книги из ГПНТБ / Рубахин, В. Ф. Психологические основы обработки первичной информации

В[130] показано, что эффективность поиска, в смысле времени

иточности, зависит от общего объема отображения знаковой ин­ формации, структуры информационного поля и плотности знаков, в нем, оперативного объема отображения (числа критических зна­ ков), размеров и структуры самих знаков, разнообразия элементов информационного поля, темпа подачи информации. Время по­ иска и количество ошибок монотонно возрастают с увеличением объема информационного поля. Длительность фиксаций, по ре­ зультатам экспериментов, зависит от сложности задачи и в пре­ делах ее и при данных условиях наблюдения остается относительно постоянной величиной. В [82] хорошо показана зависимость эф­ фективности информационного поиска от алгоритма самого по­ иска. В [189] делается попытка алгоритмического описания пер­ цептивных действий, в том числе информационного поиска. На эф­ фективность выполняемой поисковой деятельности влияют уровень подготовленности оператора и продолжительность рабочего времени.

Такова краткая характеристика информационного поиска при работе с приборной информацией.

Как было показано выше, для рассматриваемого класса первич­ ных информационных моделей, воспроизводящих реальную при­ родную обстановку, свойственны свои особенности и прежде всего огромная информационная емкость, избыточность и непрерыв­ ность информации, крайняя структурная неоднородность, высо­ кая степень зашумленности, неопределенность алфавита искомых объектов (изображения некоторых объектов вообще могут быть заранее неизвестны). При этом оператором решается большое число разнообразных частных дешифровочных задач, в том числе слож­

Для выявления механизмов и особенностей поисковой деятельности при восприятии зашумленных изображений нами были проведены специальные экспериментальные исследования. Эксперименты состояли из трех серий:

1.Перцептивное изучение аэрофотоизображений простых объектов * (ПО) в целях выявления закономерностей перебора призпаков в процессе восприятия информационных моделей и синтеза эталонных образов.

2.Перцептивная и смысловая (категориальная) классификация фото­ изображений ПО в интересах выявления механизмов группировки и обобще­ ния образов.

* К простым объектам (ПО) относятся отдельные одиночные объекты — постройки, сооружения, самолеты и т. п., сами по себе достаточно сложные; к сложным (СО) — упорядоченные совокупности ПО, объединенных целевым назначением, например, населенные пункты, производственные предприятия, аэродромы и т. д.

89

3. Поиск объектов в пределах кадра в интересах выявления стратеги поиска СО и ПО.

Для проведения экспериментов была использована модифицированная методика кинорегистрации движений глаз операторов в сочетании с магнито­ фонной записью их речевых ответов и воспроизведением некоторых восприня­ тых или опознанных объектов, ибо одна регистрация движения глаз не спо­ собна вскрыть процесс. В постановке и проведении экспериментов принимали участие В. К. Гайда и 10. А. Лаптев.

В качестве тест-объектов в первой и второй сериях использовались си­ луэтные изображения достаточно сложных ПО (самолетов иностранных ма­ рок). Алфавит включал 18 стимулов. Угловые размеры предъявляемых на

Рис. 3.1. Оптическая схема установки.

1 — проектор; 2 — экран; з — стекло—отражатель; 4 — обзорное стекло; S — испы­ туемый; 6 — мнимое изображение; 7 — киносъемочная камера; 8 — корпус установки.

экране ПО были значительны — от 10 до 20°. В третьей серии предъявля­ лись реальные аэроснимки. Воспринимаемые линейные размеры аэрофотоизо­ бражений с СО были близки к масштабу 1 : 10 000. Яркость на экране % 100 нт. Эксперименты проводились на установке, созданной в ЛГУ, обеспечивающей проектирование изображения в плоскости объектива кинокамеры (по прин­ ципу призмы). Оптическая схема установки представлена па рис. 3.1. Для съемки использовался бесшумный киноаппарат «Дружба» со скоростью 24 кадра/сек. Продолжительность времени решения задачи регистрировалась с помощью секундомера и сигнальных лампочек, помещенных на устройстве, элиминирующем движение головы испытуемого. Для обработки кинопленки применялся кинопроектор К-12.

