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

На втором этапе преобладают следящие (огибающие) развертки при общем изучении областей и интерполяционно-зондирующие при анализе их внутренней структуры (рис. 3.7). В зависимости от характера и размеров изображений, индивидуальных особен­ ностей наблюдателей соотношение между различными видами раз­ верток изменяется.

Т а б л и ц а 3.2

Характеристика этапов перцептивного изучения (средние показатели)

На заключительном этапе (рис. 3.8) происходит объединение отдельных элементов в целостный образ. Продолжительность этапа в среднем составляет около 20% всего времени изучения; общее количество случаев фиксации заметно превышает число фиксацион­ ных точек главным образом за счет возвратных движений; средняя

98

длительность фиксации наибольшая, примерно 0.5 сек. На данном этапе используются различные сочетания разверток. В после­ дующих актах восприятия увеличивается степень обобщенности образа.

В табл. 3.2 дана количественная характеристика различных этапов перцептивного изучения изображений.

Рис. 3.7. Перцептивное изучение. Этап детального анализа. (Исп. А., Т2=5Л . сек.).

Как было сказано, в ряде работ [75, 132 и др. ] утверждается и статистически обосновывается, что в рамках одной задачи среднее время длительности зрительной фиксации не зависит от количества элементов, от индивидуальных особенностей отдельных элементов и от числа значимых элементов информационного поля. Однако речь там идет о сравнительно простых приборных инфор­ мационных моделях, с однородными элементами при отсутствии «инородного» фона. Проведенные эксперименты показывают, что в случае работы со сложными и зашумленными информационными моделями длительность фиксации зависит~от этапа перцептивной задачи и, видимо, от информативности стимула. Эта зависимость, ■ как видно из табл. 3.2, проявляется и при перцептивном изучении

7* 99

стимулов. Значения были получены на большом статистическом материале. Средние значения t имеют доверительные интервалы при доверительной вероятности 0.99: 0.15 <Oi <С 0.23 сек.; 0.32< 0 2<С0.40 сек.; 0.41 <[ £3<0.59 сек. Средние квадратические отклонения для любого значения t по этапам оказались равными —

Рис. 3.8. Перцептивное изучение. Этап заключительного синтеза. (Исп. А., Г3=1.5 сек.).

пг1= + 0.12 сек., те2 = + .030 сек., т 3 = + 0.32 сек., а средняя квад­ ратическая ошибка математического ожидания не превысила 0.005 сек. Статистическая проверка показала, что различия сред­ них значений длительности фиксаций на разных этапах решения этой задачи являются статистически значимыми (при уровне зна­ чимости q= 1%). Кроме того, специальный анализ свидетельствует о статистической значимости отличий в значениях £ср при решении различных перцептивно-опознавательных задач.

Выделенные этапы заметно отличаются по динамике длитель­ ности фиксаций в опыте. На рис. 3.9 представлены кривые после­ довательной длительности фиксаций для фигур с разной энтропией. Видно, что этап детального анализа признаков характеризуется

1,00

неравномерным темпом изучения. Для фигур с высокой энтропией свойственно наличие большого количества длительных фиксаций, превышающих 600 сек. В работах по оперативному мышлению и сложным формам перцептивной деятельности [82, 116, 225, 279 и др.] выявлена связь подобных точек с выполнением определен­ ной умственной работы. В [82] показана зависимость временной динамики фиксаций от алгоритма поиска. Возможно, в нашем случае наличие точек длительной фиксации связано с актуа­ лизацией логических признаков, координацией признаков, пре­ образованием образов фрагментов воспринимаемых изображений.

t

Рис. 3.9. Динамика длительности фиксаций в опыте при изучении фигур с разной энтропией.

«Модельные» аспекты перцептивного изучения изображений связаны с преобразованиями элементарных признаков в сложные, последних — во фрагменты изображения с построением на их основе образа и с преобразованием последнего. Однако условия нашего эксперимента позволяют наблюдать лишь процесс исполь­ зования испытуемыми целостных признаков различной степени сложности, соответствующих отдельным частям изображения. Этот процесс нередко осознается испытуемыми и подтверждается ответами и воспроизводимыми рисунками. Все это происходит на основе использования определенного набора оперативных еди­ ниц восприятия. Важно подчеркнуть, что в процессе решения одной перцептивной задачи, в том числе при построении эталонного или текущего образа, может быть использована и используется система оперативных единиц восприятия. Последнее в известной мере связано с тем, что целостные признаки для различных объектов относятся к разным уровням их обобщения. Все это не исключает, как будет показано дальше, последовательную смену алфавитов

101

оперативных единиц восприятия по мере приобретения перцептив­ ного опыта.

