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

их спектральной отражательной способности. В то же время тепловой съемке присущи определенные положительные свой­ ства; передача дополнительных физических свойств объектов, возможность получения изображений ночью. Изменчивость изо­ бражения может быть использована для изучения свойств поч­ венно-растительного покрова в динамике. Перспективно исполь­ зование цветных тепловых карт.

До последнего времени методика тепловой съемки и возмож­ ности ее применения исследованы недостаточно. По зарубежным данным, аппаратура «теплового» изучения местности при съемке

смалых высот обеспечивает разрешение на местности 10—20 м.

Сувеличением высоты разрешение заметно снижается. Большее будущее за инфракрасными системами на лазерах. Перспективно использование радиотепловой съемки, использующей естествен­ ное радиотепловое излучение в сантиметровом диапазоне, менее подверженной влиянию внешних факторов, более чувствитель­ ной, обеспечивающей известный прогноз на глубину. Результаты

короткие невидимые радиоволны. Для съемки местности обычно применяются РЛС бокового обзора, работающие в см- и дм-ди- -апазонах радиоволн. Формируемое под действием отраженных радиоволн изображение на экране ЭЛТ локатора напоминает фотографическое. Оно передает радиолокационные контрасты объектов. Радиолокационная съемка в настоящее время приме­ няется для скоростного составления мелкомасштабных топогра­ фических карт, геологических, инженерно-геологических и гля­ циологических исследований [145, 193, 298, 329].

Радиолокационное изображение имеет свои особенности: а) не­ высокое разрешение по сравнению с аэрофотографическим изоб­ ражением (десятки метров на местности); б) пониженную кон­ трастность изображения; в) своеобразный контурный характер изображения площадных объектов, повышенную «скульптурность» изображения рельефа и яркостно-точечный характер изображе­ ния объектов, соизмеримых или меньших элемента разрешения; г) значительные искажения контуров; д) независимость каче­ ства от освещенности (времени суток) и метеорологических условий (облачности). С одной стороны, радиолокационная съемка пока имеет ряд недостатков, связанных с недостаточно высокими изоб­ разительными и измерительными свойствами радиолокационных снимков, а с другой — обладает значительными преимуществами, связанными с большими возможностями применения. По сравне­ нию с тепловой радиолокационная съемка позволяет проникать

вглубину поверхностного слоя и давать некоторую информацию

оскрытой структуре подстилающих поверхностей. Делаются попытки математического описания и автоматической обработки радиолокационных изображений [19 и др.]. В настоящее время

22

разрабатываются РЛС, дающие изображения, приближающиеся по разрешению к аэрофотографическим. Используется эффект поляризации. В США ставится вопрос о ведении радиолокацион­ ной разведки из космоса.

В последние годы развиваются аэроспектрометрические методы, основанные на регистрации электромагнитных колебаний в уз.ких спектральных интервалах с высокой точностью. При двухмерной съемке результаты ее фиксируются в виде фотоизображения, оптические плотности которого пропорциональны спектральным яркостям объектов в данной зоне спектра. Разрешение подобных изображений пока ниже, чем на обычных аэроснимках [146].

Есть и другие аэрометоды, например использующие ультра­ фиолетовое излучение, а также «нефотографические» — аэрогеофизические .методы, выходящие за рамки данной работы.

Из излояюнного видно, что первичные информационные мо­ дели различной физической природы заметно отличаются друг от друга по своим изобразительным, измерительным, информа­ ционным качествам и «литерным» характеристикам. «Визуализи­ рованные» электронные информационные модели содержат общую оптическую составляющую и специфические составляющие, свя­ занные с актуализацией определенного участка спектра электро­ магнитных колебаний. Наибольший эффект дает комплексное применение информационных моделей с учетом их слабых и сильных сторон [138].

В настоящее время в США разрабатываются комплексные

•системы средств и методов для «дистанционного» изучения земной поверхности из космоса, включающие аэрофотографическую, теп­

и тех же объектов. Ведутся исследования в области многоканаль­ ной спектрометрической аппаратуры. Все это позволяет глубже вскрыть природу изучаемых объектов. Разрабатываются способы сопоставления изображений, полученных по многим каналам, в различных зонах спектра. Оптимальных решений пока нет.

При дальнейшем изложении главное внимание будет уделено оптимизации обработки аэрофотографической информации. Ос­ новные положения исследования могут быть экстраполированы на другие информационные модели.

§ 1-.3. Информационные аспекты обработки первичных информационных моделей

Дешифрирование первичных информационных моделей по своей форме представляет своеобразный информационно-логический про­ цесс снятия неопределенности в сведениях об элементах природ­ ной обстановки.

