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

не имеет четко выделенных этапов, опирается на другие способы осмотра изображений объектов и оперативные единицы восприя­ тия. Для опознания характерно резкое сокращение процесса перебора признаков при сохранении определенного набора озна­ комительных компонентов. Во внешнем плане минимизация сводится к непосредственному «выходу» на ось симметрии или к центру фигуры, к исключению ряда областей из анализа, к бо-

Рис. 3.10. Алгоритм опознания на уровне типа. (Исп. А., Т = 3.2 сек.).

лее упорядоченному осмотру оставшихся областей, к использо­ ванию ограниченного числа точек фиксации и резкому сокраще­ нию возвратов. Этот процесс непосредственно связан с процеду­ рой предсказания. Преимущественно используются фрагментар- но-огибающие развертки в сочетании с многократно-прослежи- вающими на отдельных участках (рис. 3. 10). Количество точек фиксации на одну опознавательную задачу уменьшается в 2.5 раза, а число случаев фиксаций примерно в 3 раза по сравнению с перцептивным изучением. Число точек фиксаций с трехкратным повторением и более сокращается в 4 раза. Во внутреннем плане минимизация сводится к использованию иных комбинаций опера­ тивных единиц восприятия за счет выпадения отдельных элемен­

108

тов, их укрупнения, образования целостных структур и после­ дующего «семантического кодирования».

Переориентация на другие признаки по результатам экспери­ мента на первый взгляд имеет парадоксальный характер. Она связана с повышением роли и удельного веса используемых логи­ ческих признаков — до 45% (табл. 3.5). Видимо, эти признаки обеспечивают упорядочение чисто перцептивных элементов, их ранжирование, выстраивание в очередь и предсказание. Они обеспечивают переход к другим алфавитам оперативных единиц восприятия, формируя укрупненные опознавательные структуры, а затем осуществляя семантическое кодирование. Среди геометри­ ческих признаков увеличивается роль экстремальных за счет выпадения промежуточных признаков сопряжения элементов изображения.

Корреляция между конкретными признаками, используемыми при решении аналогичных перцептивных и опознавательных задач с учетом их весов, пропорциональных числу фиксаций, одними и теми же наблюдателями, невелика («0.4) и имеет отри­ цательный характер, что связано с несовпадением признаков с большими весовыми характеристиками. Интересно, что приз­ наки с Р= 2 совпадают не более чем на 25%, а признаки с Р = 3 и более не совпадают вовсе. Очевидно, информационные центры, закрепленные в прошлом опыте, осматриваются очень бегло, а основное внимание направлено на анализ смысловых элементов, съем дополнительной информации и исследование «сомнительных» мест. Одновременно идет процесс сокращения перебора гипотез. Естественно, что опознавательные действия реализуются в дру­

109

теристика процессов перцептивного изучения и опознания на уровне основного множества (определения типа объекта).

Процесс опознания находится в зависимости от поставленной задачи. Последняя определяет уровень опознания. Как было сказано, в эксперименте опознание объектов производилось на уровне класса, подкласса и типа. Эксперименты показали, что каждый из этих уровней отличается друг от друга продолжитель­ ностью опознания, количеством случаев и длительностью фик­ саций. Как видно из табл. 3.7, переход от класса к типу сопровож­ дается увеличением продолжительности опознания в среднем в 1.6 раз (от 2.1 до 3.5 сек.), количества случаев фиксаций при­ близительно на 40%, количества обратных скачков и возвратов на 10%. Все это говорит об активизации опознавательной дея­ тельности (рис. 3.11).

Для оценки информации, извлекаемой на каждом уровне опознания, был использован рассмотренный выше энтропийный подход. Методика расчета сводилась к оценке относительной

110

энтропии на каждый траекторныи параметр при перцептивном изучении стимула и последующему определению количества

извлекаемой информации на основе траекториях 'затрат при

опознании:

Я

Были получены следующие значения:

Временная динамика фиксаций для различных уровней опоз­ нания показана на рис. 3.12. Как видно, кривая опознания на

111

уровне «типа» несколько напоминает «кривые изучения» (рис. 3.9), остальные кривые (особенно на уровне класса) имеют более сглаженный характер. Длительность фиксаций нигде не превы­ шает 0.6 сек.

Для выяснения общих закономерностей опознания сложных объектов была поставлена вторая серия экспериментов с группо­ выми «композициями». Эксперименты показали, что в этом случае процесс более развернут и включает большее количество перцеп­ тивных компонентов. Наблюдается несколько этапов: ознакоми­ тельный, анализа отдельных объектов, этап заключительной оценки композиции. На первом этапе производится грубый анализ структуры композиции с дифференцировкой объектов, определя­ ются логические элементы выделенных стимулов, выявляются области «трудных признаков». В результате такого изучения задается программа дальнейшего анализа. Эта программа не сводится к механическому «дроблению». Она носит семантический характер и реализуется на втором этапе. При этом по результа­ там экспериментов используются два способа анализа: а) интер­ поляционный, в основе которого лежит локальное изучение стимулов; б) экстраполяционный, который основывается на по­ элементном сравнении стимулов. Их реализация зависит от осо­

к другому. Для третьего этапа характерным является сравнитель­ ный анализ, сопровождаемый многочисленными возвратными движениями.