Как видно, процесс перцептивного изучения ПО, недостаточно известных в прошлом опыте, в целях формирования их образов, имеет развернутый «поисковый» характер, в той или иной степени включая опознавательные алгоритмические компоненты, заим­ ствованные из прошлых актов восприятия. Однако «изоморфное» уподобление контуру отсутствует. Для перцептивных действий характерны: а) большая динамичность процесса поиска информа­ тивных признаков при сохранении общей стратегии; б) неравно­ мерное «пространственно-временное» расчленение воспринимаемого пространства, исходя из конечной цели; в) квантование процесса на отдельные операции при отсутствии резких граней между ними. Эти процедуры имеют эвристический характер. Следует подчерк­ нуть, что в основе всех этих, достаточно сложных перцептивных действий лежит визуальная стимуляция.

Эксперименты первой серии позволили конкретизировать этапы становления образа в пределах «слоя».

Перцептивная классификация простых объектов

Одним из основных процессов формирования обобщенных, «вторичных» эталонных образов является процесс классификации объектов.

Методика экспериментов второй серии сводилась к одновре­ менному предъявлению всего алфавита объектов, расположенных в случайном порядке по окружности. Ставилась задача на их пер­ цептивную классификацию. Перцептивная классификация объек­ тов также связана с определенной этапизацией. По результатам экспериментов можно выделить этапы: 1) предварительного озна­ комления с объектами; 2) детального изучения и группировки объектов; 3) «топологической» классификации; 4) смысловой (ка­ тегориальной) классификации.

В условиях исследуемого класса объектов и данных условиях опыта этапы нередко «пересекаются». Внешне эти этапы несколько напоминают этапы перцептивного изучения одиночных стимулов. Выделенные этапы отличаются по своим задачам, временным и траекторным характеристикам.

На первом этапе решаются две основные задачи: выделения типичных представителей классов в качестве перцептивных «ориен­ тиров» и предварительной группировки объектов. Продолжитель­ ность первого этапа составляет 10—15% от общего времени клас­ сификации; на каждый объект приходится 2—3 точки фиксации со средней длительностью порядка 0.29 сек.; преобладают посту­ пательные движения (?»65%). Как правило, первый скачок произ­ водится в верхний левый угол информационного поля. Здесь под­ тверждается закономерность, установленная в [67, 130]. Тактика маршрута имеет характер радиальной развертки (в основном по

102

часовой стрелке), иногда спиральной развертки за счет неравно­ мерных повторов.

На втором этапе выполняется задача детального изучения объек­ тов. По сути дела, здесь можно выделить несколько подэтапов: а) детального анализа разнородных объектов («посекторно»); б) мысленного группирования их в пределах сектора; в) «межсек­ торного» сопоставления объектов; г) мысленного группирования однородных объектов в различных секторах. Как видно, перцеп­ тивное изучение чередуется с известной мыслительной работой по объединению объектов. Однако «мыслительные» подэтапы, как правило, выделяются с трудом. О наличии мыслительной актив­ ности при внутреннем и внешнем группировании объектов можно судить лишь по появлению длительных точек фиксации, образую­ щих некоторое поле. Посекторное изучение (как правило, выде­ ляются 4 квадранта) объектов с их внутренней классификацией осуществляется иногда в 2—3 такта. Продолжительность второго этапа составляет примерно 70% общего времени; на каждый объект в среднем приходится 9—10 точек фиксации, со средней длитель­ ностью »0.41 сек. (та же закономерность!); поступательные дви­ жения несколько сокращаются за счет обратных скачков и возвра­ тов. Характер развертки сохраняется.

На последних этапах осуществляется топологическая класси­ фикация, а при достаточных знаниях и опыте наблюдателя — и смы­ словая классификация. Указанные классификации реализуются или последовательно, или параллельно. В эксперименте классифи­ кационные этапы не дифференцировались. На заключительный (объединенный) этап приходится общего времени; количе­ ство точек фиксации на объект — 2—3 (аналогично первому этапу), но со средней длительностью 0.51 сек.; преобладают обратные скачки и возвратные движения (^65% ). Значимо увеличивается величина скачков по сравнению с предыдущими этапами. Возможно, круп­

этапов перцептивной классификации объектов. Интересно рас­ пределение точек длительной фиксации (t )> 0.6 сек.) по этапам: первый этап около 4%; подэтап детального анализа с внутренней группировкой объектов приблизительно 14%; подэтап «межсек­ торного» сопоставления и внешней группировки объектов около 23%; этап завершающей классификации — до 25%.* Нередко эти точки проектируются на «пустой» фон.

