第二章 知觉与模式识别.ppt

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1、 第二章第二章知觉与模式识别知觉与模式识别一、知觉理论一、知觉理论(大题大题)（一）假设考验说（一）假设考验说n n代表人物代表人物（BrunerBruner，GregoryGregory，NeisserNeisser）主要观点：主要观点：n n知觉是一种包含假设检验的构造过程。人通过接收信知觉是一种包含假设检验的构造过程。人通过接收信息、形成和检验假设，再接收或搜寻信息，再检验假息、形成和检验假设，再接收或搜寻信息，再检验假设，直至验证某个假设，从而对感觉刺激作出正确的设，直至验证某个假设，从而对感觉刺激作出正确的解释，这被称作知觉的假设检验说。解释，这被称作知觉的假设检验说。n n过去的知

2、识经验主要是以假设、期望或图式的形式在过去的知识经验主要是以假设、期望或图式的形式在知觉中起作用的。知觉中起作用的。n n人在知觉时，接收感觉输入，在已有经验的基础上，人在知觉时，接收感觉输入，在已有经验的基础上，形成关于当前的刺激的假设，或激活一定的知识单元形成关于当前的刺激的假设，或激活一定的知识单元而形成对某种客体的期望而形成对某种客体的期望n n知觉是在这些假设、期望等的引导和规划下进行的。知觉是在这些假设、期望等的引导和规划下进行的。n nMi11erMi11er和和IsardIsard（19631963）的实验证实已有的知识对句子知）的实验证实已有的知识对句子知觉的作用。第一类为正

3、常的句子，即合乎语法并有一定意觉的作用。第一类为正常的句子，即合乎语法并有一定意义的句子，如义的句子，如n n A witness signed the official A witness signed the official documentdocumentn n Sloppy fielding loses baseball Sloppy fielding loses baseball gamesgamesn n第二类为异常的句子，这些句子合乎英语语法，第二类为异常的句子，这些句子合乎英语语法，但没有任何意义，如但没有任何意义，如n n A witness appraised the s

4、hocking A witness appraised the shocking company dragoncompany dragonn n Sloppy poetry leaves nuclear Sloppy poetry leaves nuclear minutesminutesn n第三类句子为非语法句，它们既不合乎英语语法，第三类句子为非语法句，它们既不合乎英语语法，也没有任何意义，只不过是一些字词的随机组合而已，如也没有任何意义，只不过是一些字词的随机组合而已，如n n A 1ega1 g1ittering the exposed A 1ega1 g1ittering the

5、exposed picnic knightpicnic knightn n Loses poetry spots total wastedLoses poetry spots total wastedn n结果：句子的正确知觉是句子的类型和音噪比的函数。n n在强的噪音背景上，3种句子的正确知觉都很少。但随着音噪比的增大即噪音相对减弱，句子知觉也得到改善。n n正常异常：意义n n异常非法：语法（二）直接理论（二）直接理论n nJ.J.Gibson（1977）n n基本观点n n（1）周围的环境为我们提供了足够充分的信息；n n（2）感官的构成使它有能力从周围环境中提取这些信息。n n（3）对

6、物体的三维特性的感知，既不需要以前的知识，也不需要从物体与人眼的关系中进行无意识的推理。n n主张知觉只具有直接性质，否认已有知识经验的作用。n nGibson认为，自然界的刺激是完整的，可以提供非常丰富的信息，人完全可以利用这些信息，直接产生与作用于感官的刺激相对应的知觉经验，根本不需要在过去经验基础上形成假设并进行考验。n n距离就是我们直接知觉到的。距离就是我们直接知觉到的。n n距离并不是抽象的空间，而是有着一定的物理光线分布。距离并不是抽象的空间，而是有着一定的物理光线分布。自然环境中不同大小和位置的物体受到来自各种方向的光自然环境中不同大小和位置的物体受到来自各种方向的光线照射，同

7、时这些物体又不同地反射出光线，因此人在任线照射，同时这些物体又不同地反射出光线，因此人在任何一个位置上观察周围空间时，都有其特定的光线分布，何一个位置上观察周围空间时，都有其特定的光线分布，在周围空间的每一个点上的光线分布都含有一定的差别。在周围空间的每一个点上的光线分布都含有一定的差别。当人站在一条砖路上向远方眺望，近处的砖显得大而清晰，当人站在一条砖路上向远方眺望，近处的砖显得大而清晰，远处的砖显得小而模糊。这种近处稀疏、远处密集的光线远处的砖显得小而模糊。这种近处稀疏、远处密集的光线结构显示出表面质地的密度级差，而且随着视线引向远方，结构显示出表面质地的密度级差，而且随着视线引向远方，砖