Т а б л и ц а 3.8

Характеристика опознания композиций, состоящих из различного количества объектов

Механизм опознавательных действий во многом зависит от числа объектов в информационном поле, их содержания и степени сходства. С увеличением количества стимулов продолжительность опознания, количество и число случаев фиксации увеличиваются по определенному закону (табл. 3.8). Приведенные материалы свидетельствуют о дискретности процесса опознания, о наличии

112

некоторых рубежей в восприятии. Для окончательного суждения по этому вопросу необходимы специальные исследования.

Траекторные затраты и в случае опознания связаны с энтро­ пийными характеристиками стимулов. Для оценки энтропии компо­ зиций стимулов использовалась рассмотренная выше методика, но расчет велся с учетом числа стимулов в композиции по формуле

п п п

где к — число стимулов; п . — число элементов стимула; т{ число характерных точек г-го элемента.

S

Эксперименты показали, что зависимость S=f(H) следует закону правой ветви параболы, построенной для перцептивного изучения стимулов, и описывается уравнением регрессии (рис. 3.2)

Сравнение этит прямых по критерию 0 (критерию общего раз­ личия двух сравниваемых кривых) показало, что различие в коэф­ фициентах прямых статистически значимо с вероятностью не менее 0.95. Все это косвенно говорит о функционировании в обоих случаях близких психологических механизмов, но различной степени «активности».

Для случаев правильного опознания характерна большая пер­ цептивная активность. Выявлена определенная зависимость ре­ зультатов опознания от способа изучения перцептивного мате­ риала. Лучшие результаты (на 15%) получены у испытуемых,, использовавших самостоятельный способ «свободного» изучения стимулов и построения своей собственной классификации. Эф­ фективность этого способа отмечается самими испытуемыми.

Интересны факты обратного влияния структуры на опознании отдельных объектов. С увеличением количества объектов в ком­ позиции от 1 до 5 продолжительность времени уменьшается в сред­ нем с 3.5 сек. до 1.6 сек. (рис. 3.14), количество точек фиксации — с 6 до 3. Число случаев фиксации на объект находится в линейной зависимости от количества объектов в композиции. Исходя из эксперимента, для опознания необходима определенная фикса­ ционная «разрешающая способность», порядка 3—4 точек фикса­ ции на объект.

Помимо этого, был поставлен частный эксперимент на парное опознание объектов разной степени сходства. Эксперимент поз­ волил ранжировать пары объектов по степени трудности опозна­ ния (по временным и траекторным затратам) в такой последова­ тельности: «очень далекие» объекты, «очень близкие» объекты, одинаковые объекты, «близкие» объекты. Оказывается, наиболь­ шую трудность представляют как очень далекие объекты с раз­ ницей в энтропии Д> 1 дв. ед., так и очень близкие объекты с раз­ ницей в энтропии около 0.1 дв. ед. Особенно резко это прояв­ ляется в смысле траекторных затрат.

Относительная изоморфность «рисунков» маршрутов при опоз­ нании различных стимулов одними и теми же наблюдателями дает возможность сделать предположение о большей стабильности этого процесса. Вероятно, по мере приобретения перцептивного опыта вырабатываются индивидуальные алгоритмы опознания. В затрудненных условиях восприятия при опознании малознако­ мых объектов опознавательный процесс приобретает четко выра­ женный эвристический характер. Следует подчеркнуть, что из­ ложенные в данном разделе факты относятся к сукцессивным формам опознания, опирающимся на недостаточно закрепленные или «стертые» мысленные эталоны,

3.4.2. Динамика процесса выбора гипотезы при опознании зашумленных изображений

Для схематического описания процесса выбора эталонной гипотезы в простых случаях может быть использована функцио­ нально-структурная модель, предложенная в [271]. На схеме 3.5 представлена модифицированная модель выбора гипотезы наблю­ дателем при опознании.

114

Блок долговременной памяти

Схема 3.5. Функционально-структурная схема выбора гипотез при опознании.

