Human Factors: Dieptezien

 

Dieptezien: selectie van schutters voor de Leopardtank (1972)

 
De Leopard 1A1 tank is uitgerust met een zogenaamde stereoscopische afstandmeter waarbij de objectieven van het kijkersysteem 1.70 m uit elkaar zijn geplaatst. De afstandsmeter beschikt ook over een in het gezichtsveld afgebeelde graticule (raster) dat als het ware in de ruimte wordt geprojecteerd. Iedere positie van het graticule correspondeert met een zekere (bekende) afstand. Wanneer het graticule en doel op dezelfde afstand worden gezien, is de afstand tot het doel bekend. De tankschutter dient het graticule dan ook zo dicht mogelijk bij het doel te ’plaatsen’. Hiervoor moet de schutter dan ook bij het bepalen van de afstand zeer nauwkeurig te werk gaan. Ogenschijnlijk zeer kleine instelafwijkingen gaan gepaard met grote afstandsverschillen. De precisie waarmee de schutter zijn instellingen kan maken wordt in eerste instantie bepaald door zijn diepteonderscheidingsvermogen. Tankschutters dienen dan ook te worden geselecteerd op goed dieptezien.

Leopard 1 (bron: https://nl.wikipedia.org/wiki/Bestand:Leopard_1RCC.jpg#filelinks)
Leopard 1 (bron: https://nl.wikipedia.org/wiki/Bestand:Leopard_1RCC.jpg#filelinks)

 

Een Leopard tijdens schietproeven
Een Leopard tijdens schietproeven

 

Probleemstelling

In 1972 benaderde de Koninklijke Landmacht het Instituut voor Zintuigfysiologie (IZF) TNO. Hoe kun je schutters voor de Leopard 1 tank  het best selecteren wat betreft de mate van hun dieptezien? Kan TNO daarvoor een nieuwe dieptezien-test ontwikkelen?
Een oplossing werd gevonden. Om deze te begrijpen, eerst wat achtergrondinformatie.

Dieptezien

Het op het netvlies van één oog gevormde beeld bevat in principe geen informatie omtrent de afstand waarop objecten zijn gelegen. Een netvliesbeeld is immers een tweedimensionale projectie van de buitenwereld. Toch worden ook bij gebruik van één oog conclusies getrokken over afstand. Hierbij maakt de mens gebruik van perspectief, de hoek waaronder objecten van bekende grootte worden waargenomen en het gedeeltelijk gemaskeerd zijn van verafgelegen objecten door dichterbij gelegen objecten. Het feit dat onze ruimtelijke waarneming nauwelijks verandert wanneer slechts met één oog wordt gekeken vormt het beste bewijs van de effectiviteit van deze mogelijkheid. Echter voor het onderscheiden van zeer kleine relatieve afstandsverschillen is de mens echter aangewezen op het gebruik van informatie uit twee ogen, de zogenaamde binoculaire parallax. Deze parallax is een direct gevolg van het feit dat onze ogen de ruimte vanuit iets van elkaar verschillende posities waarnemen. Objecten die op verschillende afstanden van ons verwijderd zijn, worden qua horizontale positie anders geprojecteerd op respectievelijk het linker- en rechternetvlies. Dat effect zal groter zijn, en het dieptezien dus beter, naarmate de ogen verder uit elkaar staan. Dat is dan ook de reden waarom bij de afstandmeter van de Leopard de objectieven van de kijker zo ver mogelijk uit elkaar zijn geplaatst.

 
Dieptezien
Dieptezien middels parallax

Wheatstone ontwikkelde het stereogram waarbij de binoculaire parallax fungeert als stimulus voor diepteperceptie. Een stereogram bestaat uit twee vrijwel identieke (half)beelden van een ruimtelijke gewaarwording. Afzonderlijk gepresenteerd aan linker- en rechteroog geven zij een ruimtelijke gewaarwording van de desbetreffende voorstelling. Bij toenemend diepteverschil zal de parallax toenemen.