В эксперименте испытуемые осуществляли от 4 до 7 классифи­ каций тест-объектов.** В первую очередь, всеми испытуемыми выделялись сложные стреловидные конфигурации большой эн­

*А. Гучас и Э. Римкуте [107] длительные фиксации связывают с опера­ цией подтверждения гипотезы.

**Фактически тест-объекты по топологическим признакам могут быть разделены на 5 групп, по функциональным — на 2 класса и 5 подклассов.

103

тропии; затем — в различных вариантах «треугольное крыло»; рамовидные конфигурации (по контрасту и физиономичности); прямоугольные и стреловидные силуэты. Ошибки перцептивной классификации связаны либо с доминированием формы, без учета размеров, либо наоборот. Часто объединяются в одну группу

Т а б л и ц а 3.3

Характеристика этапов перцептивной классификации

малые прямоугольные и стреловидные формы. Видимо, здесь ска­ зывается вторая — функциональная классификация. О двух пла­ нах классификации в ряде случаев свидетельствуют высказывания самих испытуемых: «Классифицировал силуэты по форме, но с уче­ том их назначения» (исп. Л.).

Поиск объектов при дешифрировании информационных моделей

Методика экспериментов третьей серии сводилась к поиску заданных объектов в пределах реального аэроснимка. Результаты данной серии экспериментов показали, что поиск заданных зашум­ ленных объектов на «пестром» фоне представляет собой сложный эвристический процесс. В основе поиска лежит структурный анализ изображения. Поиск СО и ПО осуществляется в несколько этапов, причем каждый поиск связан с поисками более низкого порядка не только прямыми, но и обратными связями. В процессе поиска реализуется ряд перцептивных, опознавательных и собственно поисковых операций. Исходя из общей логики изложения мате­ риала, результаты данной серии экспериментов более подробно будут рассмотрены в главе, посвященной решению дешифровочных задач.

104

§ 3.4. Процесс принятия решения при опознании зашумленных изображений

Процесс принятия решения на сенсорно-перцептивном уровне связан с опознавательными действиями, под которыми понимается процедура отнесения того или иного стимула к одному из N классов стимулов. Формально опознание имеет место тогда, когда N больше двух [270]. В содержательном смысле слова опознание реализуется и при двухальтернативном исходе. Опознавательные действия тесно связаны с перцептивными.

На основе проведенных исследований [245] процесс развер­ нутого опознания зашумленных изображений условно описыва­ ется следующими операциями: а) предварительное выдвижение системы эталонов некоторого класса объектов; б) сопоставление текущего образа с рядом эталонов и оценка одинаковости (сход­ ства) между ними; в) коррекция образов, «сообразование» гипо­ тез с достигнутыми результатами; г) выбор «эталонной» гипотезы и ее проверка; д) принятие решения — словесное формулирование ответа или смена эталона. Эти операции могут быть объединены в две группы: 1) структурного сопоставления образов на основе избирательной переработки воспринимаемой информации; 2) пре­ образования гипотез.

3.4.1. Структурные механизмы опознавательного процесса при восприятии зашумленных изображений

Системный подход к построению образов дает возможность выдвинуть гипотезу о структурном характере их сопоставления с использованием некоторых вероятностных и эвристических про­ цедур. Несомненно, подобное сопоставление текущих и эталонных образов регулируется априорной информацией. Речь идет о пред­ варительном выдвижении системы эталонов на основе поставленной задачи и имеющейся предварительной информации об опоз­ наваемых объектах. При опознании зашумленных изображений знание и учет априорной информации имеют особое значение. Последняя может иметь количественный и качественный характер. К первой из них относятся данные о вероятностном распределении объектов, ко второй — сведения об окружающей ситуации. Опоз­ навательный процесс зависит от трансформации объективно суще­ ствующих априорных вероятностей объектов в субъективные.

Для выявления роли количественной априорной информации был поставлен следующий эксперимент [251]. Двум группам ис­ пытуемых по 10 человек было предложено опознать фотоизобра­ жения объектов (геометрических фигур) низкой степени разреше­ ния — 7^ = 12 лин./мм и 7^ = 19 л и н ./мм. Экспериментальной группе указывалась вероятность предъявления фотоизображений; контрольной группе вероятность не сообщалась. В каждой группе

105

было сделано по 2000 предъявлений в случайном порядке. Резуль­ таты эксперимента представлены в табл. 3.4.

