СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2012, том 26, № 3, с. 195-203
ЗРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
УДК 612.821
ВЛИЯНИЕ ОКРУЖЕНИЯ НА ОШИБКИ ОПОЗНАНИЯ ПРИ КРАУДИНГ-ЭФФЕКТЕ
© 2012 г. В. Н. Чихман, В. М. Бондарко, А. Г. Голузина, М. В. Данилова, С. Д. Солнушкин
Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН 199034 Санкт-Петербург, наб. Макарова, 6 E-mail: vmbond@gmail.com
Поступила в редакцию 05.03.2012 г.
В центре поля зрения проведено сопоставление опознания изолированных тестовых стимулов и тех же стимулов, но с окружающими изображениями, расположенными на различных расстояниях от тестовых. При малых расстояниях между окружением и тестами наблюдали краудинг-эффект (ухудшение опознания). Полученные в обоих случаях ошибки опознания сравнивали посредством корреляционного анализа и с использованием математического моделирования. При близких расстояниях до окружения ошибки опознания тестовых объектов оказались менее скоррелированны-ми с ошибками опознания изолированных объектов, чем ошибки, полученные при дальнем расположении окружения. Определяли "расстояния" между изображениями в модели согласованной фильтрации и в модели, вычисляющей разность между спектрами изображений при совмещении у них центров тяжести. Наилучшее соответствие экспериментальным данным было получено при использовании модели согласованной фильтрации. Обсуждается гипотеза о возможном смешивании признаков тестовых и окружающих изображений и вклад внимания в опознание тестов в условиях краудинг-эффекта.
Ключевые слова: опознание, краудинг-эффект, ошибки опознания, моделирование, признаки изображений, внимание.
ВВЕДЕНИЕ
При близком расстоянии между изображениями часто наблюдается ухудшение в восприятии, получившее название "краудинг-эффект". Несмотря на относительно длительный период исследования краудинг-эффекта, первые наиболее известные публикации Вудроу относятся к 1938 г. (Woodrow, 1938), до сих пор не существует единого мнения о механизмах, лежащих в основе этого феномена (Atkinson, 1991; Flom, 1991; Levi, 2008; Pelli et al., 2004). Возможно, это связано с тем, что в зависимости от используемых изображений и условий их предъявления могут функционировать разные механизмы зрительной системы. Так, при изучении краудинг-эффекта на пределе разрешения зрительной системы в наших работах (Бондарко, Данилова, 2002; Данилова, Бондарко, 2002; Danilova, Bondarko, 2007) было показано, что ухудшение восприятия простирается на различные расстояния между тестовым сти-
мулом и окружением в зависимости от используемых стимулов и окружения. Было высказано предположение, что это расхождение может быть связано с преимущественным использованием для описания изображений различных рецептивных полей (РП) нейронов первичной зрительной коры, наилучшим образом осуществляющих задачу различения объектов с окружением. Но не только описанием изображений может определяться краудинг-эффект. Многие авторы предлагают учитывать и фактор внимания, особенно при периферическом предъявлении стимулов (Б1ош, 1991; Не ег а1., 1996; РеШ ег а1., 2004).
В своем обзоре Флом (Б1ош, 1991), внесший основополагающий вклад в изучение краудинг-эффекта на пределе разрешения зрительной системы (Б1ош ег а1., 1963а,Ь), пишет о том, что необходимо разделять механизмы краудинг-эффекта и взаимодействия между контурами изображений. По его мнению, взаимодействие между контурами - более простое явление, которое скорее
всего наблюдается в случае попадания окружения и стимула в одни и те же РП. Краудинг эффект -более сложный феномен, в который большой вклад вносит внимание. Он наблюдается при окружении стимула более сложными объектами. При объяснении краудинг-эффекта механизмами внимания предполагается, что при окружении отдельные признаки стимула с трудом объединяются в единый образ, они смешиваются с признаками окружения (He et al., 1996; Pelli et al., 2004). Объединение же признаков происходит на достаточно высоком уровне зрительной системы, выше уровня первичной зрительной коры. В настоящее время существует гипотеза о возможном смешивании признаков окружения с признаками тестовых объектов, которая проверяется рядом авторов (Levi et al., 2002; Freeman et al., 2011).
В нашей работе рассматривается вопрос о возможном смешивании признаков изображений в условиях краудинг-эффекта. С этой целью сравниваются экспериментальные ошибки опознания, полученные в разных экспериментах, отличающихся присутствием или отсутствием в поле зрения дополнительных изображений. Кроме того, предпринята попытка моделирования полученных экспериментальных данных при помощи наиболее часто используемых для описания процесса опознания моделей (Бондарко и др., 1999). В моделях вычисляются так называемые "расстояния" между изображениями в пространстве признаков, учитывающих пространственно-частотные характеристики изображений при максимальном совмещении изображений (модель согласованной фильтрации) и при условии совмещения у них центров тяжести. Частично результаты экспериментов с этими же изображениями приведены в нашей предыдущей работе (Бондарко и др., 2012), в которой была сделана попытка учесть фактор внимания. Однако в указанной работе мы не анализировали влияние окружения на ошибки опознания в зависимости от расстояния до окружения. В отличие от предыдущей работы, в настоящем исследовании анализируются ошибки в опознании и влияние на них окружения. Для этого были проведены дополнительные эксперименты по опознанию стимулов без окружения и осуществлено моделирование полученных результатов.
