Геон (психология)
Геоны — это простые 2D или 3D формы, такие как цилиндры , кирпичи , клинья , конусы , круги и прямоугольники, соответствующие простым частям объекта в Бидермана теории распознавания компонентов . [1] Теория предполагает, что визуальная информация сопоставляется со структурными представлениями объектов в мозгу . Эти структурные представления состоят из геонов и их отношений (например, рожок мороженого можно разбить на сферу, расположенную над конусом ). Предполагается лишь небольшое количество геонов (< 40). При объединении в различных отношениях друг к другу (например, «сверху», «больше», «от конца к концу», «от конца к середине») и грубых вариациях показателей, таких как соотношение сторон и 2D-ориентация, возникают миллиарды возможных 2-мерных изображений. и могут быть созданы 3-геоновые объекты. Два класса визуальной идентификации на основе формы, которые не осуществляются с помощью геонных представлений, включают в себя: а) различение похожих лиц и б) классификации, не имеющие определенных границ, например, кусты или мятая одежда. Обычно такие идентификации не инвариантны с точки зрения.
Свойства геонов
[ редактировать ]
Есть 4 основных свойства геонов:
- Инвариантность вида: каждый геон можно отличить от других практически с любой точки зрения, за исключением «случайностей» под очень ограниченными углами, когда один геон проецирует изображение, которое может быть другим геоном, как, например, когда вид сбоку цилиндра может быть сферой или кругом. Объекты, представленные в виде набора геонов, аналогичным образом будут инвариантными с точки зрения.
- Стабильность или устойчивость к визуальному шуму. Поскольку геоны просты, они легко поддерживаются гештальт-свойством плавного продолжения, что делает их идентификацию устойчивой к частичной окклюзии и деградации визуальным шумом, как, например, когда цилиндр можно рассматривать за куст.
- Инвариантность к направлению освещения, маркировке и текстуре поверхности.
- Высокая различимость: геоны различаются качественно, имея только два или три уровня атрибутов, таких как прямой и изогнутый, параллельный и непараллельный, положительная и отрицательная кривизна. Эти качественные различия можно легко различить, что делает легко различимыми геоны и составленные таким образом объекты.
Вывод инвариантных свойств геонов.
[ редактировать ]Инвариантность точки зрения. Инвариантность точки зрения геонов обусловлена тем, что они отличаются тремя неслучайными свойствами (NAP) контуров, которые не меняются с ориентацией по глубине:
- Независимо от того, прямой или изогнутый контур,
- Вершина, образующаяся при совмещении двух или трех контуров на изображении (т. е. заканчивающихся в одной точке), т. е. L (2 контура), развилке (3 контура со всеми углами < 180°) или стрелка (3 контура, с одним углом > 180°) и
- Параллельна ли пара контуров или нет (с учетом перспективы). Если контуры не параллельны, они могут быть прямыми (сходящимися или расходящимися) или изогнутыми, с положительной или отрицательной кривизной, образующей выпуклую или вогнутую оболочку соответственно (см. Рисунок ниже).
NAP можно отличить от метрических свойств (MP), таких как степень ненулевой кривизны контура или его длина, которые меняются с изменением ориентации по глубине.
Инвариантность к направлению освещения и характеристикам поверхности
[ редактировать ]Геоны можно определить по контурам, обозначающим края в местах разрывов ориентации и глубины изображения объекта, т. е. по контурам, определяющим хорошее линейное прорисовывание формы или объема объекта. Нарушения ориентации определяют те края, где происходит резкое изменение ориентации нормали к поверхности объема, как это происходит у контура на границах разных сторон кирпича. Прерывистость глубины — это когда линия зрения наблюдателя перескакивает с поверхности объекта на фон (т. е. касается поверхности), как это происходит на сторонах цилиндра. Один и тот же контур может обозначать как ориентацию, так и разрыв глубины, как в случае с задней кромкой кирпича. Поскольку геоны основаны на этих разрывах, они инвариантны к изменениям направления освещения, теней, текстуры и отметин поверхности.
