Schielerkrankungen unterdrückt wird. Bei erworbenen Schielerkrankungen ist die Prognose zur Erlangung von räumlichem Sehen durch geeignete Behandlungsmaßnahmen (z. B. Schieloperation oder Prismenbrille) deutlich besser.

Fehlt ein Auge (Anophthalmus), ist stereoskopisches Sehen ebenfalls unmöglich.

Räumliches Sehen kann zwar in seiner Qualität nicht ersetzt, sein Fehlen jedoch durch bestimmte Mechanismen kompensiert werden - z. B. durch Perspektive, Licht und Schatten, Erfahrungswerte, Bewegung etc. Aus diesem Grund dürfen auch Einäugige - oder eben auch andere Personen ohne räumliches Sehen - ein Auto fahren. Dies hat allerdings auch Grenzen, nämlich dort, wo eine einwandfreie Stereopsis unerlässlich ist - z. B. bei LKW-, Bus- oder Taxifahrern, Piloten usw.

Siehe auch

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  • stereopsis — n.; see stereoscopic vision …   The new mediacal dictionary

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