Геон (психология) - Geon (psychology)

Geons простые 2D или 3D формы, такие как цилиндры, кирпичи, клинья, шишки, круги и прямоугольники соответствующие простые части объекта в Бидермана теория распознавания по компонентам.[1] Теория предполагает, что визуальный ввод сопоставляется со структурными представлениями объектов в мозг. Эти структурные представления состоят из геонов и их отношений (например, рожок мороженого можно разбить на сфера расположен над конус ). Предполагается лишь небольшое количество геонов (<40). При объединении в различных отношениях друг с другом (например, сверху, больше, чем, от конца до конца, от конца к середине) и грубых метрических вариаций, таких как соотношение сторон и 2D-ориентация, миллиарды возможных 2- и могут быть созданы 3-геонные объекты. Два класса визуальной идентификации на основе формы, которые не выполняются через репрезентации геонов, - это те, которые участвуют в: а) различении похожих лиц и б) классификации, не имеющей определенных границ, например, кустов или скомканной одежды. Обычно такие отождествления не зависят от точки зрения.

Свойства геонов

Два случая двух взаимосвязанных геонов. Что в каждом случае представляет читатель?

У геонов есть 4 основных свойства:

  1. Инвариантность взгляда: каждый геон можно отличить от других практически с любых точек зрения, за исключением «случайностей» под сильно ограниченными углами, в которых один геон проецирует изображение, которое может быть другим геоном, как, например, когда вид с конца цилиндра может быть сферой или кругом. Точно так же объекты, представленные в виде набора геонов, не будут зависеть от точки обзора.
  2. Стабильность или устойчивость к визуальному шуму: поскольку геоны просты, они легко поддерживаются гештальт-свойством плавного продолжения, что делает их идентификацию устойчивой к частичному перекрытию и ухудшению визуальным шумом, как, например, когда цилиндр можно увидеть за куст.
  3. Неизменность направления освещения, отметок и текстуры поверхности.
  4. Высокая различимость: геоны различаются качественно, всего с двумя или тремя уровнями атрибутов, такими как прямой или изогнутый, параллельный или непараллельный, положительный или отрицательный кривизны. Эти качественные различия можно легко различить, что делает геоны легко различимыми, а объекты, составленные таким образом, - легко различимыми.

Вывод инвариантных свойств геонов.

Инвариантность точки зрения: Инвариантность геонов к точке зрения происходит из-за того, что они отличаются тремя неслучайными свойствами (NAP) контуров, которые не меняются с ориентацией по глубине:

  1. Будь контур прямой или изогнутый,
  2. Вершина, которая образуется, когда два или три контура совпадают (то есть заканчиваются вместе в одной точке) на изображении, то есть L (2 контура), вилка (3 контура со всеми углами <180 °) или стрелка (3 контура, один угол> 180 °), и
  3. Параллельность пары контуров (с учетом перспективы). Когда контуры не параллельны, контуры могут быть прямыми (сходящимися или расходящимися) или изогнутыми, с положительной или отрицательной кривизной, образующей выпуклую или вогнутую огибающую соответственно (см. Рисунок ниже).
Geon2.png

NAP можно отличить от метрических свойств (MP), таких как степень ненулевой кривизны контура или его длина, которые действительно меняются с изменением ориентации по глубине.

Инвариантность к направлению освещения и характеристикам поверхности

Геоны можно определить по контурам, которые отмечают края на неоднородностях ориентации и глубины изображения объекта, т. Е. Контурам, которые определяют хорошее рисование линий формы или объема объекта. Разрывы ориентации определяют те края, где наблюдается резкое изменение ориентации нормали к поверхности объема, как это происходит на контуре на границах разных сторон кирпича. Разрыв глубины - это место, где линия взгляда наблюдателя перескакивает с поверхности объекта на задний план (т. Е. Касается поверхности), как это происходит по бокам цилиндра. Один и тот же контур может обозначать неоднородность ориентации и глубины, как и задний край кирпича. Поскольку геоны основаны на этих неоднородностях, они инвариантны к изменениям направления освещения, теней, текстуры поверхности и отметок.

