(2.9)-3.4 二維圖像如何轉(zhuǎn)換成三維物體？視覺計算理論與部件識別理論

二維圖像如何轉(zhuǎn)換成三維物體？

--視覺計算理論與部件識別理論課程導(dǎo)入物體識別是人類必需一種認知能力視知覺的核心問題之一視覺系統(tǒng)是如何從視網(wǎng)膜上的二維圖像構(gòu)建出對三維世界的表征學(xué)習(xí)目標知道視覺計算理論和部件識別理論的理

論觀點理解部件識別理論的實驗證據(jù)●代表人物

●計算神經(jīng)科學(xué)之父，DavidMarr

●獲得劍橋大學(xué)的數(shù)學(xué)學(xué)士學(xué)位和神經(jīng)科學(xué)博士學(xué)位

●

1980年因患白血病去世●

1982年，遺著《Vision》經(jīng)其學(xué)生整理由麻省理工學(xué)院出版社出版視覺計算理論●核心思想

●計算機解決視覺信息加工問題的過程●網(wǎng)膜像是知覺的起點，它可以提供充分的輸入信息

●視覺系統(tǒng)對網(wǎng)膜像進行序列分析的三個水平的表征●初級簡圖、次級簡圖和三維模型表征視覺計算理論的觀點●初級簡圖表征●捕獲網(wǎng)膜像中光線強度的急劇變化，即捕獲邊界和棱角的過程●次級簡圖表征●確定輪廓和結(jié)構(gòu)在視覺環(huán)境中相對于觀察者的方向和深度

●以觀察者為中心看到的環(huán)境輪廓，以觀察者為參照點的表征視覺計算理論的觀點●三維模型表征●從次級簡圖中抽取出輪廓和結(jié)構(gòu)●轉(zhuǎn)換成描述物體形狀的三維特征及相對位置●獨立于觀察位置和方向，視點獨立的模型視覺計算理論的觀點●描述物體的原始單元●是一些具有一根主軸的圓柱體，這些原始單元分層組織●物體識別

●構(gòu)建出來的三維模型表征與記憶中的三維模型表征比較的過程

●凹陷區(qū)和基于軸心的表征具有重要意義視覺計算理論的觀點

●人類視覺系統(tǒng)是如何識別物體的

●代表人物●IrvingBiederman（1939~）●在Marr和Nishihara的基礎(chǔ)上提出了部件識別理論

（recognitionbycomponents，RBC）部件識別理論●理論觀點

●物體識別從基本形狀或部件的加工開始?！窆灿?6種幾何部件（geon）。●幾何部件非常容易地被識別，能夠?qū)ξ矬w進行充分的

描述?！裢ㄟ^解析幾何部件和部件間的相互關(guān)系來識別三維物體●提出五種邊緣不變性：曲率、平行、共端性、對稱性、共線性。部件識別理論●實驗證據(jù)

●部件數(shù)目影響識別準確性

●假設(shè)：物體擁有的幾何部件數(shù)越多，就應(yīng)該越容易識別?！駥嶒灒阂?.1秒的呈現(xiàn)時間向被試逐個快速地呈現(xiàn)物體圖片。●結(jié)果：物體的構(gòu)成幾何部件數(shù)越多，識別速度就越快、準確率就越高。●后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)三個結(jié)合的組件就足以識別一個物體。部件識別理論●實驗證據(jù)

●凹面信息在識別中的重要性

●實驗：向被試呈現(xiàn)物體的降質(zhì)素描圖?！窠Y(jié)果：當(dāng)省略提供凹面信息的某些輪

廓時，物體識別變得更困難?！窠Y(jié)論：凹面信息在物體識別中起到重

要作用。部件識別理論●實驗證據(jù)

●物體識別依賴于邊緣信息而非表面信息。

●實驗：以50-100ms的時間向被試呈現(xiàn)物體的素描圖或全彩圖。

●結(jié)果：對彩色圖的識別比對素描圖的識別稍快，但錯誤率也稍高。

●結(jié)論：被試不能夠從彩色呈現(xiàn)的方式中獲益?！窈罄m(xù)研究表明這一結(jié)論是有爭議的。部件識別理論●實驗證據(jù)

●幾何部件檢測對物體識別來說至關(guān)重要。

●實驗：連續(xù)快速呈現(xiàn)兩個物體，要求判斷它們是否具有相同的名字

實驗條件包括幾何部件改變和幾何不變不變。●結(jié)果：幾何部件改變下的識別成績明顯低于幾何部件不變條件下的。部件識別理論●只適合解釋不精細的知覺分辨現(xiàn)象，沒有討論同類物體的精細知覺分辨問題?！窦俣ㄎ矬w識別是以物體為中心的，獨立于觀察點的表征與長時記憶中儲存的