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

Схема 3. 2. Структурная схема процесса восприятия.

ному рабочему уровню, остаются постоянными на всем интервале наблюдения. В этом случае результат наблюдения характеризуется общей ошибкой (критерий идеального наблюдателя):

Р (Л*М0) — условная вероятность ложной тревоги; Р {A*JA^) — условная вероятность пропускахигнала. В статистической теории обнаружения используются и другие критерии: критерий минямума среднего риска, критерий Неймана—Пирсона и др. Весовые критерии в большей степени характеризуют опознавательную дея­ тельность человека.

Следует иметь в виду, что при работе реального наблюдателя имеет место взаимодействие статистических свойств сигналов и статистических свойств наблюдателя за счет колебания рабочего уровня последнего вокруг некоторого значения [270]. Эти ко­ лебания обусловлены функционированием сенсорных механиз­

Эффективность обнаружения малоразмерных объектов на аэро­ снимке и других информационных моделях, как было показано выше, зависит от различительной чувствительности, разрешаю­ щей способности зрительного анализатора и, следовательно, от

78

размеров, контрастности объектов и т. п., а также от продолжи­ тельности наблюдения и априорной информации о районе съемки и самих объектах.

На втором этапе осуществляется сравнительный анализ сти­ мулов между собой, в первую очередь на основе различения яркостных контрастов и выделения контура. Операция выделе­ ния контура реализуется по принципу так называемой параллель­ но-последовательной развертки. При этом, как было показано, элементарные признаки отражаются параллельно, а сложные при­ знаки разного уровня развертываются «с наращиванием». Эта опе­ рация обеспечивает расчленение комплексного стимула на эле­ менты и последующее их объединение в определенную систему. Следует сказать, что механизм психической развертки далеко не изучен. Ясно одно, что он управляется воспринимаемой струк­

образов, но без раскрытия их внутреннего содержания. В прак­ тике дешифрирования этот этап обычно совпадает с последним этапом — с декодированием, т. е. с соотнесением стимулов с реаль­ ными объектами. Попутно отметим, что в некоторых случаях де­ шифрирования может быть совмещение и других этапов, вплоть до совмещения обнаружения с опознанием. Например, при деши­ фрировании кораблей на однородном фоне водной поверхности.

Вобщем виде в основе опознания (идентификации и декодиро­ вания) лежит сравнение текущих, перцептивных образов с запе­ чатленными в памяти обобщенными эталонами и выбор соответ­ ствующей гипотезы. Выделенные этапы расчленяются на подэтапы, отдельные процессы и т. д.

Вдальнейшем изложении с позиций структурной теории по­ дробно анализируются специфические особенности процессов вос­ приятия и опознания первичных информационных моделей на уровне идентификации и декодирования.

3 .2.2. «Слойно-ступенчатая» содержательная модель процессов восприятия и опознания первичной информации

Восприятие первичных информационных моделей представ­ ляет собой особый вид зрительного восприятия, обусловленный спе­ цифическими чертами этих моделей. Прежде всего следует ска­ зать, что при восприятии подобных моделей функционируют три группы отношений: а) между объектами внешней среды и информа­ ционными моделями; б) между моделями и текущими образами; в) между последними и эталонами (схема 3.3). Это определяет опо­ средствованный характер отражения объектов внешней среды.

79

Схема 3.3. Общая схема восприятия информационной модели.

Особенности первичных изображений определяют специфику

характеризуются определенной структурной «обедненностью», в об­ щем виде гомоморфными отношениями с эталонами и динамиче­ ским соотношением между структурной и индикаторной составляю­ щими в зависимости от «литерных» условий формирования инфор­ мационной модели. Последняя как бы способствует восстановлению структуры зашумленного сообщения в образе. Отражение инфор­ мационных моделей, в частности аэрофотоизображений, нередко сопровождается зрительными иллюзиями. Среди них наиболее рас­ пространены иллюзии геометрического характера, выражаю­ щиеся в неправильной оценке размеров, формы, объемной конфи­ гурации объектов, в зависимости от условий визирования и взаим­ ного расположения воспринимаемых объектов. Распространены также оптические иллюзии, например связанные с эффектом ир­ радиации, вследствие светорассеяния в рецепторе зрительного ана­ лизатора. Так, освещенные объекты на снимке кажутся больше затемненных, хотя и равных им по величине. Процесс восприятия информационных моделей, направленный на выделение объектов из окружающего фона, активную дифференцировку близких между собой объектов, корригирование искажений в них, преодоление иллюзий, имеет развернутый, очень подвижный характер.