Геоны и обобщенные конусы

Геоны составляют разбиение множества обобщенных конусов,[2] которые представляют собой объемы, создаваемые при перемещении поперечного сечения вдоль оси. Например, круг, движущийся по прямой оси, будет определять цилиндр (см. Рисунок). Прямоугольник, перемещаемый по прямой оси, определил бы «кирпич» (см. Рисунок). Четыре измерения с контрастными значениями (т.е. взаимоисключающими значениями) определяют текущий набор геонов (см. Рисунок):

  1. Форма поперечного сечения: круглое или прямое. Например, как указано выше, прямоугольник, перемещаемый по прямой оси, будет определять «кирпич», а поперечное сечение будет прямым.
  2. Ось: прямая или изогнутая.
  3. Размер поперечного сечения при перемещении по оси: постоянный против расширения (или сжатия) против расширения, затем сжатия против сжатия, затем расширения. Размер поперечного сечения «кирпича» будет постоянным.
  4. Окончание геона с поперечными сечениями постоянного размера: усеченное или сходящееся к точке или округленное.

Эти вариации в генерации геонов создают формы, которые различаются по NAP.

Экспериментальные проверки инвариантности точки зрения геонов

В настоящее время имеется значительная поддержка основных предположений теории геонов (см. Теория распознавания по компонентам ). Одним из вопросов, вызвавших некоторое обсуждение, был вывод[3] что геоны были инвариантными к точке обзора с небольшой или нулевой ценой в скорости или точности распознавания или сопоставления геона из ориентации на глубине, которую ранее не испытывали. Некоторые исследования[4] сообщили о скромных затратах на сопоставление геонов в новых ориентациях в глубину, но эти исследования имели несколько методологических недостатков.[5][6]

Исследования геонов

Есть много исследований о геонах и о том, как они интерпретируются. Сейчас происходит важное исследование[когда? ] Это исследование, в котором изучается, как скремблирование геонов влияет на распознавание изображений у голубей. Ким Киркпатрик-Стегер, Эдвард А. Вассерман и Ирвинг Бидерман проводят это исследование и обнаружили, что отдельные геоны вместе с их пространственным составом важны для распознавания.[7] Более того, результаты этого исследования, кажется, указывают на то, что неслучайная чувствительность может быть обнаружена у всех видов, различающих форму.[8]

Примечания

  1. ^ 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. PMID  3575582.
  2. ^ Неватия Р. (1982) Машинное восприятие. Прентис-Холл.[страница нужна ]
  3. ^ Бидерман, Ирвинг; Герхардштейн, Питер К. (1993). «Распознавание повернутых в глубину объектов: доказательства и условия трехмерной инвариантности точки обзора» (PDF). Журнал экспериментальной психологии: человеческое восприятие и производительность. 19 (6): 1162–82. Дои:10.1037/0096-1523.19.6.1162.
  4. ^ Тарр, Майкл Дж .; Уильямс, Пеппер; Хейворд, Уильям Дж .; Готье, Изабель (1998). «Распознавание трехмерных объектов зависит от точки обзора». Природа Неврология. 1 (4): 275–7. Дои:10.1038/1089. PMID  10195159.
  5. ^ Бидерман, я; Бар, М. (1999). «Одноразовая инвариантность точки зрения при сопоставлении новых объектов». Исследование зрения. 39 (17): 2885–99. Дои:10.1016 / S0042-6989 (98) 00309-5. PMID  10492817.
  6. ^ Укроп, Маркус; Эдельман, Шимон (2001). «Несовершенная инвариантность к переносу объекта при распознавании сложных форм» (PDF). Восприятие. 30 (6): 707–24. Дои:10.1068 / p2953. PMID  11464559.
  7. ^ Бидерман, Ирвинг; Киркпатрик-Стегер, Ким; Вассерман, Эдвард (1998). «Влияние удаления, скремблирования и движения геона на распознавание изображений у голубей». Журнал экспериментальной психологии: процессы поведения животных. 24 (1): 34–46. Дои:10.1037/0097-7403.24.1.34.
  8. ^ Бидерман, Ирвинг; Киркпатрик-Стегер, Ким; Вассерман, Эдвард (1998). «Влияние удаления, скремблирования и движения геона на распознавание изображений у голубей». Журнал экспериментальной психологии: процессы поведения животных. 24 (1): 34–46. Дои:10.1037/0097-7403.24.1.34.