Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Восприятие. Теории распознавания паттернов

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1. Восприятие как познавательный процесс 4

2. Распознавание паттернов. Теории распознавания паттернов 7

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 14

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 15

ЗАДАНИЯ 16

ВВЕДЕНИЕ

Практически всю информацию об окружающем мире человек получает через систему восприятия. Эта информация необходима для жизнеобеспечения человека и ориентации в пространстве. Поэтому проблема зрительного восприятия является одной из фундаментальных проблем современности. Возникнув на заре прогресса человеческой мысли, она остается актуальной и в настоящее время.

Удивительным свойством восприятия является его способность опознавать знакомые паттерны сенсорной информации. Благодаря этому свойству мы можем узнать старого знакомого среди моря лиц, по нескольким нотам определить всю музыкальную пьесу, можем прочитать слова, наслаждаться вкусом марочного вина или восхищаться запахом розы. Когнитивная система, как правило, отличается тем, что работает слаженно, быстро и без особых усилий. В теории восприятия сложилось несколько подходов к проблеме распознавания паттернов.

Цель работы – рассмотреть основные подходы к пониманию процесса распознавания паттернов.

Задачи работы:

Обозначить свойства и характеристики восприятия как познавательного процесса;
Рассмотреть особенности процесса восприятия объектов;
Проанализировать основные теоретические позиции в распознавания паттернов.

1. Восприятие как познавательный процесс

Восприятие - это целостное отражение предметов, ситуаций, явлений, возникающих при непосредственном воздействии физических раздражителей на рецепторные поверхности органов чувств. Еще Э. Титченером было замечено, что «восприятие происходит, когда большая часть простых процессов, входящих в состав сложного, являются результатом возбуждения органа ощущения» [7].

Но это не означает, что восприятие – это простая сумма ощущений. Для того, чтобы создать единый, одновременно постоянный и динамичный образ среды необходима активная работа психики. Человек живет не в мире изолированных световых или цветовых пятен, звуков или прикосновений, он живет в мире вещей, предметов и форм, в мире сложных ситуаций. Все, что бы человек ни воспринимал, неизменно предстает перед ним в виде целостных образов. Опираясь на совместную работу органов чувств, происходит синтез отдельных ощущений в сложные комплексные системы. Лишь в результате такого объединения изолированные ощущения превращаются в целостное восприятие, переходят от отражения отдельных признаков к отражению целых предметов или ситуаций.

Восприятие, как и ощущение — процесс рефлекторный. В его основе лежат условные рефлексы, временные нервные связи, появляющиеся в коре головного мозга в результате воздействия предметов и явлений внешнего мира на рецепторы [3].

Физиологическая основа восприятия — комплексная деятельность системы анализаторов. Первичный анализ, который совершается в рецепторах, дополняется сложной деятельностью мозговых звеньев корковых отделов анализаторов, где происходит анализ и синтез комплексных раздражителей. Анализ дает возможность выделить объект из общего фона и благодаря свойствам объекта восприятия объединить его в целостный образ.

При восприятии человек может видеть, слышать, ощущать, и весь комплекс действующей сенсорной информации вызывает у него возбуждение зрительных, слуховых, двигательных рецепторов. Это возбуждение передается в мозговые корковые центры. В результате образуются сложные системы временных нервных связей, определяющие целостность восприятия.

Участки мозга, отвечающие за ту или иную когнитивную операцию (то есть за "базовые алгоритмы"), весьма четко локализованы в пространстве. При этом центры, отвечающие за зрительное восприятие, расположены в пространстве соответственно тем частям, за которые они отвечают.

Всякий предмет или явление воспринимается человеком в определенном соотношении частей. В некоторых случаях значимыми оказываются не столько сами составные части, сколько отношения, в которых они находятся между собой. Так, например, при восприятии песен, романсов, арий, они воспринимаются как знакомые, независимо от исполнителя, если верно сохранены гармонические отношения между звуками.

В основе восприятия лежат два вида нервных связей: в пределах одного анализатора и межанализаторные связи. Предыдущий пример как раз относится к первому виду, здесь мелодия является комплексным раздражителем, представляющим собой своеобразное сочетание отдельных звуков, воздействующих на слуховой анализатор.

Другой вид нервных связей — это связи в пределах разных анализаторов. Например, в акте зрения, человек воспринимает величину, удаленность предметов и т.д. и в это время его зрительные ощущения всегда связаны с мышечными.

