知覺與模式識別

知覺與模式識別第1頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一一、知覺理論(大題)（一）假設(shè)考驗說代表人物（Bruner，Gregory，Neisser）主要觀點：知覺是一種包含假設(shè)檢驗的構(gòu)造過程。人通過接收信息、形成和檢驗假設(shè)，再接收或搜尋信息，再檢驗假設(shè)，直至驗證某個假設(shè)，從而對感覺刺激作出正確的解釋，這被稱作知覺的假設(shè)檢驗說。過去的知識經(jīng)驗主要是以假設(shè)、期望或圖式的形式在知覺中起作用的。人在知覺時，接收感覺輸入，在已有經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，形成關(guān)于當(dāng)前的刺激的假設(shè)，或激活一定的知識單元而形成對某種客體的期望知覺是在這些假設(shè)、期望等的引導(dǎo)和規(guī)劃下進行的。第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一Mi11er和Isard（1963）的實驗證實已有的知識對句子知覺的作用。第一類為正常的句子，即合乎語法并有一定意義的句子，如

Awitnesssignedtheofficialdocument．

Sloppyfieldinglosesbaseballgames．

第二類為異常的句子，這些句子合乎英語語法，但沒有任何意義，如

Awitnessappraisedtheshockingcompanydragon．

Sloppypoetryleavesnuclearminutes．

第三類句子為非語法句，它們既不合乎英語語法，也沒有任何意義，只不過是一些字詞的隨機組合而已，如

A1ega1g1itteringtheexposedpicnicknight．

Losespoetryspotstotalwasted．第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一結(jié)果：句子的正確知覺是句子的類型和音噪比的函數(shù)。在強的噪音背景上，3種句子的正確知覺都很少。但隨著音噪比的增大即噪音相對減弱，句子知覺也得到改善。正常>異常：意義異常>非法：語法第4頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一（二）直接理論J.J.Gibson（1977）基本觀點（1）周圍的環(huán)境為我們提供了足夠充分的信息；（2）感官的構(gòu)成使它有能力從周圍環(huán)境中提取這些信息。（3）對物體的三維特性的感知，既不需要以前的知識，也不需要從物體與人眼的關(guān)系中進行無意識的推理。第5頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一主張知覺只具有直接性質(zhì)，否認已有知識經(jīng)驗的作用。Gibson認為，自然界的刺激是完整的，可以提供非常豐富的信息，人完全可以利用這些信息，直接產(chǎn)生與作用于感官的刺激相對應(yīng)的知覺經(jīng)驗，根本不需要在過去經(jīng)驗基礎(chǔ)上形成假設(shè)并進行考驗。第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一距離就是我們直接知覺到的。距離并不是抽象的空間，而是有著一定的物理光線分布。自然環(huán)境中不同大小和位置的物體受到來自各種方向的光線照射，同時這些物體又不同地反射出光線，因此人在任何一個位置上觀察周圍空間時，都有其特定的光線分布，在周圍空間的每一個點上的光線分布都含有一定的差別。當(dāng)人站在一條磚路上向遠方眺望，近處的磚顯得大而清晰，遠處的磚顯得小而模糊。這種近處稀疏、遠處密集的光線結(jié)構(gòu)顯示出表面質(zhì)地的密度級差，而且隨著視線引向遠方，磚的視網(wǎng)像變小，視網(wǎng)膜的單位面積所包含的磚的數(shù)目增加，也顯示出同樣的密度變化。第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一結(jié)構(gòu)密度級差實驗如果在兩維平面上，畫出這種表面結(jié)構(gòu)的密度級差，如使上端的結(jié)構(gòu)單元較小而密度較大，下端的結(jié)構(gòu)單元較大而密度效小，則可將畫面知覺為向遠方延伸，有明顯的距離感或深度感。但是如果畫面沒有這種結(jié)構(gòu)密度級差，則看起來仍然是垂直于視線的平面圖形。第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一（1）視覺環(huán)境中存在的種種特性提供了足夠的信息，使人能夠分辨物體的深度。（2）這種直接來自環(huán)境的信息，是由物體表面的紋理結(jié)構(gòu)提供的。（3）當(dāng)人們觀看周圍的物體時，物體表面的紋理密度發(fā)生變化。（4）這種紋理密度的級差就是深度知覺的重要線索。（5）如果一個均勻的、有紋理的表面與視線垂直，那么它的紋理密度在視野的不同部位是一樣的，或者說，紋理密度的級差為零。物體表面與視線傾斜，級差將上升。當(dāng)物體在不同距離出現(xiàn)時，它的表面的紋理密度也是變化的。（6）人們根據(jù)這種變化就能直接感知物體的深度與距離。因此，深度知覺既不依賴于感覺的聯(lián)合，也不依賴于無意識的推理。第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一二、知覺加工（一）自上而下加工和自下而上加工自下而上加工（Bottom－up），是指由外部刺激開始的加工，通常是說先對較小的知覺單元進行分析，然后再轉(zhuǎn)向較大的知覺單元，經(jīng)過一系列連續(xù)階段的加工而達到對感覺刺激的解釋。自上而下加工（top－down），是由有關(guān)知覺對象的一般知識開始的加工。由此可以形成期望或?qū)χX對象的假設(shè)。這種期望或假設(shè)制約著加工的所有的階段或水平，從調(diào)整特征覺察器直到引導(dǎo)對細節(jié)的注意等。自上而下加工常體現(xiàn)于上下文效應(yīng)中第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一Lindsay和Norman(1977)將自下而上加工稱作數(shù)據(jù)驅(qū)動加工(data-drivenProcessing)，自上而下加工稱作概念驅(qū)動加工（conceptually-drivenprocessing）。第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一（二）整體加工與局部加工整體加工對于一個刺激客體，先知覺其整體，然后再知覺各部分的加工方式。局部加工對于一個刺激客體，先知覺其各部分，進而再知覺整體的加工方式。第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一Navon視覺的字母識別作業(yè)

