Что такое вычислительный подход к зрительному восприятию в психологии?
Вычислительный подход к зрительному восприятию (англ. computational approach to visual perception) – направление исследований, возникшее на стыке психологии, нейрофизиологии, кибернетики и теории распознавания образов. Существует несколько вариантов вычислительного подхода, но наиболее влиятельный из них разработал английский исследователь Дэвид Марр (1945–1980).
В основе вычислительного подхода лежит положение о принципиальном сходстве формально-процессуальной стороны обработки информации в системах различного типа: нервной системе, психике, компьютерном распознающем устройстве. Целью любой системы является преобразование информации одного типа в другой с помощью различных алгоритмов. Это преобразование осуществляется в несколько стадий и обеспечивает перевод информации и доступность её обработки на разных уровнях системы. Представить информацию – значит сделать её доступной для обработки на более высоких уровнях системы. Результат использования представления называют описанием объекта.
Согласно Марру, зрение – это процесс представления сетчаточных изображений в виде объектов реального мира и их взаиморасположения в пространстве. Этот процесс проходит несколько стадий, для каждой из которых характерен особый тип обработки. Исходная информация в зрительной системе представлена в виде спроецированного на сетчатку изображения, или распределения яркостей. Окончательная цель – распознавание конкретного объекта – достигается тремя иерархически организованными уровнями представления: первоначальный эскиз, 2,5-мерный эскиз и представление трёхмерной модели.
Первоначальный эскиз – это представление информации о двумерных свойствах физических компонентов изображения, главным образом о геометрических свойствах изменения яркостей. Его цель состоит в выделении поверхностей одинаковой освещённости, цвета и текстуры. Первоначальный эскиз строится из непроизводных элементов – пятен, имеющих сходный размер, ориентацию или местоположение. Анализ распределения непроизводных элементов осуществляется на нижних уровнях зрительной системы по признакам сходства, близости, непрерывности, определения границ, пересечений, разрывов и концов отрезков.
На стадии 2,5-мерного эскиза осуществляется соотнесение выделенных поверхностей, или сегментов зрительного поля, с информацией об их глубине и ориентации относительно позиции наблюдателя. На данной стадии процесс сегментации пространства захватывает не только разные зрительные направления, но и разные степени удалённости. Существенной особенностью такого типа представлений является то обстоятельство, что пространственные отношения соотносятся с двумерными отношениями, определёнными на сетчатке наблюдателя, а не с трёхмерными, действующими в среде наблюдателя. В качестве основных признаков представления 2,5-мерного эскиза выделяют стереопсис и изменение яркостей поверхности в зависимости от их наклона.
Процесс обработки зрительной информации заканчивается представлением трёхмерной модели, на этой стадии наблюдатель распознаёт конкретные окружающие предметы и их взаиморасположение в пространстве. Спроецированным на сетчатку изображениям могут соответствовать самые разные формы в реальной трёхмерной среде, и актуальной зрительной информации недостаточно для однозначного опознания объектов. Конечное описание физических объектов ориентировано не на положение наблюдателя, а на положение объекта в объективной системе координат, позволяющей описывать пространственные отношения между объектами и их деталями. На этом заканчивается процесс зрительного восприятия в чистом виде, поскольку наблюдателю нужно использовать описания различных форм, хранящиеся в памяти и полученные в процессе деятельности по другим каналам поступления информации.
В зарубежной литературе вычислительный подход Марра называют реконструктивизмом в связи с тем, что представленная на сетчатке информация недоступна для восприятия без дополнительной обработки на более высоких когнитивных уровнях, а конечной целью этой обработки является воссоздание копии внешнего мира. Вычислительный подход ещё не получил широкого распространения в психологических исследованиях, но в теории машинного зрения он оказался весьма продуктивным.
Источник: Мещеряков Б.Г., Зинченко В.П. Большой психологический словарь.
Возможные проблемы:
- Ограниченная способность модели Марра объяснять восприятие неоднозначных или неполных изображений
- Трудности моделирования высших когнитивных процессов (например, влияния опыта и ожиданий на восприятие)
- Несоответствие между «объективным» описанием сцены и субъективным восприятием наблюдателя
- Проблемы учёта контекста и семантики при распознавании объектов
- Сложности воспроизведения механизмов внимания в рамках вычислительного подхода
- Невозможность полностью описать восприятие иллюзий и оптических парадоксов
- Ограничения при моделировании восприятия движущихся объектов и динамических сцен
- Недостаточная учёт роли эмоций и мотивации в зрительном восприятии
- Технические сложности реализации многоуровневой обработки в искусственных системах
- Расхождения между предсказаниями модели и реальными данными нейрофизиологических исследований
Вы можете задать мне уточняющие вопросы.