Имея связи, образуемые между анализаторами, мы можем отражать такие свойства предметов и явлений, для которых нет специальных анализаторов — это величина предметов, удельный вес и др. Следовательно, в восприятии мы можем лучше познать мир, чем в ощущении.

Итак, восприятие — это познавательный психический процесс, состоящий в целостном отражении предметов, ситуаций и событий, возникающий при непосредственном воздействии физических раздражителей на рецепторные поверхности органов чувств [5].

В результате деятельности восприятия (перцептивной деятельности, от лат. perceptio — восприятие) в субъективном пространстве формируется образ восприятия, или перцептивный образ объекта, ситуации или иного события, который обладает свойствами, отличными от свойств ощущений, на основе которых он строится. Таким образом, образ восприятия — не просто совокупность ощущений хотя бы потому, что сами ощущения в процессе построения этого образа могут претерпевать определенные, иногда существенные изменения. Образ восприятия, как и ощущение, является чувственным образом объекта, причем образом, который возникает и существует при непосредственном, здесь-и-сейчас присутствии как субъекта, так и самого объекта. Обладая собственными механизмами, восприятие строит образ объекта или опознает его вместе с процессами ощущения.

Каждый образ восприятия является результатом интеграции ощущений нескольких модальностей, прежде всего зрительной, слуховой и тактильно-кинестетической. Звук будильника сливается с его формой, цветом, весом и гладкой поверхностью в единый образ будильника. Восприятие в то же время всегда в большей или меньшей степени связано также с мышлением, памятью, вниманием, направляется мотивацией и имеет определенную эмоциональную окраску.

Образ, складывающийся в результате процесса восприятия, предполагает взаимодействие, скоординированную работу сразу нескольких анализаторов. В зависимости от того, какой из них работает активнее, перерабатывает больше информации, получает наиболее значимые признаки, свидетельствующие о свойствах воспринимаемого объекта, различают и виды восприятия. Соответственно выделяют осязательное, зрительное и слуховое восприятие.

Четыре анализатора – кожный, мышечный, зрительный, слуховой – чаще всего выступают как ведущие в процессе восприятия [4].

2. Распознавание паттернов. Теории распознавания паттернов

Паттерн – сложное сочетание сенсорных стимулов, познаваемых человеком, как член некоторого класса объектов. Распознавание паттернов определяет как информация, воздействующая на органы чувств, так и знания, которые хранятся в памяти [6].

По сути, распознавая объекты, мы делаем выводы о множестве скрытых свойств объекта. Например, если это рубашка или костюм, то они сделаны из ткани, они предназначены для того, чтобы их носить. Если это собака, то она может выполнять охранные функции, а следовательно, может наброситься на нас в случае наших неверных действий и т. д. Таким образом, распознавание — это то, что позволяет выйти за пределы чувственного отображения свойств предмета [1].

Даже самое обычное распознавание паттернов включает сложное взаимодействие ощущения, восприятия и когнитивного поиска с целью идентификации стимулов. В настоящее время принято выделять в процессе распознавания объектов несколько этапов, одни из которых предварительные, другие — завершающие. На предварительных этапах перцептивная система использует информацию с сетчатки глаза и описывает объект на языке элементарных составляющих, таких как линии, края и углы. На завершающих этапах система сравнивает это описание с описаниями форм разного рода объектов, хранящихся в зрительной памяти, и выбирает наилучшее ему соответствие. Причем при распознавании большая часть обработки информации как на предварительных, так и на завершающих этапах распознавания недоступна сознанию.

Представление о распознавании паттернов включает следующие человеческие способности:

Способность	Пример
Распознавать знакомые паттерны быстро и с высокой степенью точности Оперировать незнакомыми объектами	Мы легко узнаем лица друзей, интерьер своего дома и дорожные знаки Даже если мы никогда не видели необычную форму (например, букву Анеобычной формы), наша система зрительного восприятия может анализировать ее
Точно воспринимать объекты, которые расположены или вращаются под различными углами	Мы узнаем кофейную чашку, даже если она перевернута вверх дном
Идентифицировать частично скрытые или замаскированные различным «шумом» объекты	Мы заключаем, что скрытые части объектов существуют, как в случае скрытых за кадром части туловища и ног телерепортеров
Быстро, субъективно легко и автоматически распознавать паттерны	Мы двигаемся через мир, формы и объекты которого постоянно изменяются, и все же мы быстро и без особых усилий обрабатываем эту информацию

Психологи, изучающие восприятие, разработали две основные теории восприятия мира людьми. Согласно первой — теории конструктивного восприятия, — люди «конструируют» воспринимаемые образы, активно отбирая стимулы и объединяя ощущения с воспоминаниями. Согласно второй — теории прямого восприятия, — восприятие заключается в прямом приобретении информации из окружающей среды, Сначала рассмотрим позицию конструктивистов.