8、的视网像变小，视网膜的单位面积所包含的砖的数目增砖的视网像变小，视网膜的单位面积所包含的砖的数目增加，也显示出同样的密度变化。加，也显示出同样的密度变化。n n结构密度级差实验 如果在两维平面上，画出这种表面结构的密度级差，如使上端的结构单元较小而密度较大，下端的结构单元较大而密度效小，则可将画面知觉为向远方延伸，有明显的距离感或深度感。但是如果画面没有这种结构密度级差，则看起来仍然是垂直于视线的平面图形。n n（1 1）视觉环境中存在的种种特性提供了足够的信息，使视觉环境中存在的种种特性提供了足够的信息，使人能够分辨物体的深度。人能够分辨物体的深度。n n（2 2）这种直接来自环境的信息，是

9、由物体表面的纹理结这种直接来自环境的信息，是由物体表面的纹理结构提供的。构提供的。n n（3 3）当人们观看周围的物体时，物体表面的纹理密度发当人们观看周围的物体时，物体表面的纹理密度发生变化。生变化。n n（4 4）这种纹理密度的级差就是深度知觉的重要线索。这种纹理密度的级差就是深度知觉的重要线索。n n（5 5）如果一个均匀的、有纹理的表面与视线垂直，那么如果一个均匀的、有纹理的表面与视线垂直，那么它的纹理密度在视野的不同部位是一样的，或者说，纹理它的纹理密度在视野的不同部位是一样的，或者说，纹理密度的级差为零。物体表面与视线倾斜，级差将上升。当密度的级差为零。物体表面与视线倾斜，级差将上

10、升。当物体在不同距离出现时，它的表面的纹理密度也是变化的。物体在不同距离出现时，它的表面的纹理密度也是变化的。n n（6 6）人们根据这种变化就能直接感知物体的深度与距离。）人们根据这种变化就能直接感知物体的深度与距离。n n因此，深度知觉既不依赖于感觉的联合，也不依赖于无意因此，深度知觉既不依赖于感觉的联合，也不依赖于无意识的推理。识的推理。二、知觉加工二、知觉加工（一）自上而下加工和自下而上加工n自下而上加工（Bottomup），是指由外部刺激开始的加工，通常是说先对较小的知觉单元进行分析，然后再转向较大的知觉单元，经过一系列连续阶段的加工而达到对感觉刺激的解释。n自上而下加工（topdo

11、wn），是由有关知觉对象的一般知识开始的加工。由此可以形成期望或对知觉对象的假设。这种期望或假设制约着加工的所有的阶段或水平，从调整特征觉察器直到引导对细节的注意等。自上而下加工常体现于上下文效应中n nLindsayLindsay和和Norman(1977)Norman(1977)将自下而上加工称作数据将自下而上加工称作数据驱动加工驱动加工(data-driven Processing)(data-driven Processing)，n n自上而下加工称作概念驱动加工（自上而下加工称作概念驱动加工（conceptually-conceptually-driven processingdri

12、ven processing）。）。（二）整体加工与局部加工n n整体加工 对于一个刺激客体，先知觉其整体，然后再知觉各部分的加工方式。n n局部加工 对于一个刺激客体，先知觉其各部分，进而再知觉整体的加工方式。Navon视觉的字母识别作业 n nNavonNavon认为，知觉过程开始于总体的组织，然后才认为，知觉过程开始于总体的组织，然后才是对局部特征的分析。也就是说知觉是从整体到是对局部特征的分析。也就是说知觉是从整体到部分的。部分的。n n总体特征的知觉快于局部特征的知觉，而且当人总体特征的知觉快于局部特征的知觉，而且当人有意识地去注意看总体特征时，知觉加工不受局有意识地去注意看总体特征

13、时，知觉加工不受局部特征的影响。但当人注意看局部特征时，在冲部特征的影响。但当人注意看局部特征时，在冲突条件下的反应时最长。突条件下的反应时最长。n n总体特征是先于局部特征被知觉的，总体加工是总体特征是先于局部特征被知觉的，总体加工是处于局部分析之前的一个必要的知觉阶段。处于局部分析之前的一个必要的知觉阶段。NavonNavon将这种知觉加工的顺序称作总体特征优先。将这种知觉加工的顺序称作总体特征优先。第二节 模式识别n模式识别(Pattern Recognition)所谓模式是指由若干元素或成分按一定关系形成的某种刺激结构，也可以说模式是刺激的组合。n当人能够确认他所知觉的某个模式是什么时

14、，将它与其他模式区分开来，这就是模式识别。n模式识可看作一个典型的知觉过程，它依赖于人已有的知识和经验。一般说来，模式识别过程是感觉信息与长时记忆中的有关信息进行比较，再决定它与哪个长时记忆中的项目有着最佳匹配的过程。一、模板说n模板说的核心思想是认为在人的长时记忆中，贮存着许多各式各样的在过去生活中形成的外部模式的袖珍复本。这些袖珍复本即称作模板（Template)，它们与外部的模式有一对一的对应关系；当一个刺激作用于人的感官时，刺激信息得到编码并与已贮存的各种模板进行比较，然后作出决定，看哪一个模板与刺激有最佳的匹配，就把这个刺激确认为与那个模板相同。这样，模式就得到识别了。n模板的基本思