МЕТОДИКА
В качестве тестовых стимулов использовали шесть низкоконтрастных изображений, подобных буквам, предъявляемых в центре экрана. Размер тестовых изображений равнялся 1.1, 2.1 или
S S <М 91 &
Рис. 1. Набор тестовых изображений. Внизу указаны цифры, которые наблюдатели использовали при ответе.
4.3 угл.град. Дополнительными изображениями были цифры от 1 до 9 размером 1.3 угл.град, которые предъявлялись на различном расстоянии от центра экрана. На рис. 1 показан набор тестовых изображений. Под тестовыми изображениями проставлены номера, которые наблюдатели использовали при ответе. Было проведено два разных эксперимента с этими стимулами. В одном эксперименте использовались только тестовые изображения, появляющиеся в центре экрана. В другом эксперименте тестовые изображения предъявлялись также в центре экрана либо без дополнительной цифры, либо одна из цифр появлялась вверху или внизу, справа или слева от центра экрана, либо в центре экрана за 30 мс до тестового изображения. Подробнее методика экспериментов с использованием цифр в качестве окружения описана в нашей работе (Бондарко и др., 2012).
Время предъявления тестовых изображений устанавливали в рамках 30-50 мс. Контрасты тестовых объектов меняли в пределах от 0.02 до 0.03 для разных наблюдателей. Стимулы предъявляли бинокулярно с расстояния 115 см до экрана монитора.
В экспериментах с использованием изолированных тестовых изображений с равной вероятностью предъявляли шесть тестовых стимулов одного размера. В экспериментах по изучению краудинг-эффекта кроме шести стимулов одного размера предъявляли одну из девяти цифр в шести вариантах их расположения на экране (цифра вверху справа или слева, внизу справа или слева, цифра в центре, цифра отсутствует) при фиксированном расстоянии. Наблюдатель смотрел в центр экрана, его задачей было опознать стимул в
случае экспериментов с изолированными изображениями и опознать цифру и тестовое изображение в случае экспериментов с окружением.
Каждый эксперимент состоял из трех серий, которые отличались размером тестовых изображений. Каждую серию с окружением в случайном порядке проводили отдельно для фиксированных расстояний до дополнительных цифр в разные дни. В каждой серии также предъявляли изолированные тестовые изображения. В работе приведены суммарные данные по 10-20 повторениям каждой серии с каждым расстоянием, что соответствует 540-1080 предъявлениям каждого тестового стимула одного размера при фиксированном расстоянии до цифр. Наблюдатели предварительно были ознакомлены с алфавитом изображений. Применялась методика вынужденного выбора. Ответ "не знаю" разрешен не был. Регистрировали правильные и неправильные ответы на тестовые стимулы в условиях присутствия и отсутствия цифр и ответы на цифры. По ответам строили матрицы смешиваемости в различных условиях наблюдения. В результате исследований были получены матрицы распределения ответов Ау о форме предъявленных изображений: _|-й столбец матрицы содержит общее количество ответов "вижу ]-й стимул" при предъявлении 1-го стимула. При формировании этих матриц суммировали данные по опознанию каждого из шести изображений по всем опытным дням для каждого наблюдателя отдельно.
В экспериментах приняло участие трое наблюдателей (НВ, ОБ и ВЧ) с нормальной или откорректированной до нормального уровня остротой зрения.
Для сравнения данных провели корреляционный анализ между ошибками, полученными в случае присутствия и отсутствия окружения. Были рассчитаны ответы для двух моделей, применяемых при описании процесса опознания объектов, учитывающих спектральные характеристики изображений. В одной модели сравнивали спектры изображений при совмещении у них центров тяжести, в другой добивались максимального совмещения спектров у изображений. Заметим, что в силу равенства Парсеваля безразлично - сравнивать ли спектры изображений или поточечные описания самих изображений.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Подробно результаты с определением зависимостей вероятности опознания тестового объекта от расстояния до окружения изложены в нашей предыдущей работе (Бондарко и др., 2012).
Расстояние, угл.град.
Рис. 2. Зависимость вероятности опознания от расстояния до окружения.
Ось абсцисс - расстояние между ближайшими краями тестовых и окружающих изображений, угл. град. Ось ординат - вероятность правильного опознания. Данные наблюдателя ОБ, размер тестовых изображений 1.1 угл.град. Кривые 1 - цифры нет на экране, 2 -цифра присутствует на определенном расстоянии до тестового объекта.
В настоящей работе для иллюстрации наличия краудинг-эффекта, выявленного при бл
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.