84%, Тогда как правильное опознание целевого объекта без контекста или

при несоответствующем контексте происходило значительно реже.

Из этих и других аналогичных исследований, в которых на фоне

контекста идентифицировались буквы и слова, ясно, что на восприятие

объекта значительно влияют ожидания человека, задаваемые контекстом.

Рис. 3.3. Рисун-

ки, использован-

ные при изучении

влияния контекста.

Предъявление

сцены (левая часть

рисунка) задает

контекст для одно-

го из рисунков

(справа), изо-бра-

жающих опозна-

ваемые объекты:

буханка хлеба,

почтовый ящик,

барабан. Взято из

Palmer, 1975b.

КОНТЕКСТУАЛЬНАЯ СЦЕНА

ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЙ

ОБЪЕКТ

Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов

84

Одна из гипотез о том, как распознаются паттерны и формы, называется

"сравнение с эталоном". В нашем случае с распознаванием паттернов че-

ловеком эталон - это некоторая внутренняя структура, которая при ее

сопоставлении с сенсорными стимулами позволяет опознать объект. Со-

гласно такому представлению о распознавании, в процессе приобретения

жизненного опыта у нас образуется огромное количество эталонов, каж-

дый из которых связан с некоторым значением. Так, зрительное опозна-

ние формы, например, геометрической фигуры, происходит следующим

образом: световая энергия, исходящая от этой фигуры, воздействует на

сетчатку глаза и преобразуется в нервную энергию, которая передается в

мозг. Осуществляется поиск среди имеющихся эталонов. Если находится

эталон, который соответствует нервному паттерну, человек опознает этот

паттерн. После сопоставления объекта с его эталоном может происходить

дальнейшая обработка информации и интерпретация объекта.

Сравнение с эталоном как одна из теорий распознавания паттернов

имеет свои сильные и слабые стороны. С положительной стороны, кажет-

ся очевидным, что для опознания некоторой фигуры, например, буквы или

какой-нибудь визуальной формы, нужен определенный контакт с соответ-

ствующей внутренней формой. На каком-то уровне абстракции для опоз-

нания объекта "внешней реальности" необходимо, чтобы он был представ-

лен в долговременной памяти. С другой стороны, буквальная интерпрета-

ция теории сравнения с эталоном встречается с определенными трудно-

стями. Например, если опознание возможно только тогда, когда между

"внешним" объектом и его "внутренней" репрезентацией имеется соот-

ветствие 1:1, то это значит, что даже при незначительном расхождении

между объектом и его эталоном опознания не произойдет. Поэтому стро-

гое следование этой теории означало бы необходимость формирования

несчетного количества эталонов, соответствующих каждой из разнообраз-

ных геометрических форм, которые мы видим и узнаем.

Легкость, с которой мы распознаем зрительные образы в повседневной

жизни, может навести на мысль, что это очень простой процесс, и все же,

Рис. 3.4. Кривые

ответов испытуемо-

го в исследовании

влияния контекста.

По горизонтали:

А- соответствую-

щий контекст; N-

нет контекста; "Is"-

несоответствующий

контекст, сходный

объект; и Ib-не-

соответствующий

контекст, непохо-

жий объект. Адапти-

ровано из: Ru-

melhart (1977J по

данным Palmer

11975Ь1.

Сравнение с

эталоном

Распознавание паттернов

85

когда мы пытаемся воспроизвести опознание с помощью искусственных

средств, то оказывается, что результат от нас ускользает. Возьмем для

примера опознание букв и устройство для распознавания слов. Чтобы на-

учиться хорошо читать, нужно потратить несколько лет, но когда мы на-

учились распознавать орфографическую конфигурацию, составляющую

слово, мы можем мгновенно узнать это слово в различных контекстах,

произнести его и вспомнить его значение. Как бы вы смоделировали ис-

ходный процесс опознания буквы на компьютере? Один из способов -

это хранить в "памяти" компьютера каждую из 26 букв. Тогда каждый раз,

когда буква сканировалась бы оптическим устройством, воспринимаемая

зрительная конфигурация "настраивалась" бы на элемент памяти (эта-

лон), связанный с этой буквой. Так, слово CARD (карточка) анализирова-

лось бы как C-A-R-D, т.е. "С" настраивалось бы на ячейку памяти, соот-

ветствующую конфигурации "С", для "А" нашлось бы соответствие в ячейке

"А" и т.д. "Вуа-ля! - мог бы воскликнуть компьютер,- а я читаю буквы!"

