視覺(jué)系統(tǒng)前級(jí)時(shí)間特性的研究.pdf

1、視覺(jué)系統(tǒng)加工時(shí)空信息的過(guò)程通常被分為三個(gè)主要階段：1，信號(hào)轉(zhuǎn)換階段； 2，特征提取階段；3，信息使用階段。在信號(hào)轉(zhuǎn)換階段，視覺(jué)系統(tǒng)前級(jí)(early stageof visual system)將視網(wǎng)膜上的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為感覺(jué)響應(yīng)，進(jìn)一步的高級(jí)認(rèn)知活動(dòng)都是基于這一響應(yīng)。 視覺(jué)信息包括兩個(gè)方面，一方面是亮度在空間上的分布；另一方面是這一分布隨時(shí)間的變化。視覺(jué)系統(tǒng)的時(shí)間特性對(duì)于其處理亮度變化的信息具有重要意義。 以視覺(jué)系

2、統(tǒng)的整合時(shí)間為例：一方面，整合時(shí)間不能太短，因?yàn)楣馐怯晒庾咏M成，本質(zhì)上是離散信號(hào)，視覺(jué)系統(tǒng)必須要將適當(dāng)時(shí)間內(nèi)射入的光子整合成為圖像，然后將圖像轉(zhuǎn)換成感覺(jué)表征；另一方面，整合時(shí)間也不能太長(zhǎng)，否則，先后出現(xiàn)的視覺(jué)刺激將很容易相互干擾?？梢?jiàn)，視覺(jué)系統(tǒng)必須有合適的時(shí)間特性，才能在形成穩(wěn)定而連貫的場(chǎng)景的同時(shí)，又避免不同圖像發(fā)生疊加而相互干擾。 為了弄清楚視覺(jué)系統(tǒng)前級(jí)的時(shí)間特性并對(duì)其建立模型，人們進(jìn)行了大量的研究。在對(duì)人類視覺(jué)進(jìn)行建模的研究

3、中，人們發(fā)現(xiàn)可以將視覺(jué)系統(tǒng)前級(jí)看作是一個(gè)線性濾波器。 我們知道，求一個(gè)復(fù)雜信號(hào)作用于線性系統(tǒng)后的零狀態(tài)響應(yīng)，可以先把這個(gè)復(fù)雜信號(hào)分解成許多沖激函數(shù)。求系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)，將這些沖激函數(shù)分別施加于系統(tǒng)并分別求出其解，然后再利用迭加原理求得總響應(yīng)。可見(jiàn)，要準(zhǔn)確地對(duì)視覺(jué)系統(tǒng)前級(jí)建立線性模型，最重要的就是要得到其沖激響應(yīng)函數(shù)。然后，根據(jù)線性系統(tǒng)的性質(zhì)，就能計(jì)算出任意輸入條件下視覺(jué)系統(tǒng)前級(jí)的響應(yīng)，進(jìn)而合理地解釋和預(yù)測(cè)基于該響應(yīng)而做出的行為反應(yīng)。

4、 為了得到視覺(jué)系統(tǒng)前級(jí)的沖激響應(yīng)函數(shù)，人們利用雙脈沖視覺(jué)刺激實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了大量的研究。實(shí)驗(yàn)中，兩個(gè)視覺(jué)脈沖刺激以某一時(shí)間間隔(Inter Stimulus Interval,ISI)先后呈現(xiàn)，而在空間上完全重合。根據(jù)線性濾波器模型，它們所引起的兩個(gè)響應(yīng)將會(huì)迭加形成一個(gè)總響應(yīng)。如果調(diào)節(jié)兩個(gè)脈沖刺激間的ISI，迭加所得總的感覺(jué)響應(yīng)將會(huì)隨之改變，由于進(jìn)一步的加工都是基于這一響應(yīng)，因此，被試完成認(rèn)知任務(wù)的成績(jī)會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的變化。研究者根據(jù)被試

5、的成績(jī)，就可以判斷出兩次脈沖響應(yīng)相互作用的性質(zhì)與強(qiáng)度，進(jìn)而推測(cè)單個(gè)沖激響應(yīng)函數(shù)(Impulse-ResponseFunction，IRF)的形態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，在探測(cè)、字符識(shí)別、明度知覺(jué)等認(rèn)知過(guò)程中普遍存在著時(shí)間抑制，這意味著，視覺(jué)系統(tǒng)前級(jí)的沖激響應(yīng)中有負(fù)相波。 現(xiàn)有研究的著眼點(diǎn)集中于一定刺激強(qiáng)度條件下，視覺(jué)系統(tǒng)前級(jí)沖激響應(yīng)的形態(tài)特征，特別是負(fù)相波的存在性及其數(shù)量。一個(gè)更為基本的問(wèn)題是：不同的視覺(jué)刺激作用下，視覺(jué)系統(tǒng)前級(jí)的沖激響應(yīng)將

6、受到怎樣的影響。這一問(wèn)題直接關(guān)系到將視覺(jué)系統(tǒng)前級(jí)看作是線性濾波器這一基本理論假設(shè)。我們知道，線性系統(tǒng)必須同時(shí)具有齊次性和迭加性。傳統(tǒng)的探測(cè)任務(wù)實(shí)驗(yàn)、字符識(shí)別實(shí)驗(yàn)都無(wú)法直接對(duì)上述性質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)。Manahilov 采用明度匹配實(shí)驗(yàn)，通過(guò)引入假設(shè)，測(cè)量了視覺(jué)系統(tǒng)前級(jí)的沖激響應(yīng)和階躍響應(yīng)。所引入的假設(shè)為：人知覺(jué)到的明度大小取決于視覺(jué)系統(tǒng)前級(jí)響應(yīng)的最大值。根據(jù)線性系統(tǒng)的特性，如果系統(tǒng)的沖激響應(yīng)是三相波，那么該系統(tǒng)的階躍響應(yīng)應(yīng)當(dāng)是有正負(fù)極的雙相波形

7、，Manahilov的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： 視覺(jué)系統(tǒng)前級(jí)的沖激響應(yīng)與階躍響應(yīng)的形態(tài)特征確實(shí)符合上述預(yù)測(cè)。這證明了視覺(jué)系統(tǒng)前級(jí)具有迭加性。但是，迄今為止，視覺(jué)系統(tǒng)前級(jí)是否具有齊次性還沒(méi)有得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 為此，本文借鑒Manahilov的明度知覺(jué)實(shí)驗(yàn)，對(duì)視覺(jué)系統(tǒng)前級(jí)的沖激響應(yīng)進(jìn)行了一系列的研究，取得了如下成果： 1．測(cè)量得到了人類視覺(jué)系統(tǒng)前級(jí)的整合時(shí)間，為雙脈沖視覺(jué)刺激實(shí)驗(yàn)時(shí)間參數(shù)的選擇提供了依據(jù)。 2．利用明度比