вует повышению результатов опознания в определенных преде­ лах, причем в большей степени — для более высоковероятных объектов. Однако нигде не достигается вероятность самого предъяв­ ления. Возможно, что при длительных опытах с подкреплением вырабатывается максимальная стратегия, обеспечивающая опоз­ нание объектов с вероятностью, близкой к вероятности предъявле­ ний [156]. Психологическая природа «априорных» процессов пока неясна. Вполне вероятно, что они близки к Марковским про­ цедурам. Но это лишь предположение. Видимо, эталонные гипо­ тезы, извлекаемые из долговременной памяти, при движении в опе­ ративную проходят, как через фильтр, через блок учета априор­ ных вероятностей.

Рассмотрим подробнее вопрос структурного сопоставления об­ разов. Большое внимание операции «сличения» полезных призна­ ков объектов, воспринятых и запечатленных, уделяется в [297]. Автор подвергает справедливой критике концепции строгой лока­ лизации следовых образов и непосредственной их актуализации, без акта сличения. Однако следует иметь в виду, что операция сли­ чения ограничена рамками фиксации конечной позиции процесса восприятия и не раскрывает его содержания и динамики.

При опознании зашумленных изображений экстраполяция те­ кущих перцептивных образов к эталонным осуществляется на вы­ ходе слоев и «исчисления» в целом. Как было сказано, смысл ее сводится к установлению изоморфно-гомоморфного соответствия между образами. Исходя из приведенного выше определения изо­ морфизма и гомоморфизма, очевидно, что перцептивные образы, как эталонные, так и текущие, в общем случае гомоморфны по от­ ношению к отражаемым объектам. Об изоморфизме можно гово­ рить только в некотором сысле. Нижняя граница изоморфизма

106

устанавливается, исходя из психологического содержания реша­ емой задачи. Структурное сопоставление образов завершается опре­ делением эталона, изоморфного текущему образу. Это не всегда может быть реализовано из-за разрушения структуры изображения шумами. В этом случае эталонный и перцептивный образы характе­ ризуются гомоморфными отношениями. Здесь опознание заверша­ ется альтернативными ответами или переходом на более неопре­ деленный уровень. К физиологическим механизмам сопоставления образов могут быть отнесены, по [269]: процедура сравнения вос­ принимаемого стимула с «нервной моделью стимула» на основе специальных нейронов сравнения с последующим избирательным угашением или, наоборот, восстановлением ориентировочных реак­ ций при сигнале рассогласования.

В настоящее время психологические механизмы экстраполя­ ции перцептивного образа к эталонному в процессе структурного сопоставления образов изучены недостаточно. Видимо, на каждом уровне сопоставления используется своя система эталонов, отли­ чающихся по структурной целостности и категориальной значи­ мости. При сопоставлении образов идет активная, избирательная переработка информации, связанная с поиском отличительных признаков между текущим и эталонными образами. При разрушен­ ной структуре изображения перебор эталонов осуществляется вероятностно-статистическим путем. Однако этот процесс со­ провождается и эвристическими процедурами. По мере становле­ ния опознавательных навыков, видимо, осуществляется алгорит­ мизация процесса. Итак, в процессе непосредственного опознания объектов в затрудненных условиях осуществляется в определен­ ных пределах избирательная переработка информации.

Для выявления динамики опознавательного процесса, опре­ деления тактики поиска и закономерностей использования призна­ ков при решении опознавательных задач различного содержания и уровня были поставлены две серии экспериментов: 1) на опозна­ ние одиночных ПО (силуэтов самолетов); 2) на опознание групповых «композиций» этих же объектов.

Методика экспериментов первой серии сводится к опознаванию силуэтов самолетов на трех условных уровнях: класс (транспортный, связи и т. д.); подкласс (варианты классов); тип, с определением марки самолета. Всем этим категориям соответствует определенная конфигурация. Экспериментам предшествовало изучение алфавита объектов путем: а) «свободного» изучения изображений с использованием отдельных карточек; б) «жесткого» изучения с использованием схемы. Методика экспериментов второй серии сводилась к опознанию групповых композиций ПО, состоящих из 2,3,4 и 5 объектов, на уровне типа. При проведении экспериментов использовалась методика кинорегистрации движений глаз оператора, изложенная в предыдущем пара­ графе.

Результаты первой серии экспериментов показали, что про­ цесс опознания изображений ПО имеет совсем иной характер по сравнению с их перцептивным изучением. Этот процессщвернут,

107