:24

В настоящее время делаются попытки изучения информацион­ ных свойств рассматриваемых моделей, главным образом формаль­ ной информационной емкости фотографического слоя и отчасти запечатленной информации, как контурной, так и смысловой [106, 179, 267 и др.]. Эти исследования полезны для решения задач, направленных на оптимизацию условий съемки. Ряд работ связан с оценкой^дешифрируемости моделей через их инфор­ мационный потенциал. В [267 ] дано подразделение дешифровочной информации на полную, оперативную и «извлекаемую». Понятно, что это деление условно и зависит от конкретной задачи.

Сложнее обстоит дело с оценкой процесса обработки инфор­ мационных моделей оператором-дешифровщиком.

Как показано в ряде исследований, для количественной оценки приема, переработки и передачи информации оператором воз­ можно использование методов и критериев теории информации, но при корректном их применении. Прежде всего нельзя огра­ ничиваться статистической мерой информации, ибо человек не является аналогом приемника системы связи. Для информацион­ ной деятельности человека характерны нестационарность про­ цесса приема и переработки информации, скачкообразное сокра­ щение числа рассматриваемых альтернатив на каждом этапе принятия решения, зависимость функционирования от смысла, ценности, значимости перерабатываемой информации и т. д. Непременным условием применения информационных методов для этих целей являются: выявление структуры и механизмов изучаемого процесса; анализ качественных характеристик воспри­ нимаемой и перерабатываемой информации; учет временной не­ определенности при обработке потоков информации.

Теоретико-информационный подход к обработке и оценке результатов инструментального (микрофотометрического) дешиф­ рирования обоснован в [93, 94], а специального дешифрирова­ ния — в [151 ].

Рассмотрим этот подход.

Дешифрирование совокупности объектов У опирается на использование системы признаков X. Причем последняя в смысле условной модальности признаков может быть одномерной, дву­ мерной, . . . , п-мерной.*

При информационном подходе к дешифрированию энтропия объединенной взаимосвязанной системы Н (X, У), в случае одно­ мерной индикации, определяется из выражения

Н-х (У) — средняя условная энтропия дешифрируемого объекта при реализации определенного признака X.

* Используются обозначения, принятые в указанных работах.

25

Г л а в а 2

ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРИЕМА ПЕРВИЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ ЧЕЛОВЕКОМ-ОПЕРАТОРОМ

Переработка информации осуществляется человеком на раз­ ных уровнях отражения внешней среды по многоэтажным прог­ раммам. В их основе лежит сложная система управления, вклю­ чающая съем информации, информационную подготовку принятия решения, процедуру принятия решения и программирование исполнительных действий. Можно выделить два основных макро­ уровня переработки информации: сенсорно-перцептивный и рече­ мыслительный. Выделение этих уровней очень условно, ибо внутри них могут быть свои уровни и подуровни. Не случайно в настоящее время возникает проблема «вертикального синтеза» различных уровней психической деятельности [166].

На различных уровнях переработки информации «работает» своя система психологических моделей отражения и структуриро­ вания ситуаций внешней среды. На первом выделенном макро­ уровне функционируют сенсорные и перцептивные модели [125]. Сенсорные модели, связанные с переводом (в общем случае с ко­ дированием) внешних раздражений (сигналов) на алфавит нерв­ ных импульсов, функционируют на рецепторном уровне анали­ заторных систем и подчиняются нейрофизиологическим законам. Перцептивные модели, связанные с обратным переводом (декоди­ рованием) нервных импульсов на алфавит предметного отражения внешней среды, функционируют на корковом уровне анализа­ торных систем и имеют характер психического изображения [48]. На втором выделенном макроуровне действует система концептуальных моделей различной степени обобщения, связан­ ных с переработкой «понятийной» информации и принятием ре­ шения о проблемной ситуации. Все эти модели тесно взаимодей­ ствуют друг с другом. Подобная классификация психологических моделей является упрощенной и нуждается в дальнейшем углуб­ ленном изучении.

Обработка информации в процессе дешифрирования связана с работой всей системы зрительного анализатора. В главе рас­ сматриваются некоторые вопросы приема и первичной переработки информации на сенсорно-перцептивном уровне с психофизиологи­ ческих позиций. Дается краткая характеристика зрительной

27

системы, закономерностей построения первичных моделей воспри­ ятия, а также оценка эффективности функционирования зритель­ ной системы. Все это необходимо для построения общей психологи­ ческой теории обработки потоков первичной информации, опти­ мизации дешифровочного процесса и определения возможностей ■его моделирования.