Выполненные экспериментальные исследования по восприя­ тию зашумленных изображений позволили выдвинуть гипотезу о «слойно-ступенчатой» природе решения перцептивно-опознава­ тельной задачи в этих условиях [254, 255]. В соответствии с этой

б) ступенчато-этапную обработку информации в пределах слоя с функционированием аналитико-синтетических процедур в не­ сколько тактов, циклично;

80

г) экстраполяцию этих образов к эталонным различного инфор­ мационного содержания и определение эталона, изоморфного те­ кущему образу.

Приведенная схема находит определенное подтверждение в ра­ ботах В. П. Зинченко об этапности становления образа [117, 123, 127] и в работах Б. Ф. Ломова о фазном характере опознаватель­ ного процесса в затрудненных пространственно-временных усло­ виях [174, 175].

В исследованиях, проведенных в ЛГУ в сложных условиях наблюдения, с изменением дистанции, освещенности, экспозиции и т. д., выделялись фазы, связанные с последовательной «детали­ ровкой» образа воспринимаемых простых фигур. Применительно к процессу восприятия «зафиксированных» информационных мо­

с высокой степенью неопределенности к более категорическим. Речь идет о классификации образов, основанной на построении иерархического алфавита классов объектов. Видимо, информа­ ционные уровни таксономической классификации совпадают с не­ которыми из слоев. Подобная многослойность может реализовы­ ваться как в пространстве «геометрических» образов, так и в про­ странстве образов реальных объектов.

Выдвигается предположение, что процесс вскрытия структуры информационной модели, извлечения из нее информации в пределах каждого слоя имеет ступенчато-этапный характер. В пределах слоя осуществляется «элементно-операциональный» анализ с последую­ щим объединением, синтезом исходного стимульного материала в некоторые целостные образования. Причем в этом процессе можно выделить «формальную зону», связанную с «параллельным» ана­ лизом и элементарным синтезом яркостных и контурных элемен­ тов на основе функционирования алгоритмических механизмов по постоянным, безусловнорефлекторным программам, и «семанти­ ческую зону», связанную с более высокими формами анализа и синтеза семантических образований на основе функционирова­ ния специфических «эвристических» механизмов по временным, условнорефлекторным программам. Понятно, что граница между зонами условна, а число этапов в них переменно. Эти «функцио­ нальные» представления находятся в соответствии с «зонной» струк­ турой коркового центра зрительного анализатора, рассмотрен­ ной выше. Перцептивные действия в пределах слоя имеют явно выраженный скачкообразный характер. Вот почему можно гово­ рить о ступенчатой обработке информации в пределах слоя. Можно предполагать, что функционирование аналитико-синтетических процедур на каждом уровне не осуществляется в один цикл. Чело-

веку свойственно, не завершая процесс в одном слое, переходить к следующему, более мелкоразмерному. После такого первого про­ хода слоев может происходить возвращение к слою крупных эле­ ментов, связанных с использованием крупноразмерных единиц восприятия. Цикл повторяется. При этом возможны скачки че­ рез слой.

Следовательно, перцептивно-опознавательные процессы в за­ трудненных условиях сопровождаются некоторыми эвристиче­ скими процедурами. По мере становления навыков эти процессы приобретают в известной мере фиксированно-алгоритмический характер. Правильнее говорить о функционировании семейства алгоритмов «восхождения по ступеням», меняющихся от слоя к слою. При этом осуществляется определенное «слияние» слоев и ступе­ ней в них. Последнее происходит и при повышении структурной целостности информационной модели.