Выбор методики и аппаратуры определялся тем, что они обеспечивали; а) наиболее естественные условия проведения эксперимента; б) практически неограниченное время решения задачи;

в) соотнесение полученной циклограммы с рассматриваемыми изобра­ жениями;

г) количественную обработку траекторных кривых.

К экспериментам были привлечены студенты инженерного вуза, имевшие известную подготовку в области специального дешифрирования. Всего в ходе

90

экспериментов было решено около 100 перцептивных, опознавательных и по­ исковых задач различного содержания и объема.

Для качественной и количественной обработки траекторных кривых использовался фиксационный метод с определением количества точек фикса­ ции, плотности их распределения, длительности фиксации и т. д. и траектор­ ией анализ с определением направления маршрута, величины скачков, опи­ сания маршрута и т. п.

Перцептивное изучение изображений простых объектов

Как было показано выше, перцептивные операции являются непременным компонентом синтеза эталонных образов, а также процесса формирования текущего образа на разных уровнях слойноступенчатой модели и сопоставления его с эталонными. Здесь рас­ сматриваются закономерности построения образа в пределах од­ ного слоя при сохранности структурной целостности изображения. Эксперименты первой серии по изучению перцептивного содержа­ ния ПО показали, что этот сложный в психологическом отношении процесс имеет три аспекта: а) информационный, связанный с объек­ тивной оценкой «кинематических» затрат в зависимости от инфор­ мативности стимула; б) процедурный, связанный с динамикой «пе­ ребора» признаков; в) «модельный» (очень условное понятие), связанный с построением самого образа.

Рассмотрим информационные аспекты этого процесса. Экспе­ рименты показали, что перцептивное изучение стимулов и форми­ рование их образов детерминированы, с одной стороны, структурой изображения, количеством заключенной в нем информации, его информативностью, а с другой — конкретно поставленной зада­ чей. Для оценки абсолютной информативности сложных изобра­ жений была разработана «энтропийно-смысловая» методика [204].

Дело в том, что большинство существующих способов количе­ ственной оценки сложности контура опирается на использование формальных элементарных признаков. Так, в [46] для определения энтропии контура предлагается использовать полярную развертку контура с последующим определением вероятностей различных значений величины радиуса-вектора. В [76] для сравнительной оценки сложности контуров используются следующие количест­ венные критерии: а) число, показывающее, сколько раз на кон­ туре кривизна меняет знак (и); б) число криволинейных участков контура, на которых кривизна линии контура отлична от 0 (v); в) сумма абсолютных приращений угла наклона касательной (w). Главным из них считается критерий w, в известной мере включаю­ щий в себя характеристики и и v. Существуют и другие подобные оценки сложности контура. Как видно, эти способы дают фор­ мальную, интегральную оценку контура, без учета семантической структуры изображения, что имеет существенное значение для определения информативности рассматриваемого класса изобра­ жений.

91

Предлагаемая энтропийно-смысловая методика включает:

а) выделение смысловых элементов фигуры (в нашем случае — крыло, стабилизатор, пилон и т. п.);

б) определение числа характерных перегибов контура (в ме­ стах сопряжения точки относились к обоим сопряженным эле­ ментам) ;

в) оценку информативности, энтропии, как функции от числа смысловых элементов и среднего значения характерных точек на элемент.

Рис. 3.2. Зависимость траекторных затрат (по оси ординат — количество точек фиксации) от энтропии стимула (яо оси абсцисс—

дв. ед.) S = f (Н).

