Estereogramas

¿Cómo podemos saber si una persona ve bien en 3D o no? Que en lenguaje más técnico sería: ¿cómo podemos medir la agudeza visual estereoscópica de una persona?

Esta agudeza visual estereoscópica se define de la siguiente manera:

Si dos objetos están situados en planos de profundidad parecida, la disparidad binocular es pequeña y será difícil distinguir si los objetos están o no en el mismo plano. Si llamamos Δd a la mínima separación entre dos planos para que se perciba sensación de profundidad, y llamamos α y β a los ángulos de convergencia para cada uno de esos planos definimos la agudeza estereoscópica como la diferencia entre estos dos ángulos  δ=α-β. Si e es la separación entre los ojos, la agudeza visual estereoscópica puede calcularse como

La agudeza visual estereoscópica mide el umbral de profundidad que puede percibirse

La AV estereoscópica depende de varios factores: tipo de objeto (menor para líneas que para objetos puntiformes), la luminancia (decrece al disminuir la luminancia), la excentricidad retiniana (es menor cuanto más lejos miramos del punto central de visión), el tiempo de exposición, etc. Para condiciones normales de luminancia y visión central, el valor de agudeza visual estereoscópica para el sistema visual humano es de unos 40 segundos de arco (aproximadamente una centésima de grado), para objetos que están situados a varias decenas de metros. Para distancias grandes, deja de apreciarse profundidad mediante la visión binocular y el sistema visual utiliza entonces sólo recursos monoculares.

Pero nuestro cerebro nos engaña continuamente, en un esfuerzo constante de trabajar con la ley del mínimo esfuerzo, esto es, utilizando experiencias previas para entender la escena en la que nos encontramos. Aquí un ejemplo bastante llamativo:

En esta imagen sólo participan pistas monoculares ya que es una única foto y por lo tanto no tenemos información de los dos ojos. Así caemos en la trampa inicial de pensar que el chavalito de la derecha es más alto que el profesor. Sin embargo pronto pensamos que se trata de un truco y que realmente las personas no se encuentran todas a la misma distancia.


Este truco no pasa en la vida real en el cuál encontramos a todas horas experiencias previas que nos hacen poder actuar, con mucha desenvoltura simplemente con un ojo. Imaginad el proceso de rellenar un vaso de agua de una botella con un ojo tapado. La mejor manera de hacer el experimento es sin que seamos nosotros los que coloquemos el vaso. El proceso de rellenarlo (sin apoyar la botella...) es bastante más difícil que si utilizamos los dos ojos. Sin embargo personas con ambliopía, en el que uno de los ojos no lo utilizan pueden desenvolverse perfectamente sin que ni siquiera notemos nosotros la diferencia. Esto se debe a que sabemos donde están los objetos, qué tamaño tienen... es decir: experiencias previas.

En la imagen de los dados hay cosas que no nos cuadran pero ¿por qué? por la experiencia previa. Si nos fijamos en el dado más cercano al borde inferior de la foto y vamos siguiendo los dados hacia la izquierda la perspectiva nos dice que se están alejando pero si todavía seguimos girando hacia la izquierda todavía se alejan más. ¿Cómo puede ser entonces que el dado de arriba del todo esté justo encima del dado con el que empezamos? Estas cosa sólo podemos saberlas por experiencia.


Es por tanto lógico que no podamos basarnos (o mejor dicho, no debamos) basarnos en imágenes con objetos conocidos, con perspectiva, con sombras... en definitiva, con pistas monoculares para hacer el cálculo de la agudeza visual estereoscópica.


Es aquí cuando entran en juego los estereogramas de puntos aleatorios.


Consiste en la creación de imágenes que contienen información de profundidad pero que no incluyen ninguna pista monocular que pudiera ayudar al sujeto a saber si un objeto está detrás o delante de otro. Ni sombras, ni  figuras, ni imágenes, ni tamaños... lo eliminamos todo.


Exiten dos tipos de estereogramas de puntos aleatorios: los RDS y los SIRDS


RDS


Los RDS (random dots stereogram) se componen de un par de imágenes que tendrán que ser vista, cada una de ellas por el ojo correspondiente. Aquí tenéis un ejemplo.

Par estereoscópico RDS para visión cruzada

Este lo he generado de manera que pueda ser visto cruzando los ojos (poniéndose bizco). Realmente el par estaría al revés y sería necesaria la ayuda de un estereoscopio para no tener que entrenar a la persona para verlos.
El más común de los etereoscopios para visualizar este par RDS es el Bioptor.

Sin embargo también podemos "codificar" este par RDS de otras maneras, para no tener necesidad de depender del estereoscopio anterior o de cualquier otro. Así se podría imprimir en láminas polarizadas para ver con gafas polarizadas, o en anaglifo, para ver con gafas Rojo/Cian. Os pongo aquí el mismo par estereoscópio en anaglifo para que lo podáis ver aquellos que tengáis gafas Rojo/Cian (rojo en ojo izquierdo) y que no hayáis consegido poneros bizcos para verlo.Este aparato hace que no sea necesario entrenamiento ya que colocamos los pares de imágenes de puntos aleatorios, la persona mira a través de las lentes y vería el par RDS.

