Funktionsprinzip

Ohne Brille die Stereopsis testen und beurteilen

Für Eilige: Das Funktionsprinzip des Lang-Stereotest in Kurzform

Random-Dot-Stereogramme werden mit dem Linsenrasterverfahren kombiniert. Dabei werden seitlich leicht verschobene Silhouetten der Testfiguren mit einem ebenso gepunkteten Hintergrund verschmolzen. Die Einzelbilder werden in Streifen zerschnitten und in einem Linsenrasterbild neu angeordnet. Eine aufgebrachte Linsenrasterfolie sorgt für die optische Bildtrennung beider Augen.

Das Sehzentrum verarbeitet die leicht voneinander abweichenden Bildinformationen. Durch diese werden spezifische Nervenzellen angeregt, welche für das räumliche Sehen verantwortlich sind. Die Testfiguren erscheinen als schwebende Flächen in verschiedenen Abständen vor der Punktewolke.

Im Gegensatz zu anderen Screening-Stereotests benötigt der Lang-Stereotest® keine zusätzliche Sehhilfen. Der brillenlose Lang-Stereotest ist damit vor allem für junge Kinder im präverbalen Alter geeignet, da diese zusätzliche Testbrillen schnell abstreifen oder von ihnen abgelenkt werden.

Das Funktionsprinzip aller Lang-Stereotests ausführlich erklärt:

Was versteht man unter dem Zylinderrasterverfahren?

1912 meldete der Schweizer Nobelpreisträger und Physiologe Walter Rudolf Hess Patente für ein "stereoskopisches Bild mit einer Zelluloidabdeckung und Oberfläche aus zylindrischen Linsenelementen" an.

Zylinderraster weisen eine vertikale Anordnung paralleler Halbzylinder auf, unter welchen sich jeweils zwei Streifen eines Stereo-Bildpaares befinden. Dieses Verfahren ermöglicht eine stereoskopische Objektdarbietung ohne jegliche Hilfsmittel und ist Grundlage der heute bekannten Lentikularfolien, mit welchen Wackelbilder, Animationen und 3D-Tiefenbilder dargeboten werden.

Was sind Random-Dot-Stereogramme?

Random-Dot-Stereogramme enthalten Testfiguren, die das gleiche zufällige Punktmuster wie der Hintergrund aufweisen. Sie werden immer aus einem Paar von zwei Bildern mit einem Zufallspunktmuster generiert. Bela Julesz erfand diese Stereogrammart, bei der die räumliche Wahrnehmung durch die seitliche Verschiebung der beiden ansonsten identischen Bilder beeinflusst wird. Die Verschiebung wird Querdisparität genannt und im Bogenmaß angegeben. Testfiguren mit kleiner Querdisparität erscheinen in geringer Distanz zum Hintergrund, während größere den Abstand größer machen.

Random-Dot-Stereogramme werden häufig genutzt, um die präzise Stereopsis zu testen, die insbesondere bei feinmotorischen Tätigkeiten benötigt wird.

Sehreize, Querdisparität und Globale Stereopsis

Seit Julesz' Erfindung wissen wir, dass für ein dreidimensionales Seherlebnis lediglich die Sehreize aus zwei querdisparat präsentierten Bildern ausreichen. Dabei werden spezifische Nervenzellen in der Sehrinde des Gehirns angeregt und die Information zu einem räumlichen Bild verarbeitet. Zusätzliche Sehreize wie z.B. Konturen, Schatten oder Perspektive sind unterstützend, jedoch nicht notwendig. Die Random-Dot-Stereopsis, mitunter auch als globale Stereopsis bezeichnet, gilt als höchste Form des Stereosehens.

Das Vorhandensein der Random-Dot-Stereopsis wurde bei Säuglingen bereits ab dem 4. Lebensmonat durch evozierte Potenziale nachgewiesen. Bei den meisten Kindern ist sie ab dem 7. Monat voll entwickelt.

Das Funktionsprinzip aller Lang-Stereotests® ist eine Kombination des Zylinderrasterverfahrens mit Random-Dot-Stereogrammen.