§ 2.1. Краткая характеристика функционирования зрительной системы при восприятии информации

Как известно, зрительный анализатор состоит из рецептора, афферентных нервов, подкорковых и коркового центров. Зрительный анализатор работает как многоуровневая, самонастраивающаяся система, включающая прямые и обратные связи. Настройка ана­ лизатора обеспечивается за счет адаптации и различных движений глаз. Прием и первичная обработка зрительной информации осуществляются на уровне рецептора, с использованием его светочувствительного, оптического и кинестетического аппаратов.

Многоканальный ввод информации и перекодирование сигна­ лов в форму, удобную для дальнейшей обработки, обеспечивает сетчатка, состоящая из системы нейронов, различных видов биполяров, ганглиозных, горизонтальных и амакриновых клеток. Функции фоторецепторов выполняют колбочки и палочки, объеди­ ненные в морфологические и функциональные образования — рецептивные поля (РП), связанные с общей ганглиозной клеткой как возбуждающими, так и тормозными связями. Рецептивные поля всесторонне исследованы В. Д. Глезером [84] и др. Показано, что РП являются универсальными, полифункциональными обра­ зованиями, выполняющими целый ряд операций по формирова­ нию сигнала. Рецептивно-проводящие и интегрирующие функции в сетчатке выполняют биполяры и ганглиозные клетки, а ассоци­ ативные — горизонтальные и амакриновые клетки.

В съеме информации принимает участие кинестетический аппарат рецептора. Различают микро- и макродвижения глаз. У них разные функции, но все виды движений препятствуют ис­ чезновению видимых различий неподвижного объекта в процессе фиксации взора [304]. Выделяют несколько типов непроизвольных микродвижений: дрейф, тремор, микросаккадические движения. Микродвижения дают возможность преодолевать ограничения, обусловленные особенностями оптической системы глаз, в част­ ности искажения изображений, получаемых на сферической по­ верхности, а также обеспечивают нормальный физиологический режим работы чувствительных элементов зрительного анализа­ тора на сравнительно одинаковом оптимальном уровне. Некоторые микродвижения глаз выступают в роли «собственных двигатель­ ных шумов глаза» [80]. Макродвижения глаз при рассматривании крупных объектов также имеют саккадический характер. Угловая

38

скорость движения глаз во время скачков очень велика и быстро

.достигает 450° в сек., благодаря чему на перемещение затрачива­ ется в среднем около 3% всего времени рассматривания, а на фиксирование взора, если пренебречь микродвижениями, — 97%. Выделяют два основных типа макродвижений: поисково-устано­ вочные и гностические. К макродвижениям относятся конверген­ ция и дивергенция, а также аккомодационные движения. Одно­ актное и точное зрительное действие может быть осуществлено в пределах оперативного поля зрения.* Размеры поля зависят от угловых размеров воспринимаемых объектов и степени насы­ щенности ими перцептивного пространства, а также от характера зрительной задачи, колебания внимания и других факторов [80]. Основной первичной функцией макродвижений является перевод взгляда, наведение визуального канала на объект. В основе регуляции движения глаз, как показано в [9], лежит визуальная -стимуляция, в обычных условиях — симультанное видение вос­ принимаемых объектов, а не наоборот. Оказывается, что при ч<трубчатом» зрении с ограниченным полем зрения образ объекта в целом фактически не формируется, восприятие глубины нару­ шается, измерительные функции страдают. На более высоких уровнях восприятия макродвижения обеспечивают поиск, обна­ ружение и опознание объектов, определение их местоположения, счет объектов и т. д. в зависимости от решаемой задачи.

Процесс переработки зрительной информации начинается в ре­ цептивных полях сетчатки. В РП происходит интегрирование зрительной информации, выделение сигнала из шума, изменение световой чувствительности и разрешающей способности в зави­ симости от освещенности, декорреляции сигналов, выделение границ контраста. РП интегрирует весь световой поток, падающий на его фоторецепторы, по закону пространственной и временной суммации. Реакция ганглиозной клетки пропорциональна ло­ гарифму энергии этого светового потока независимо от ее распре­ деления в пределах поля. Дифференцировка сигналов с разных РП осуществляется в корковом центре.

Изменение световой чувствительности и остроты зрения свя­ зано с реорганизацией нервных процессов. Вместе с первичным возбуждением в сетчатке возникают тормозные процессы. Эти процессы имеют реактивный характер. Реактивное торможение тем сильнее, чем выше интенсивность раздражителя. Под влиянием тормозных процессов, с увеличением освещенности, зона возбуж­ дения РП сужается, световая чувствительность падает, а разре­ шающая способность увеличивается. При темновой адаптации, наоборот, тормозные процессы ослабляются, зона пространствен­ ной суммации увеличивается, световая чувствительность возра­

* В [167] введены понятия афферентационного и прединформационного полей, связанных с функционированием сенсорного звена зрительной системы.

29