Navon認為，知覺過程開始于總體的組織，然后才是對局部特征的分析。也就是說知覺是從整體到部分的?？傮w特征的知覺快于局部特征的知覺，而且當(dāng)人有意識地去注意看總體特征時，知覺加工不受局部特征的影響。但當(dāng)人注意看局部特征時，在沖突條件下的反應(yīng)時最長?？傮w特征是先于局部特征被知覺的，總體加工是處于局部分析之前的一個必要的知覺階段。Navon將這種知覺加工的順序稱作總體特征優(yōu)先。第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)模式識別模式識別(PatternRecognition)

所謂模式是指由若干元素或成分按一定關(guān)系形成的某種刺激結(jié)構(gòu)，也可以說模式是刺激的組合。當(dāng)人能夠確認他所知覺的某個模式是什么時，將它與其他模式區(qū)分開來，這就是模式識別。模式識可看作一個典型的知覺過程，它依賴于人已有的知識和經(jīng)驗。一般說來，模式識別過程是感覺信息與長時記憶中的有關(guān)信息進行比較，再決定它與哪個長時記憶中的項目有著最佳匹配的過程。

第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一一、模板說模板說的核心思想是認為在人的長時記憶中，貯存著許多各式各樣的在過去生活中形成的外部模式的袖珍復(fù)本。這些袖珍復(fù)本即稱作模板（Template)，它們與外部的模式有一對一的對應(yīng)關(guān)系；當(dāng)一個刺激作用于人的感官時，刺激信息得到編碼并與已貯存的各種模板進行比較，然后作出決定，看哪一個模板與刺激有最佳的匹配，就把這個刺激確認為與那個模板相同。這樣，模式就得到識別了。