Процедура выбора гипотезы сводится к следующему. Инфор­ мация об опознаваемом объекте через приемник сигналов посту­ пает в блок исследования признаков и формирования образа. В этот же блок из долговременной памяти поступают эталонные гипотезы, проходя через блок учета априорных вероятностей гипотез. На основании учета априорной информации, поэлемент­ ного или целостного сопоставления сформированного образа с эталонными выбирается гипотеза и оценивается ее апостериор­ ная вероятность. Процесс принятия решения об опознаваемом объекте может иметь разный характер в зависимости от слож­ ности опознавательной задачи и опираться на различные кри­ терии. Есть основания предполагать, что в простых случаях,, при опознании отдельных объектов на основе использования независимых, равновероятных, прямых признаков, этот процесс с известной степенью приближения описывается теоремой Байеса:

появления объекта ЛА; P(Ak/N,.) — условная вероятность приз­ нака А к при наличии объекта N {. Апостериорные вероятности гипотез сравниваются с порогом (аиор). При превышении его происходит опознание. Регуляция процесса исследования приз­ наков, сопоставления образов и ввода новой серии эталонных гипотез осуществляется через генератор системы гипотез. Как только вероятность одной из гипотез достигает необходимого максимума, энтропия данной системы гипотез падает ниже вели­ чины (ВЭ1]тр , и исследование признаков, сопоставление образов прекращаются. Опознание объекта на основании обратной связи изменяет априорные вероятности гипотез в оперативной памяти. Если порог опознания не будет превзойден, через генератор си­ стемы гипотез вводится новая серия гипотез и осуществляется экстраполяция к ним. Как видно, в ходе проверки гипотез проис­ ходит перераспределение их вероятностей. В [213] и др. показано,, что этот процесс связан с «флюктуацией субъективной энтропии».

Приведенная схема имеет определенное сходство с описывае­ мой в [64] и др. общей «блоковой» структурой переработки информации, включающей блоки иконической памяти, анализа входных стимулов, селекции информации, «манипуляции» в ин­ тересах нормализации воспринимаемой информации и т. д. Однако' следует иметь в виду, что эта структура весьма динамична, нахо­ дится в большой зависимости от решаемой задачи и требует экспериментального подтверждения для типовых задач.

116

Рассмотренная схема справедлива для простых случаев опо­ знания. Использование комбинаций признаков, оценка их весовых характеристик, учет индикаторов приводят к иному распределе­ нию гипотез, с оценкой их иерархии и весов. К этому надо до­ бавить динамический характер алфавита используемых человеком

операцией конструирования гипотезы, имеющей четко выражен­ ный эвристический характер. Вот почему надо очень осторожно подходить к аналогиям процесса опознания изображений чело­ веком и статистическим распознающим автоматом.

По [76], проверка гипотез простых контурных изображений осуществляется путем поэлементного сравнения текущего образа и декодированных эталонных образов, соответствующих выдви­ гаемым гипотезам. Сравнение производится на эффекторном выходе. В условиях реального процесса эта операция минимизи­ руется.

Для выяснения динамики процесса выбора гипотезы в сложных условиях нами совместно с В. И. Николаевым, Ю. А. Дранишниковым и А. М. Розовым были проведены специальные экспериментальные исследования на опознание фотоизображений объектов разной степени разрешения, в различных времен­ ных режимах. Были поставлены три серии экспериментов: а) с «принудитель­ ным» выбором категорического ответа на уровне основного множества; б) с аль­ тернативными ответами; в) с альтернативными ответами в условиях варьиро­ вания времени экспозиции. Основной алфавит состоял из 16 реализаций гео­ метрических фигур * с 10 градациями по разрешению — от 5.13 до 35.4линий/мм (иаобъект от 0.8 до 5.4 линий). Впервой серии экспериментов объекты предъявлялись на экране с помощью специальной проекционной установки или на просвет. Фигуры предъявлялись поодиночно, в случайном порядке, идя от низкого разрешения к высокому. При работе на просвет ис­ пользовался набор дешифровочных луп (НДЛ). Угловые размеры восприни­ маемой фигуры порядка 20', ее деталей — от 2 до 6'. Во второй серии испытуе­ мые давали альтернативные ответы при экстраполяции предъявляемых на экране изображений к эталонам. Кроме того, здесь был поставлен совместно с 10. И. Фейгиным частный эксперимент на восприятие зашумленных фото­ изображений силуэтов самолетов мелкого масштаба с 10 градациями по разре­ шению от 7 до 40линий/ммпри Аф=0.9. Для работы использовался высокоточ­ ный измерительный компаратор «ИЗА-2» с 30X увеличением. В эксперимент вводились дополнительные условия, повышающие ответственность испытуе­ мых. В результате структурного сопоставления каждым испытуемым предъ­ являемого изображения с эталонами заполнялась карточка экстраполяции на основе двоичной системы ответов. В третьей серии варьировалась продол­ жительность экспозиции предъявляемых на экране фигур от 0.5 до 1.5 сек. при сохранении альтернативных ответов. Группа наблюдателей состояла из 16 человек в каждом опыте. Всего было выполнено более 6000 наблюдений.

б) объекты, образованные пересечением прямых линий под прямым углом; в) круг; г) объекты, образованные сочетанием прямых линий (под разными углами) и дуг. Фигуры отражают плановые формы многих объектов на аэро­ снимке.

117