На выходе слоя формируется промежуточный образ. Семантизация достигнутого уровня извлечения информации осуществ­ ляется на основе сопоставления (экстраполяции) текущего перцеп­ тивного образа с эталоном (эталонами) и определения эталона, изоморфного текущему образу. При этом используются некоторые вероятностные процедуры. Так осуществляется акт опознания. На выходе промежуточные образы трансформируются в итоговый. Это предположение находится в соответствии с представлениями Ф. Кликса о фазном переходе от физического пространства к «фе­ номенальному» [143]. При достаточной сохранности структуры информационной модели достигается цель опознания на уровне основного множества в соответствии с поставленной задачей.

При значительном разрушении структуры модели шумами по­ теря ее элементов может быть компенсирована за счет использова­ ния внешних индикаторов, в качестве которых выступают связан­ ные с опознаваемыми объектами другие, более помехоустойчивые элементы окружающей ситуации, а также за счет активизации дея­ тельности представлений (воображения), мыслительной деятель­ ности в целом *. Этот процесс осуществляется уже за пределами раз­ решения информационной модели. Но цель может быть достиг­ нута. Здесь этот процесс имеет явно выраженный эвристический характер и сопровождается вероятностными процедурами. При значительной степени зашумления цель опознания не до­ стигается. На выходе имеют место либо альтернативные ответы в форме конъюнкций, либо целостные ответы более низкого уровня опознания.

Разумеется, рассмотренная схема лишь с известной степенью приближения описывает реальный процесс восприятия и опозна-

* Как показали исследования И. А. Тоидзе[281], возможности восприя­ тия подпороговой информации расширяются за счет встречной «визуализации» основных процессов решения при выборе гипотезы.

82

ния зашумленных изображений, который может значительно видо­ изменяться в зависимости от конкретных условий. В процессе восприятия зашумленных изображений человек способен глубоко вскрывать их структуру и извлекать присущий им объем инфор­ мации на основе структурно-эвристического анализа, но испыты­ вает определенные затруднения в использовании вероятностных процедур для принятия решения о классе опознаваемого объекта, а также для «оперативного» использования индикаторов.

Как видно, функционирование слойно-ступенчатой содержа­ тельной модели процесса восприятия зашумленных изображений связано с подготовкой принятия решения на сенсорно-перцептив­ ном уровне и опознанием изображения.

§ 3.3. Информационная подготовка принятия решения на сенсорно-перцептивном уровне

Информационная подготовка принятия решения на сенсорно­ перцептивном уровне сводится к поиску, выделению, классифи­ кации и обобщению информации о воспринимаемой ситуации и построению текущих образов об элементах этой ситуации. Не­ пременным условием функционирования перцептивно-опознава­ тельной деятельности является формирование эталонных образов.

3.3.1. Построение эталонных и текущих перцептивных образов

Одним из существенных процессов восприятия является син­ тез эталонных образов изображений при отсутствии шумов. К сожалению, этому процессу до последнего времени недостаточно уделяется внимания в психологической литературе. Мало накоп­ лено экспериментальных фактов.

Синтез образов связан со специфическими перцептивными дей­ ствиями, которые представляют собой своеобразный саморегули­ рующийся процесс поиска и переработки информации, обладающий механизмом обратной связи и «подстраивающийся» к особенно­ стям исследуемого объекта. Интересная трактовка процесса пер­ цептивного изучения стимула дается в работах В. П. Зинченко с вы­ делением операций: а) обнаружения отдельных признаков объекта;

Динамике формирования зрительных образов посвящены

Он складывается из нескольких групп частных процессов: 1) струк­ турного анализа стимульного материала и построения обра­ зов; 2) их описания и запечатления; 3) последующей классифи­ кации и обобщения образов. Эти процессы, как будет показано дальше, могут развертываться на разных уровнях. Рассмотрим

6* 83

более подробно непосредственный процесс структурирования образа.