Pero... ¿cómo funcionan? ¿cómo se generan?


El secreto está en que, aunque las imágenes están creadas generando puntos aleatorios la imagen derecha e izquierda están creadas de una manera muy inteligente. La imagen derecha es exactamente igual que la izquierda pero desplazando horizontalmente una zona. Al mover esta zona se quedarán huecos que, para no hacer que ayuden en la identificación de la figura desplazada se rellenan con más puntos. Ni que decir tiene que la imagen puede ser todo lo compleja que queramos, con una distinta profundidad en cada punto. Sin embargo para esto es necesario un software informático, no basta con desplazar los puntos de manera "artesanal".


Así por lo tanto si vemos alternativamente superpuestas las dos imágenes del estereograma anterior...

Pulsad en la imagen para ver la animación

El "truco" está entonces en imprimir estos test para visualizarlos a una distancia, normalmente 40 cm y, para esa distancia calcular el desplazamiento que tenemos que hacerle a la figura para que corresponda, a esa distancia, con un ángulo determinado. Podemos hacer muchos, siendo cada vez la separación menor y así saber que, si una persona no detecta profundidad en la carta que corresponde a 80" de arco y si en la de 100" de arco esta será su agudeza visual estereoscópica. Recordad que a menor valor quiere decir que estamos siendo capaces de distinguir planos que están más cerca unos de otros (es mejor tener 40" que 60", por ejemplo).


SIRDS


Del inglés (Single Image Random Dots Stereogram), también llamados "Autoestereogramas". Tienen la ventaja de que son sólo una imagen y por lo tanto no se necesita de un estereoscopio para verlas, por lo que pueden verse en tamaños mucho más grandes, y tienen la desventaja de que hace falta entrenamiento para verlos. Es por esto que no podemos utilizarlos para evaluar la visión estereoscópica de un sujeto (es muy probable que no lo vea, no por un problema de visión binocular, sino por no saber mirar).


Los más conocidos de este tipo son los llamados "Magic Eye" (Ojo mágico) y que fueron comercializados por primera vez a principios de los años 90 del siglo pasado. Éstos utilizan una textura colorida o de alguna imagen en mosaico, la cuál desplazar punto a punto para crear la ilusión.


Los más comunes por su mayor facilidad para verlos son los "divergentes", es decir, hace falta relajar la vista para que los ojos converjan por detrás de la imagen y así se aprecie la ilusión.


Poniendo "ojo mágico" en cualquier buscador aparecen SIRDSs a patadas. Aquí tenéis un ejemplo facilito.

No escribo qué es lo que tiene que verse para que os esforcéis en verlo. 


Cómo verlos


La manera más fácil para aprender a verlos es acercarse a la imagen (en este caso al monitor). Tenéis que dejar la vista relajada. Obviamente veréis la imagen borrosa. No le prestéis atención a nada, imaginad que estáis mirando a un objeto lejano. Dejando en todo momento la vista relajada empezad a alejaros de la imagen poco a poco, muy poco a poco y siempre con la mirada relajada. Cuando veáis la imagen empieza a enfocarse pararos y esperad a que aparezca la ilusión. Si no sale a la primera intentad varias veces. Una vez que se empiezan a ver los primeros no hace falta ir alejándose para verlo.


Aquí tenéis uno creado por mi para la ocasión.

Pinchad en la imagen para ver a tamaño completo

Cómo funcionan


La mejor manera de intentar explicar el funcionamiento de estos autoestreogramas es apoyándonos en la siguiente imagen.

Si observamos estos puntos relajando la vista de manera que las columnas de puntos se fusionen una con la de al lado veréis que hay un punto que sobresale más que los demás.

En esta imagen, repitiendo el procedimiento de la de arriba observaréis que un punto parece estar fuera de la pantalla y otro de ellos estar dentro. 


El por qué de este efecto se puede ver aquí

Es por esto que, dependiendo de hacia donde se desplacen los puntos harán que se vean más hacia delante o más hacia detrás.


Pues bien, este procedimiento, muchísimos más puntos, más pequeños y desplazándolos con un software matemático según un mapa de profundidad como el siguiente, obtenemos estos estereogramas.

Mapa de profundidad: Zonas más blancas al frente, zonas más oscuras al fondo

Existen otros autoestereogramas llamados "flotantes". Estos se componen de imágenes grandes, creadas de la misma manera que los diagramas de puntos gordos que he puesto más arriba. Imaginad que pusiésemos una imagen de la Luna, por ejemplo, en el sitio donde tenemos los puntos gordos. Conseguiríamos así que una Luna apareciese delante de las demás y otra más atrás que cualquier otra. Normalmente, este tipo de estereogramas se suelen mezclar con los otros. Un ejemplo sería el siguiente autoestereograma:

Los árboles del fondo serían los "flotantes" mientras que el estereograma típico se encuentra debajo de la textura

De momento esto es todo por ahora. Espero que os haya parecido interesante.