Dat gegeven kan worden gebruikt door in één halfbeeld de afstand tussen de twee punten te vergroten, een principe dat in de afstandmeter wordt toegepast om het graticule op verschillende afstanden in het ruimtelijk beeld te projecteren. Bij deze afstandmeting wordt vervolgens getracht het waargenomen afstandsverschil tussen doel en graticule te minimaliseren. De meetnauwkeurigheid is daarbij het kleinste hoekverschil (parallax) dat nog juist door een mens kan worden waargenomen.

Stereogram - rechts het gecombineerde beeld
Stereogram – rechts het gecombineerde beeld

Schutterselectie

De waarde van de drempelparallax is voor de schutterselectie van belang. Maar hoe meet je die? Er waren begin zeventiger jaren verschillende testen in gebruik; de uitkomsten correleerden slecht. Er moest een nieuwe test ontwikkeld worden. Twee verschillende principes waren voorhanden:

  1. tests waarbij de dieptediscriminatie betrekking heeft op reële voorwerpen in de objectieve ruimte,
  2. tests waarbij de ruimte uitsluitend als subjectieve waarneming wordt opgewekt door middel van een stereogram.

De door TNO ontwikkelde test was uniek. De test gebruikte een ruispatroon-stereogram: ieder van de twee halfbeelden bestaat uitsluitend uit een patroon van volgens het toeval verdeelde elementen, bv. vierkantjes, stippen, krabbeltjes en dergelijke. In één van de halfbeelden heeft een bepaalde configuratie van elementen, bijvoorbeeld een vierkant, een verschuiving ondergaan ten opzichte van een identieke configuratie in het andere halfbeeld. Er ontstaat daardoor een parallax tussen de configuratie en de rest van het ruispatroon. De desbetreffende configuratie kan echter niet in ieder halfbeeld afzonderlijk herkend worden: een perfecte camouflage.
Zodra het stereogram echter binoculair wordt waargenomen, zal de configuratie in diepte worden gezien en verraadt haar vorm. De in het stereogram verborgen figuur is alleen zichtbaar voor iemand die het vermogen tot binoculair dieptezien bezit, althans wanneer de geïntroduceerde parallax groter is dan de drempelparallax van die persoon.
Goede testresultaten worden verkregen indien de verborgen figuur in het stereogram wordt uitgevoerd als een schijf waaraan een sector van 60° ontbreekt. Dit beeld kan in vier gemakkelijk te herkennen posities (links, boven, rechts, onder) worden aangeboden. De test komt overeen met de bekende Landoltring. Om statistische overwegingen werd besloten om het verborgen figuur viermaal aan te bieden.
Om de verborgen figuren te zien dient men het stereogram met een testapparaat (‘stereoscoop’) te bekijken. Voor het testapparaat werden twaalf stereogrammen vervaardigd met opklimmende parallaxwaarden van 5 tot en met 400 boogseconden. Het geconstrueerde testapparaat bevat een draaibare trommel met interne verlichting. De stereogrammen zijn gemonteerd op de trommel die met een knop te draaien is.

Eerste prototype van het testapparaat
Eerste prototype van het testapparaat

 

Het uiteindelijke testapparaat dieptezien
Het uiteindelijke testapparaat dieptezien

Voordelen van de nieuwe test

  1. De kandidaat hoeft slechts te rapporteren of een bepaalde figuur wel of niet zichtbaar is. Dat is een veel eenvoudiger dan het beoordelen van een diepteverschil in de reeds bestaande tests. Hierdoor wordt een enorme tijdwinst geboekt.
  2. Door deze testopzet wordt monoculaire informatie volledig uitgesloten. Alléén het binoculair dieptezien wordt gemeten.

Aan de hand van het testen van een aantal proefpersonen werd de betrouwbaarheid en de validiteit van de test bepaald. Daarbij werd ook gekeken naar het verspillingspercentage, de som van false positives en false negatives gedeeld door het totale aantal geteste kandidaten (zie: bron).

Het museum bezit twee nog werkende testapparaten voor dieptezien: een prototype en een definitief testapparaat.

Bron

Rapport: Het testen op dieptezien voor de selectie van schutters voor de Leopardtank, drs. J. Walraven en J. Boogaard Instituut voor Zintuigfysiologie RVO-TNO, Soesterberg.  pdf