Как показали эксперименты по формированию эталонных обра­ зов сложных изображений на основе изучения глазодвигательных реакций [77, 249, 251 и др. ], этот процесс включает ряд этапов. В общем виде к ним можно отнести: а) выделение простейших, «неразложимых» оперативных единиц восприятия определенной размерности; б) объединение последних в некоторые «конструк­ тивные» элементы; в) формирование «кортежей» элементов и их свойств с последующим объединением в мета-элементы, инвариант­ ные к различным преобразованиям (фрагменты образа); г) син­ тез фрагментов в целостные структуры, соответствующие образу необходимой степени детальности (категоричности). Конечно, это деление условно. Видимо, на последних этапах можно выде­ лить своего рода подэтапы, связанные с ранжированием элементов, установлением связей между ними, выделением наиболее информа­ тивных из них и т. п.

Указанные аналитико-синтетические процедуры развертыва­ ются в соответствии со сформированным «потенциалом» восприя­ тия. Последний включает врожденные и возникшие в процессе обу­ чения и практики оперативные единицы восприятия и операции, связанные с их актуализацией. Потенциал восприятия в процессе познавательной практики расширяется, обогащаясь за счет новых оперативных единиц восприятия и более сложных операций. Под оперативными единицами восприятия понимаются целостные психологические образования разных алфавитов, имеющие раз­ личную размерность, являющиеся носителями информации о вос­ принимаемых объектах [125]. Имеющиеся материалы свидетель­ ствуют о большой динамичности используемых человеком единиц восприятия в процессе решения одной перцептивной задачи. Ви­ димо, каждому из рассмотренных выше этапов соответствует свой алфавит единиц восприятия и множество отношений между ними. Они могут быть разделены по выделенным выше зонам — «фор­ мальной» и «семантической». Каждый последующий этап сопрово­ ждается переходом к более укрупненным оперативным единицам восприятия, вплоть до целостных образов определенного уровня, имеющих свой алфавит.

Попытка описать признаки, используемые в качестве оперативных еди­ ниц восприятия при формировании эталонов контурных изображений, де­ лается в ряде работ [59, 77 и др. ]. Так, например, в [77] рассмотрены укруп­ ненные формальные признаки, разделеипые автором на первичные и вторич­ ные. К первичным признакам отнесены: а — прямолинейность (а0) или криволинейпость (а2) участка контура; |3— знак кривизны, выпуклый (Рх) или вогнутый (Р2); у — максимальная абсолютная величина кривизны; 8 — абсолютная величина приращения угла наклона касательной; X— линейные размеры участка; е — постоянная или переменная кривизна участка; г; — монотонное (%) или немонотонное (т)2) изменение кривизны на участке. Каждый участок характеризуется упорядоченной группой (кортежем) при­ знаков. Упорядоченная последовательность таких групп образует первичный

84

код данного контура. Первичные признаки и коды преобразуются с целью выделения формальных признаков контура в целом. Вторичные признаки показывают, содержит ли контур прямолинейные участки, имеет ли он вогну­ тости, включает ли он только плавные криволинейные участки или острые углы, или то и другое, имеет ли в своем составе дуги окружности, как распре­ деляются линейные размеры участка по длине контура, сколько вогнутостей и криволинейных участков имеет контур, суммарное абсолютное приращение углов наклона касательной на контуре, периодичен ли контур. Совокупность вторичных признаков образует вторичный код, более компактный, инвариант­ ный и экономичный. Способы выявления, упорядочения признаков разных рангов на различных уровнях отражения еще далеко не изучены, а адекват­ ность описываемых и используемых признаков полностью не раскрыта. Не описаны текстурные признаки изображений. Выявление оптимальных набо­ ров признаков имеет большое значение для автоматического опознания об­ разов.

Очевидно, что содержательная классификация «семантических» признаков весьма сложна и вне конкретной задачи, вообще-то говоря, беспредметна. Попытка функциональной классификации этих признаков сделана в работе [297] с делением их по степени значимости и постоянству.