Но что если бы мы попросили его опознать буквы в слове "card"? В его

памяти нет конфигураций для написания букв в нижнем регистре. Реше-

ние просто, скажете вы: увеличьте память и включите туда буквы нижне-

го регистра. Но тогда мог бы наш компьютер прочитать (как это делаем

мы) буквы, написанные вот так:

ОРдСГили так Obdили так 0гд/или так Су1й)

Конечно же, в чтении участвуют гораздо более сложные процессы, чем

простое опознание букв. Прием, используемый в компьютерной техни-

ке,- сравнение конфигурации букв с конкретными конфигурациями в

памяти машины - называется "сравнение с эталоном"; это похоже на

поворот ключа в замке. Чтобы открыть замок, конфигурация бороздок Ь

выемок на ключе должна совпасть с конфигурацией замка. На языке рас-

познавания образов при сравнении с эталоном происходит следующее:

когда зрительная конфигурация соответствует совместимой с ней репре-

зентации в памяти, информация высвобождается. Как видно из примера с

компьютером, метод сравнения с эталоном встречается с трудностями при

попытке опознать слово "CARD", если в его написании есть какие-либо

отклонения,- это все равно, что пытаться открыть замок погнутым клю-

чом.

Таким образом, сравнение с эталоном - это элементарная процедура

распознавания паттернов, основанная на том, что конфигурация сенсор-

ной информации точно подходит к соответствующей "конфигурации" в

памяти; и хотя ее возможности ограничены, она имеет определенное тео-

ретическое и практическое значение. Теоретические вопросы, связанные

с этим методом, мы затронем позднее. Что касается его практических

применений, то они весьма многочисленны.

Итак, в случае распознавания паттернов человеком "жесткое" следо-

вание этой модели привело бы к необходимости создания миллионов от-

дельных шаблонов, каждый из которых соответствовал бы отдельному

зрительному паттерну. Если бы нам приходилось хранить так много этало-

нов, наш мозг был бы таким громоздким, что пришлось бы возить его на

тачке. Так что этот трюк не пройдет по неврологическим соображениям.

Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов

в компьютерах

Сравнение с эталоном является основой

многих кодирующих систем, ставших час-

тью нашей повседневной жизни. Например,

; почти все банки в США имеют системы

цену, печатаемую затем на контрольной

ленте кассового аппарата.)

А

1пет|сдг|

STATE

BANK

Mattew A. SWANN

18 Chclsca Place

New York, N.Y. 100П

HO. 159

PAY TO ME ORDER OF _

OTV-- Ю№ 75 47 Д>

Цдля идентификации счетов по специальным

Вб цифрам, отпечатанным на оборотной сто-

,роне чека, а во многих магазинах исполь-

зуютсн аналогичные коды (напечатанные

,У; на упаковках товара) для ускорения про-

|цесса выписки счетов и проведения пере-

йучета товаров. (По этому коду компьютер

% определяет единицу товара и указывает ее

Обе эти разновидности кодов читаются

посредством сравнения с эталоном. Рису-

нок на чеке имеет отличительные детали,

помогающие компьютеру различать буквы,

а торговые коды читаются по положению

линий, их ширине и пространству между

ними. Коды преобразуются сканером в

электрические импульсы, из которых со-

ставляется сигнальный паттерн; последний

передается в компьютер, идентифицирую-

щий этот паттерн путем сравнения его с

аналогом (эталоном), находящимся в его

памяти.

Но даже если бы это было возможно, то для доступа к памяти, где хранят-

ся многие миллионы эталонов, потребовалась бы процедура поиска, зани-

мающая крайне много времени, что никак не соответствует нашей способ-

ности быстро опознавать множество различных паттернов. Наконец, эта

модель маловероятна потому, что мы можем опознавать незнакомые фор-

мы и фигуры (например, новые варианты начертания буквы "А").

Еще один подход к проблеме извлечения информации из сложных стиму- Подеталь-

лов - это подетальный анализ. В соответствии с ним, восприятие - это ный она-

"высокоуровневая" обработка информации, которой предшествует этап лиз

идентификации входных стимулов по их более простым деталям. Так,

прежде чем произойдет оценка информации зрительного паттерна "в полном

объеме", осуществляется минимальный анализ его составных частей. На

элементарном визуальном уровне слово - например, слово ARROW

(стрела) - не переводится непосредственно в свою понятийную или

мысленную репрезентацию в нашей памяти (например, "заостренное древко

для стрельбы из лука" или знак "- "). Оно не читается как "arrow", и

его отдельные буквы не воспринимаются как A-R-R-0-W, а вместо этого

обнаруживаются и анализируются детали или компоненты каждой буквы..

Так, буква "А" может быть разложена на две наклонные линии (/ \) и

Распознавание паттернов

87

Рис. 3.5. Уста-

новка для наблю-

дения за нервной

активностью, вы-

зываемой просты-

ми зрительными

стимулами.

одну горизонталь (--), острый угол (Л.), перевернутую емкость (/--\)

и т.д. Если процесс опознания основан на анализе деталей и это найдет

свое подтверждение, то выходит, что ранние этапы обработки информации

более сложны, чем мы предполагали вначале.4

В двух исследовательских направлениях - неврологическом и бихеви-

ористском - были получены данные в пользу гипотезы о подетальном

анализе. Мы сосредоточимся на втором из них, но сначала обратимся к

экспериментам Хьюбеля и Визеля (Hubel and Wiesel, 1959, 1963; Wiesel,