В этом случае энтропия изображения может быть рассчитана по формуле:

В результате первой серии экспериментов были установлены некоторые аналитические зависимости между траекторными и вре­ менными затратами на изучение и энтропией стимула. Энтропия изображения оценивалась по формуле (3.2).

Энтропия экспериментальных фигур (Н) изменялась от 3.74 (фиг. № 5) до 6.13 (фиг. № 1) дв. единиц; среднее кличество траек­ торных параметров (S) на фигуру — от 15 до 30.

Зависимость между энтропией изображения и «траекторными» затратами на его изучение показана на рис. 3.2. Как видно, эта зависимость имеет параболический характер. Приближенно она

92

аппроксимируется уравнением третьей степени (кубической па­ раболы), рассчитанной по способу наименьших квадратов:

Для сравнения на рис. 3.3 показана зависимость траекторных характеристик от сложности контура, определенной по сумме абсолютных приращений углов наклона касательной при обходе контура, в энтропийных мерах — S = f (# J . Как видно, графики имеют сходство.

Рис. 3.3. Зависимость траекторных затрат от сложности контура, определенной по сумме абсолютных приращений углов в энтропийных морах S = f (//+. Обозначения те же, что на рис. 3.2.

Полученные материалы свидетельствуют о том, что для извле­ чения информации из простых, «слитных» изображений, не имею­ щих большого количества информативных признаков, и весьма сложных объектов, с большим количеством отличительных при­ знаков (внешних деталей) необходимы существенные траекторные затраты, необходим сложный элементно-операциональный ана­ лиз, имеющий разную психологическую природу, но одинаковое внешнее количественное выражение. Интересно, что для фигур с малой энтропией характерно наибольшее количество «скачков». Для изображений с большим значением удельной энтропии (эн­ тропия на один смысловой элемент) зависимость от Н обратная (до некоторого уровня); для изображений с малым значением удельной энтропии, наоборот, прямая. Параболическая зависи­ мость связана с влиянием удельной энтропии.

Для исключения влияния удельной энтропии введем коэффи­ циент избыточности Z?= 1 —Н /Н тй%. В данном случае величина избыточности определяется тем, что на каждый элемент прихо­ дится число точек фиксации больше единицы (ЛД > 1).

93

Коэффициент избыточности может быть вычислен по формуле

Как видно из рис. 3.4, зависимость между R ' и S линейная. Она аппроксимируется уравнением регрессии

с коэффициентом корреляции г » 0.84.

Рис. 3.4. Зависимость траекторных затрат от коэффициента избыточности S = f (R ). Обозначения те же, что на рис. 3.2.

Подставив (3.4) в выражение (3. 5), получим эмпирическую формулу

Выражения (3. 5) и (3. 6) свидетельствуют об устойчивой корреляционной связи между траекторными параметрами и мерой избыточности. Коэффициент избыточности действительно позво­ лил исключить влияние удельной энтропии. Стимулы, приурочен­ ные к левой ветви параболы с большой удельной энтропией, теперь переместились в область min, заняв свое место на «восходя­ щей» прямой. Выявленная зависимость имеет определенное зна­ чение для психологической теории кодирования информации. Она может быть использована для прогнозирования при построе­ нии приборных информационных моделей. Попытка установить зависимость между траекторными параметрами и величиной R ',

94

определенной через На (через энтропию суммы абсолютных прира­ щений углов наклона касательной), не увенчалась успехом.

Иной характер имеет зависимость длительности фиксаций от энтропии изображения. Как видно из рис. 3.5, эта зависимость обратная, описываемая уравнением:

-с коэффициентом корреляции г=0.9. Анализ выражения (3. 7) го­

свою внутреннюю структуру и может быть расчленен на ряд этапов-операций. К основным из них в эксперименте можно от­ нести:

1)расчленение поля изображения (двумерного пространства признаков) на ряд компактных областей;

2)детальный анализ областей с поиском и выделением наиболее

информативных признаков; 3) синтезирование областей признаков в единое целое.