15、想就是刺激与模板匹配，而且这种匹配要求两者有最大程度的重叠。这种形式的匹配被称为模板式匹配。二、原型说n原型说认为在记忆中贮存的不是与外部模式有一对一关系的模板，而是原型（Prototype）。n原型不是某一个特定模式的内部复本。它被看作一类客体的内部表征，即一个类别或范畴的所有个体的概括表征。这种原型反映一类客体具有的基本特征。n在模式识别的过程中，外部刺激只需与原型进行比较并达到近似的匹配即可。当刺激与某一原形有着最近似的匹配，即可得到识别。三、特征说n模式是由若干元素或成分按一定关系构成的。这些元素或成分可称为特征（Feature），而其关系有时也称为特征。特征说认为，模式可分解为诸特征

16、。n特征说认为外部刺激在人的长时记忆中，是以各种特征来表征的，在模式识别过程中，首先要对刺激的特征进行分折，也即抽取刺激的有关特征，然后将这些抽取的特征加以合并，再与长时记亿中的各种刺激的特征进行比较，一旦获得最佳的匹配，外部刺激就被识别了。特征说与模板说相比，具有的优点特征说与模板说相比，具有的优点n n首先，依据刺激的特征和关系进行识别，就可以首先，依据刺激的特征和关系进行识别，就可以不管刺激的大小、方位等其他细节，避开预加工不管刺激的大小、方位等其他细节，避开预加工的困难和负担，使识别有更强的适应性。的困难和负担，使识别有更强的适应性。n n其次，同样的特征可以出现在许多不同的模式中，其

17、次，同样的特征可以出现在许多不同的模式中，必然要极大地减轻记忆的负担。必然要极大地减轻记忆的负担。n n第三，由于需要获得刺激的组成成分信息，即抽第三，由于需要获得刺激的组成成分信息，即抽取必要的特征和关系，再加以综合，才能进行识取必要的特征和关系，再加以综合，才能进行识别，这使模式识别过程可带有更多的学习色彩。别，这使模式识别过程可带有更多的学习色彩。四、视觉计算理论四、视觉计算理论n n视觉计算理论（computational theory of vision）是在20世纪70年代由马尔（David Marr）提出的。n n马尔认为，视觉就是要对外部世界的图像（image）构成有效的符号描

18、述，它的核心问题是要从图像的结构推导出外部世界的结构。视觉从图像开始，经过一系列的处理和转换，最后达到对外部现实世界的认识。五、成分识别理论五、成分识别理论n成分识别理论（recognition by component theory），简称RBC理论。nBiederman（1987）于20世纪80年代中期提出的一种模式识别的理论。n该模型基于这样一种观点，通过把复杂对象的结构拆分为称做简单的部件形状，就可以进行模式识别。第三节第三节 结构优势效应结构优势效应n n词优势效应词优势效应(word-superiority effect)(word-superiority effect)n n客体

19、优势效应客体优势效应(object-superiority effect)(object-superiority effect)n n构型优势效应构型优势效应(configuralconfigural-superiority effect)-superiority effect)n n字母优势效应字母优势效应(letter-superiority effect)(letter-superiority effect)一、词优势效应一、词优势效应n n词优势效应词优势效应(word-superiority effect)(word-superiority effect)是是Reicher(1969

20、)Reicher(1969)首先在实验中确定的。识别一个首先在实验中确定的。识别一个词中的字母的正确率要高于识别一个单独的同一词中的字母的正确率要高于识别一个单独的同一字母。字母。二、二、客体优势效应客体优势效应n n客体优势效应(object-superiority effect)n n识别一个“客体”图形中的线段要优于识别结构不严的图形中的同一线段或单独的该线段。n n1 注视点n n改变注视点在上下文图形中的位置，客体优势效应将不出现。注视点位置改变的实验还很少，难以作出一般性的结论。n nWeisstein和Harris线段和图形知觉研究（1974）。他们的研究结论是，在一个结构严谨的

21、三维图形中的线段识别起来要优于组织较差的图形的同一线段。这种现象类似于字词优势效应，他们将之称为客体优势效应。n n2 2 总体分析和局部分析总体分析和局部分析n nEarhardEarhard依据依据Navon(1977)Navon(1977)认为，客体优势效应并不认为，客体优势效应并不依赖图形的三维性，而是依赖总体分析的作用。依赖图形的三维性，而是依赖总体分析的作用。总体分析是针对图形的总体形状的，先于局部分总体分析是针对图形的总体形状的，先于局部分析起作用，而且为局部分析提供基础，使对靶子析起作用，而且为局部分析提供基础，使对靶子线段的编码、辨别、注意等局部操作易于进行。线段的编码、辨别、注意等局部操作易于进行。n n3 3 掩蔽刺激掩蔽刺激n nKlein(1978)Klein(1978)发现，掩蔽刺激的有无以及掩蔽刺激的发现，掩蔽刺激的有无以及掩蔽刺激的性质也对客体优势效应有重要影响。在有掩蔽刺性质也对客体优势效应有重要影响。在有掩蔽刺激时，无客体优势效应；不用任何掩蔽时，则出激时，无客体优势效应；不用任何掩蔽时，则出现客体优势效应现客体优势效应