1. Einbindung der Testfiguren in Random-Dot-Stereogramme

Die Testbilder bei Lang-Stereotest® I / II und Lang-Stereopad® sind sogenannte Random-Dot-Stereogramme, bei denen die Bildfläche und die Testfiguren mit einem gleichmäßigen Muster aus zufällig verteilten Punkten bedeckt sind. Bei Lang-Stereotest® I / II wurden die Zufallspunkte in schwarz-weiß dargestellt, während beim Lang-Stereopad® eine mehrfarbige Darstellung gewählt wurde.

Die beiden Bilder des Stereogramms unterscheiden sich durch eine seitliche Verschiebung der Zufallspunkte, welche die Silhouette der Testfiguren bilden. Ein Bild ist für das linke, das zweite für das rechte Auge bestimmt. Je stärker die Verschiebung (Querdisparität), desto weiter treten die Figuren räumlich hervor.

2. Verarbeitung des Stereo-Bildpaares in einem Streifenrasterbild

Jedes Testbild wird mit einer speziellen Software in kleine vertikale Streifen zerschnitten. Diese winzigen Streifen werden im Wechsel mit den Streifen des zweiten Testbilds wieder neu zusammengesetzt. So entsteht ein neues Streifenrasterbild aus hunderten paarweisen Bildstreifen. Dadurch wird das Bildpaar des Random-Dot-Stereogramms zu einem Bild verschmolzen.

3. Bildtrennung des Streifenrasterbildes mit Linsenrasterfolie

Um ein virtuelles räumliches Bild zu erzeugen, müssen die im Streifenrasterbild verschmolzenen Bildpaare wieder optisch getrennt werden.

Dazu werden die Bildstreifenpaare des Streifenrasterbildes unter einer Lentikularfolie passend zu den einzelnen Linsen angeordnet, um die optische Brechung der Linsenrasterfolie zu nutzen: Die linken Bildstreifen werden vom rechten Auge, die rechten Bildstreifen vom linken Auge wahrgenommen.

Die Testkarten beruhen somit auf dem gleichen Prinzip wie marktübliche Lentikular-Postkarten mit Wackelbildern oder 3D-Tiefeneffekten. In beiden Fällen dient die Lentikularfolie zur Bildtrennung (Haploskop).

Schwebende Figuren bei beidäugiger Betrachtung

Die optische Brechung der Linsenrasterfolie erzeugt einen unterschiedlichen Sehreiz in jedem Auge des beidäugigen Betrachters, wodurch die Testfiguren als schwebende Flächen in verschiedenen Abständen über dem Hintergrund erscheinen. Bei höherer Querdisparität treten die Figuren weiter hervor, während sie bei sehr niedriger Querdisparität knapp über dem Hintergrund zu schweben scheinen. Das Lang-Stereopad® mit 6 Figuren und Querdisparitäten von 50" bis 1.000" eignet sich zur Messung der individuellen Stereosehschwelle.

Wenn die Testfiguren unsichtbar bleiben

Werden die Testkarten jedoch mit nur einem Auge betrachtet, bleiben die Figuren durch das Zufallspunktemuster vollständig getarnt und sind nicht erkennbar.

Die Testfiguren bleiben ebenso unsichtbar, wenn dem Sehzentrum die Hälfte der Bildinformationen fehlt oder das Sehzentrum die Informationen nicht korrekt verarbeitet. Weitere medizinische Untersuchungen zur Diagnose sind notwendig.

Auch wenn die Testkarte um 90 Grad gedreht wird, sodass das Linsenraster horizontal verläuft, verschwinden die Figuren.

Kinderfreundliche Testfiguren mit verschiedenen Querdisparitäten:

Für alle Lang-Stereotests® wurden Figuren gewählt, welche kleinen Kindern vertraut sind. Die Figuren mit der höchsten Querdisparität treten bei der Betrachtung am weitesten räumlich hervor.

Beim Lang-Stereotest® I gibt es die Figuren Katze, Stern und Auto. Beim Lang-Stereotest® II sind es Elefant, Geländewagen, Halbmond und Stern.

Das Lang-Stereopad® enthält sechs Testfiguren mit absteigenden Querdisparitäten von 1.000 bis zu 50 Bogensekunden: Stern, Auto, Katze, Halbmond, Sonne und ein weiterer Stern. Die zwei Figuren mit der größten Querdisparität haben ein gröberes Punktmuster, um Probanden mit vermindertem Visus die Erkennung zu erleichtern.

Durch die feine Abstufung der Querdisparitäten erlaubt das Lang-Stereopad® die Bestimmung der individuellen Stereo-Sehschwelle des Probanden.

