Точно Не проект 2 / Не books / Источник_1
.pdf562 |
Глава 10 |
|
|
среде, а также при выполнении коммуникативных функций (тексты, диаграммы, картины и т.д.). Поэтому не удивительно, что примерно одна четвертая часть нашего мозга (половина коры головного мозга) относится к системе зрения. Источниками знаний о системе зрения человека являются:
-нейроанатомия (изучает строения мозга посредством препарирования);
-анатомия мозга (изучает дисфункции после повреждений мозга);
-нейрофизиология (изучает электрические сигналы нейронов);
-психофизические эксперименты (реакции на различные стимулы);
-самоанализ (к сожалению, не очень полезно).
Рассмотрим кратко некоторые результаты исследований в указанных областях.
Нейроанатомический и нейрофизиологический подходы. Общая схема глаза человека изображена на рисунке 10.6. [40]. Устройство глаза имеет много общего с оптическими приборами, например, с ПЗС камерой. При этом имеется и много отличий: диафрагма и фокусное расстояние хрусталика глаза изменяются с помощью мышц; изображение проецируется на вогнутую поверхность сетчатки; плотность фоторецепторов на поверхности сетчатки зависит от расстояния до центральной ямки. Имеются и другие существенные отличия.
Рисунок 10.6 – Строение глаза человека
Компьютерное зрение |
563 |
|
|
Рецепторы глаза. Сетчатка содержит большое количество светочувствительных рецепторов. Рецепторы подразделяются на палочки и колбочки в соответствии с их формой. В глазу человека имеется 120 миллионов палочек и 6 миллионов колбочек. Распределение палочек и колбочек на поверхности сетчатки показано на рисунке 10.7 [40]. Палочки реагируют на низкие, а колбочки на более высокие световые уровни. Имеются три типа колбочек, которые являются чувствительными к различным длинам световых волн (рисунок 10.8)[40].
Височная сторона Носовая сторона Рисунок 10.7 – Число палочек и колбочек на миллиметре сетчатки в
зависимости от угла отклонения от зрительной оси
Рисунок 10.8 – Относительная чувствительность (S) колбочек
Предварительная обработка данных в глазу. В сетчатке обнаружена вертикальная и горизонтальная организация (рисунок 10.9). Горизонталь-
Компьютерное зрение |
565 |
|
|
первичной зрительной коры.
Зрительная кора. Входящие аксоны соединяются со зрительной корой так, чтобы смежные области поля зрения оставались смежными и в зрительной коре с одним исключением: поле зрения разбивается в вертикальном направлении на две части и границы этих двух областей расположены в зрительной коре далеко друг от друга. Масштаб отображения поля зрения в зрительной коре не является постоянным. Области поля зрения с высоким разрешением (соответствуют центральной ямке) занимают большую часть поверхности зрительной коры, чем области с низким разрешением. Вместе с тем структура зрительной коры однородная и, что весьма важно, слоистая. Аксоны достигают самых внешних слоев коры (около черепа). Далее связи идут к следующим слоям в направлении от черепа и т.д. Наряду с вертикальными связями, имеются также и горизонтальные связи, которые могут быть весьма протяженными.
Рисунок 10.10 – Зрительные пути в мозгу человека
Нейроны зрительной коры как детекторы признаков. Если в по-
ле зрения лабораторного животного создавать различные световые стимулы, то электрические сигналы нейронов можно обнаружить с помощью тончайших электродов, которые вводят непосредственно в нейроны или помещают рядом с ними. При объяснении реакции нейронов на световые стимулы используется концепция рецептивного поля нейрона [46]. В соответствии с этой концепцией каждый нейрон реагирует на стимулы в определенной области поля зрения.
Компьютерное зрение |
567 |
|
|
темными, чем сами белые полосы. На рисунке изображены два рецептивных поля с on-центром – одно на пересечении белых полос, а другое на некотором расстоянии от места пересечения. Для рецептивного поля, находящегося на пересечении полос, наблюдается большая часть его подавляющей кольцевой области, по сравнению со вторым полем. Это и создаёт темное пятно в центре первого рецептивного поля. Противоположный эффект получается при негативном изображения сетки, т. е. сетки, состоящей из темных полос на белом фоне. В этом случае будут видны несколько более яркие пятна на пересечениях. Здесь эффект объясняется рецептивными полями с off-центрами.
Имеются нейроны с различными размерами рецептивных полей, радиусы которых могут отличаться в десятки раз.
Нейроны с рецептивными полями круговой симметрии найдены не только в сетчатке, но и в первичной зрительной коре. Имеются также нейроны с удлиненными рецептивными полями. Они относятся к классу так называемых простых клеток. Рисунок 10.13 поясняет, каким образом можно получить детектор ярких строк на основе нескольких нейронов с рецептивными полями круговой симметрии. Это, конечно, всего лишь гипотеза.
Рисунок 10.13 – Нейронный детектор ярких строк
Чтобы выяснить функции нейронов, через отверстие в черепе лабораторного животного (в большинстве случаев макак из-за подобия их мозга человеческому мозгу) в зрительную кору вводят тончайший электрод и осторожно меняют его позицию. При некоторых положениях электрода обнаруживаются электрические сигналы в ответ на визуальный стимул, создаваемый в определенных точках поля зрения. Хотя такой подход кажется