95

На этапе детального анализа выделяются подэтапы по числу выявленных областей, т. е. осуществляется непрерывное кванто­ вание процесса, в значительной мере подсознательно. На каждом этапе решаются свои специфические задачи, используются разные способы перцептивного изучения и соответствующие им тактики маршрута, формируются различные сочетания оперативных еди­ ниц восприятия.

На первом этапе производится «скоростной», грубый осмотр изображения; осуществляется поиск и определение центра «тя-

Рис. 3.6. Перцептивное изучение. Ознакомительный этап. (Исп. А., Тг= 1 сек.).

жести» фигуры и оси симметрии, если фигура симметрична, т. е. происходит выбор координатной системы; выделяются области признаков, подлежащих изучению. В результате формируется предварительный схематизированный, затрубленный образ, обес­ печивающий общее программирование последующих операций. Продолжительность (Т) первого этапа, как правило, не пре­ вышает 10% от общего времени изучения; среднее количество точек фиксации (N$) и случаев фиксации невелико; повтор­ ные осмотры их отсутствуют, а средняя продолжительность вре­ мени фиксации (t) меньше, чем на других этапах (?»0.20 сек.). На первом этапе преобладают ограниченные следящие (фрагмен- тарно-огибающие) развертки в сочетании с экстраполяционно­

96

зондирующими (рис. 3.6; траектории показаны с известным обоб­ щением). Иногда они имеют хаотический характер.

На втором этапе происходит изучение и оценка признаков внутри выделенных областей с использованием интерполяционных при­ емов. Продолжительность этапа составляет более 70% всего вре­ мени изучения; общее количество случаев фиксации примерно в 2 раза превышает число опорных фиксационных точек за счет обратных скачков и возвратных движений через несколько так­ тов. Средняя продолжительность времени фиксации порядка

0.35сек., а средняя максимальная продолжительность около

0.75сек. По результатам экспериментов для данного набора изоб­ ражений внутри этапа выделяется от двух до четырех подэтапов. Чаще анализируются верхние области изображения. Продолжи­ тельность изучения каждой области и количество точек фиксации внутри нее варьирует в определенных пределах. Симметричные области изучаются неравномерно, аналог ранее изученной обла­ сти исследуется по сокращенной программе. В процессе деталь­ ного анализа выделяются некоторые центры, несущие максимум информации, и определяются «списки» (мысленные матрицы) признаков. От их структуры зависит надежность формируемых образов. Одновременно с этим происходит соотнесение признаков различных областей, устанавливаются связи между последними,

осуществляется поэлементное уточнение формируемого обра­ за.

На основании экспериментов все многообразие используемых признаков при формировании образов данного класса изображе­ ний можно свести в две группы: геометрических и «логических» признаков. К первым из них относятся контурные точки, которые условно разделяются на «экстремальные», в местах наибольшей кривизны (а 0 90°) — оконечность крыла, стабилизатора и т. д., и «спокойного сочленения». Ко вторым относятся интерполяцион­ ные и экстраполяционные точки, а также точки симметрии, обес­ печивающие расчленение фигуры или ее элементов на равные части или смысловые блоки. Эти точки непосредственно не свя­ заны с изменением кривизны контура. На геометрические признаки здесь приходится до 68% всех используемых признаков, а на ло­ гические— 32%. Последние играют координационно-связываю- щую роль.

О перцептивных ориентирах, лежащих в основе формируемых образов, с известным приближением можно судить по числу фик­ саций, приходящихся на те или иные точки. Можно предположить, что эти числа пропорциональны весовым характеристикам исполь­ зуемых признаков. По экспериментальным материалам 42% признаков с весом (Р) от 2 до 4 составляют геометрические приз­ наки (табл. 3.1). Вероятно, точки с большим количеством возвра­ тов в ряде случаев имеют и другую — координатную функцию. Точнее они являются «подцентрами» координат.