模板的基本思想就是刺激與模板匹配，而且這種匹配要求兩者有最大程度的重疊。這種形式的匹配被稱為模板式匹配。第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一二、原型說原型說認為在記憶中貯存的不是與外部模式有一對一關(guān)系的模板，而是原型（Prototype）。原型不是某一個特定模式的內(nèi)部復(fù)本。它被看作一類客體的內(nèi)部表征，即一個類別或范疇的所有個體的概括表征。這種原型反映一類客體具有的基本特征。在模式識別的過程中，外部刺激只需與原型進行比較并達到近似的匹配即可。當(dāng)刺激與某一原形有著最近似的匹配，即可得到識別。第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一三、特征說模式是由若干元素或成分按一定關(guān)系構(gòu)成的。這些元素或成分可稱為特征（Feature），而其關(guān)系有時也稱為特征。特征說認為，模式可分解為諸特征。特征說認為外部刺激在人的長時記憶中，是以各種特征來表征的，在模式識別過程中，首先要對刺激的特征進行分折，也即抽取刺激的有關(guān)特征，然后將這些抽取的特征加以合并，再與長時記億中的各種刺激的特征進行比較，一旦獲得最佳的匹配，外部刺激就被識別了。第17頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一特征說與模板說相比，具有的優(yōu)點首先，依據(jù)刺激的特征和關(guān)系進行識別，就可以不管刺激的大小、方位等其他細節(jié)，避開預(yù)加工的困難和負擔(dān)，使識別有更強的適應(yīng)性。其次，同樣的特征可以出現(xiàn)在許多不同的模式中，必然要極大地減輕記憶的負擔(dān)。第三，由于需要獲得刺激的組成成分信息，即抽取必要的特征和關(guān)系，再加以綜合，才能進行識別，這使模式識別過程可帶有更多的學(xué)習(xí)色彩。第18頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一四、視覺計算理論視覺計算理論（computationaltheoryofvision）是在20世紀70年代由馬爾（DavidMarr）提出的。馬爾認為，視覺就是要對外部世界的圖像（image）構(gòu)成有效的符號描述，它的核心問題是要從圖像的結(jié)構(gòu)推導(dǎo)出外部世界的結(jié)構(gòu)。視覺從圖像開始，經(jīng)過一系列的處理和轉(zhuǎn)換，最后達到對外部現(xiàn)實世界的認識。第19頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一五、成分識別理論成分識別理論（recognitionbycomponenttheory），簡稱RBC理論。Biederman（1987）于20世紀80年代中期提出的一種模式識別的理論。該模型基于這樣一種觀點，通過把復(fù)雜對象的結(jié)構(gòu)拆分為稱做簡單的部件形狀，就可以進行模式識別。第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢效應(yīng)詞優(yōu)勢效應(yīng)(word-superiorityeffect)客體優(yōu)勢效應(yīng)(object-superiorityeffect)構(gòu)型優(yōu)勢效應(yīng)(configural-superiorityeffect)字母優(yōu)勢效應(yīng)(letter-superiorityeffect)第21頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一一、詞優(yōu)勢效應(yīng)詞優(yōu)勢效應(yīng)(word-superiorityeffect)是Reicher(1969)首先在實驗中確定的。識別一個詞中的字母的正確率要高于識別一個單獨的同一字母。第22頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一二、客體優(yōu)勢效應(yīng)客體優(yōu)勢效應(yīng)(object-superiorityeffect)識別一個“客體”圖形中的線段要優(yōu)于識別結(jié)構(gòu)不嚴的圖形中的同一線段或單獨的該線段。1．注視點改變注視點在上下文圖形中的位置，客體優(yōu)勢效應(yīng)將不出現(xiàn)。注視點位置改變的實驗還很少，難以作出一般性的結(jié)論。第23頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一Weisstein和Harris線段和圖形知覺研究（1974）。他們的研究結(jié)論是，在一個結(jié)構(gòu)嚴謹?shù)娜S圖形中的線段識別起來要優(yōu)于組織較差的圖形的同一線段。這種現(xiàn)象類似于字詞優(yōu)勢效應(yīng)，他們將之稱為客體優(yōu)勢效應(yīng)。第24頁，共25頁，2023