Геоны и обобщенные конусы
[ редактировать ]Геоны составляют разбиение множества обобщенных конусов, [2] которые представляют собой объемы, создаваемые при перемещении поперечного сечения вдоль оси. Например, круг, проведенный вдоль прямой оси, будет определять цилиндр (см. Рисунок). Прямоугольник, проведенный вдоль прямой оси, будет определять «кирпич» (см. Рисунок). Четыре измерения с контрастирующими значениями (т. е. взаимоисключающими значениями) определяют текущий набор геонов (см. рисунок):
- Форма поперечного сечения: круглая или прямая. Например, как указано выше, прямоугольник, проведенный вдоль прямой оси, будет определять «кирпич», а поперечное сечение будет прямым.
- Ось: прямая или изогнутая.
- Размер поперечного сечения при движении вдоль оси: постоянный или расширяющийся (или сжимающийся), расширяющийся, а затем сжимающийся, или сжимающийся, а затем расширяющийся. Размер поперечного сечения «кирпича» будет постоянным.
- Окончание геона с сечениями постоянного размера: усеченное, сходящимся к точке или округленное.
Эти вариации в генерации геонов создают формы, которые различаются в NAP.
Экспериментальные проверки инвариантности точки зрения геонов
[ редактировать ]В настоящее время существует значительная поддержка основных предположений теории геонов (см. Теорию распознавания по компонентам ). Одним из вопросов, вызвавшим некоторую дискуссию, стал вывод [3] что геоны были инвариантными с точки зрения с небольшими затратами или вообще без затрат на скорость и точность распознавания или сопоставления геона с ранее не наблюдавшейся глубинной ориентацией. Некоторые исследования [4] сообщили о скромных затратах на сопоставление геонов в новых ориентациях по глубине, но эти исследования имели ряд методологических недостатков. [5] [6]
Исследования геонов
[ редактировать ]Существует много исследований о геонах и их интерпретации. Ким Киркпатрик-Стегер, Эдвард А. Вассерман и Ирвинг Бидерман обнаружили, что отдельные геоны вместе с их пространственным составом важны для распознавания. [7] Более того, результаты этого исследования, похоже, указывают на то, что неслучайная чувствительность может быть обнаружена у всех видов, различающих форму. [8]
Примечания
[ редактировать ]- ^ Бидерман, Ирвинг (1987). «Распознавание по компонентам: теория понимания человеческого образа» (PDF) . Психологический обзор . 94 (2): 115–47. дои : 10.1037/0033-295X.94.2.115 . ПМИД 3575582 .
- ^ Неватия, Р. (1982) Машинное восприятие. Прентис-Холл. [ нужна страница ]
- ^ Бидерман, Ирвинг; Герхардштейн, Питер К. (1993). «Распознавание объектов, повернутых по глубине: доказательства и условия инвариантности трехмерной точки обзора» (PDF) . Журнал экспериментальной психологии: человеческое восприятие и деятельность . 19 (6): 1162–82. дои : 10.1037/0096-1523.19.6.1162 . ПМИД 8294886 .
- ^ Тарр, Майкл Дж.; Уильямс, Пеппер; Хейворд, Уильям Г.; Готье, Изабель (1998). «Распознавание трехмерных объектов зависит от точки зрения». Природная неврология . 1 (4): 275–7. дои : 10.1038/1089 . ПМИД 10195159 . S2CID 14389169 .
- ^ Бидерман, Я; Бар, М (1999). «Инвариантность однократной точки зрения при сопоставлении новых объектов» . Исследование зрения . 39 (17): 2885–99. дои : 10.1016/S0042-6989(98)00309-5 . ПМИД 10492817 . S2CID 2494577 .
- ^ Дилл, Маркус; Эдельман, Шимон (2001). «Несовершенная инвариантность к перемещению объекта при распознавании сложных форм» . Восприятие . 30 (6): 707–24. дои : 10.1068/p2953 . ПМИД 11464559 . S2CID 12607120 .
- ^ Бидерман, Ирвинг; Киркпатрик-Стегер, Ким; Вассерман, Эдвард (1998). «Влияние удаления геонов, скремблирования и движения на распознавание изображений у голубей». Журнал экспериментальной психологии: процессы поведения животных . 24 (1): 34–46. дои : 10.1037/0097-7403.24.1.34 . ПМИД 9438964 .
- ^ Бидерман, Ирвинг; Киркпатрик-Стегер, Ким; Вассерман, Эдвард (1998). «Влияние удаления геонов, скремблирования и движения на распознавание изображений у голубей». Журнал экспериментальной психологии: процессы поведения животных . 24 (1): 34–46. дои : 10.1037/0097-7403.24.1.34 . ПМИД 9438964 .