Vorteile der Lang-Stereotests® und des Lang-Stereopad®gegenüber anderen Stereotests

Andere gebräuchliche sog. haploskopische Testverfahren wie z. B. der Titmus Fly Test oder der TNO-Test beruhen auf Polarisation oder auf Farbentrennung, und erfordern eine Brille mit Polarisationsbrille oder eine Rot-Grünbrille.

Die Durchführung von solchen Tests bei sehr jungen Kindern scheitert oft, da sie die Testbrillen schnell abstreifen oder von ihnen abgelenkt werden. Einige Experten vertraten daher die Ansicht, dass Screenings erst ab dem Alter von drei oder vier Jahren sinnvoll seien, wenn das Kind die Testbrille tolerieren könne. Allerdings könnten dadurch frühzeitig aufgetretene Störungen des binokularen Stereosehens übersehen werden, was eine spätere Behandlung erschweren oder sogar unmöglich machen kann.

Die Lang-Stereotests® bieten hier einen entscheidenden Vorteil: Sie funktionieren ganz ohne Brille oder andere Apparaturen. Die kleinen Probanden können sich voll und ganz auf den Test konzentrieren. Da der Untersuchende dem Probanden frontal gegenübersitzt, kann die Beobachtung der Augenbewegung erfolgen.

Durch die systematische Anwendung der brillenfreien Lang-Stereotests® konnte die Altersschwelle für das Stereopsis-Screening in den Vorsorgeprogrammen vieler Länder signifikant gesenkt werden.

Weitere Vorteile sind das handliche Format und die lange Haltbarkeit.

Erweiterte Testmethoden mit dem Lang-Stereopad®

Das neue Lang-Stereopad® bietet zusätzliche Möglichkeiten zur Überprüfung und Messung der Stereopsis, insbesondere bei Kindern im präverbalen Alter sowie bei Menschen mit Sehstörungen. Es kann zudem verwendet werden, um die individuelle Stereosehschwelle zu messen und das Preferential-Looking Verfahren anzuwenden. Hierbei werden mehrere Testkarten dargeboten, wobei nur eine Karte stereoskopische Stimuli (die mit vertikalem Linsenraster) enthält.


© Adobe - Lucio

Warum sehen wir eigentlich dreidimensional?

Obwohl die visuelle Information auf unserer Netzhaut nur zweidimensional ist, ermöglicht uns unser Gehirn, die Welt in drei Dimensionen zu sehen. Diese Fähigkeit wird als binokulares Stereosehen oder Stereopsis bezeichnet.

Wenn wir auf ein Objekt fokussieren, erreichen uns zwei aus leicht unterschiedlichen Winkeln aufgenommene Bilder unserer beider Augen.

Beim Orientieren im Raum durch Fortbewegung, wie z.B. dem Absteigen über eine Treppe, helfen uns einäugig wahrnehmbare Reize wie perspektivische Linien, Schatten und Hell-Dunkel-Kontraste, um grobe Räumlichkeit wahrzunehmen (grobe Stereopsis).

Für das Ausführen feinmotorischer Aufgaben ist jedoch eine binokulare Stereopsis, die auf statischen Unterschieden basiert, unerlässlich. Dafür benötigen wir eine gute Sehschärfe und Zusammenarbeit beider Augen, um auch kleinste räumliche Unterschiede, beispielsweise beim Einfädeln einer Nadel, erkennen zu können.

Unser Gehirn verarbeitet all diese Informationen und bestimmt daraus die ungefähre Größe, Form, Lage und Entfernung von Objekten, was eine bemerkenswerte Leistung ist.

Unsere Produktpalette

LANG-STEREOTEST® I-R

Der Lang-Stereotest® I-R ist eine 2021 überarbeitete Version des Lang-Stereotest® I, der von J. Lang für die binokulare Diagnostik, insbesondere... Produktdetails

LANG-STEREOTEST® II-R

Der Lang-Stereotest® II-R ist eine 2023 überarbeitete Version des Lang-Stereotest® II, der von J. Lang für die binokulare Diagnostik,... Produktdetails

LANG-STEREOPAD®

Beim LANG-STEREOPAD® werden - analog wie bei den bewährten LANG-STEREOTEST® I-R und II - Random Dots mit einer Zylinderraster-Oberfläche... Produktdetails

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