При достаточной перцептивной практике формируются цело­ стные признаки эталонных образов, не сводимые к сумме или даже функциональной системе отдельных признаков, а представляющие собой качественно новые образования. Это показано в [238, 123, 125, 239, 297, 251 и др. ]. Наиболее подробно вопрос формирова­ ния таких целостных структур раскрыт и экспериментально обос­ нован в исследовании М. С. Шехтера [297]. Правда, автор ограничивается формированием частных целостных признаков «топологических» подклассов («сенсорных вариантов») абстракт­ ных геометрических фигур и фактически отрицает общие целост­ ные признаки классов. Мы считаем, что возможна иерархия целостных образов. Ниже этот вопрос будет рассмотрен более подробно.

В практике визуального дешифрирования первичных информа­ ционных моделей обычно используются целостные структуры, при­ надлежащие разным алфавитам, а также системам опосредствован­ ных признаков-индикаторов. В настоящее время дешифровочные признаки принято делить на прямые, косвенные и комплексные. К прямым признакам относятся непосредственно принадлежащие опознаваемому объекту геометрические и оптические характери­ стики; к косвенным — количественные, пространственные, вре­ менные, функциональные, причинные зависимости между объек­ тами; к комплексным — общая структура модели и ее отдельных областей. Очевидно, прямые признаки являются сложными пер­ цептивными, а косвенные и комплексные — логически-перцеп- тивными. К ним подходит термин, предложенный в [297], «кон­ цептуальный» признак. Кроме того, в качестве специфических дешифровочных признаков используются статистические зависи­ мости между элементами природной обстановки [248]. На каждом

85

этапе построения образов и при переходе от одного этапа к другому используется определенная система перцептивных операций. В формально-логическом плане речь идет о построении рациональ­ ного алфавита источника сообщений через структурирование мно­ жества эталонных оптических избражений классов объектов, с уче­ том их вероятностей [250, 254]. Процедура формирования этало­ нов на основе «идеальных» оптических изображений показана на схеме 3. 4. При действии шумов она усложняется.

Поскольку информационные модели, по терминологии Д. А. Ошанина, могут быть отнесены к так называемым «вариатив­ ным объектам», их образы имеют оперативный (динамический) характер в зависимости от специфики решаемой задачи, окружаю­ щей ситуации, конкретных условий опыта [209]. Оперативный об­ раз должен достаточно надежно отражать «оперативную» струк­ туру объекта. По результатам исследований на одном уровне опо­ знания может функционировать несколько оперативных образов на один и тот же объект, образующих некоторую систему. Как будет показано ниже, одной из задач методики обучения дешифри­ рованию является целенаправленное формирование подобных систем образов. Сформированные таким путем эталонные образы можно рассматривать как минимизированные описания объектов, обеспечивающие их надежное опознание.

Переработка информации, извлеченной из прообраза и зафик­ сированной в эталонном образе, продолжается в последующих актах восприятия и в процессе хранения образов. Эта переработка связана с классификацией и обобщением информации. Можно различать первичные эталоны, обеспечивающие отражение ин­ дивидуальных черт'объектов внешней среды на конечном уровне основного множества, и вторичные эталоны разной степени генера­ лизации, отражающие обобщенные черты, присущие определенным классам^объектов различных алфавитов. Очевидно, что вторичные эталоны формируются в результате определенной мыслительной деятельности по абстрагированию от деталей, индивидуальных черт объектов. При формировании таких образов происходит сокращение взаимнооднозначных связей эталонных образов с про­ образами. Внешне растет гомоморфизм. Но это сокращение свя­ зей сопровождается обобщением последних при исключении пере­ сечения. Подобный гомоморфизм можно условно назвать «раци­ ональным», а отношения между обобщенными эталонными образами и объектами на конечном уровне отражения — «рационально­ гомоморфными». Причем эти образы классифицируются по степени категоричности, применительно к уровням классов, имеющих ал­ фавиты разной величины. Вторичные эталоны имеют «категориаль­ ный» характер. Они образуют таксономические системы иерархичес­ кого характера по определенным основаниям. Конечно, в процессе перцептивно-опознавательной деятельности они могут «пе­ рекрещиваться», но главное — в этажном построении образов

86