Теория конструктивного восприятия основана на представлении, что в процессе восприятия мы формулируем и проверяем гипотезы о воспринимаемых объектах на основе того, что ощущаем и что уже знаем. Таким образом, восприятие — это общий результат того, что поступает через нашу сенсорную систему и что мы уже знаем о мире благодаря опыту. По мнению конструктивистов, мы видим в равной степени благодаря мозгу с его богатым запасом знаний о мире и глазам (и другим органам чувств), которые обеспечивают нас новой сенсорной информацией. Эта теория близка к представлению о сенсорной обработке «сверху вниз» и согласуется с точкой зрения многих когнитивных психологов, работающих над проблемой распознавания зрительных паттернов, например Джерома Брунера, Ричарда Грегори и Ирвина Рока. Она ведет начало от классических исследований Германа фон Гельмгольца, проведенных им в конце ХI Хвека.

Согласно теории прямого восприятия, содержащаяся в стимулах информация — важный элемент в восприятии, а научение и другие когнитивные процессы необходимы при восприятии. Ведущим сторонником этой теории был Джеймс Гибсон и его последователи в Корнеллском университете, включая Джеймса Каттинга, который утверждал, что «прямое восприятие предполагает, что богатство оптической матрицы лишь отражает богатство мира». Идея состоит в том, что стимул содержит достаточно информации для правильного восприятия и не требует внутренних репрезентаций. Воспринимающий в процессе восприятия делает минимальную работу, потому что мир предлагает достаточно информации и ему остается лишь конструировать образы восприятия и делать умозаключения. Восприятие заключается в прямом получении информации из окружения.

Одно из теоретических объяснений общности канонических перспектив состоит в том, что через общий опыт восприятия объектов мы создаем постоянные воспоминания наиболее репрезентативного вида объекта, сообщающего наибольшее количество информации о нем. Мы храним понятия об общих классах объектов и используем своего рода зрительную стенографию, чтобы рассказать другим о наших впечатлениях.Экспериментальные данные подтвердили эти выводы.

Макс Вертгеймер выделил ряд факторов распознавания:

1. Сходства – в фигуру объединяются элементы, имеющие близкие свойства. При прочих равных условиях, если несколько одинаковых раздражителей предъявлено совместно, существует тенденция объединять сходные элементы в группы. Пример, столбик крестиков и ноликов.

2. Близость – из множества элементов в одно целое с большей вероятностью объединяются те, которые пространственно ближе всего расположены друг к другу. Пример, полоски близко и широко расположенные друг с другом

3. «Общая судьба» - если группа каких-либо элементов движется относительно окружения в одном и том же направлении и с одно и той же скоростью, то возникает тенденция воспринимать эти элементы как не самостоятельные фигуры. Пример, взять три точки, которые будут двигаться в одном и том же направлении среди прочих точек, которые движутся неравнозначно. Мы эти точки в одном направлении будем воспринимать как одну фигуру.

4. Хождение без остатка – перцептивное объединение элементов осуществляется так, чтобы все они были объединены в образующую фигуру. Пример, воспринимаем отдельных 4 столба благодаря элементам.

5. «Хорошая линия» - определяет восприятие пересечения двух и более элементов.

6. Замкнутость – из двух возможных перцептивных организация одна ведёт к образовании фигуры замкнутым контуром, а другая с открытым, то воспринимается замкнутая фигура. Пример, очерчивание крыла утки.

7. Установка наблюдателя – в качестве фигуры выступают те элементы, на которое обращено внимание наблюдателя. Пример, Ревизор.

8. Прошлый опыт – влияние оказывает влияние тогда, когда изображение имеет определённый смысл.

Другие подходы к проблеме распознавания образов

1. Теория гештальта. Распознавание паттернов основано на восприятии целого стимульного паттерна. Отдельные части целостной конфигурации приобретают свое значение, находясь в составе целого.

2. Принцип обработки информации снизу вверх и сверху вниз – распознавание по принципу снизу вверх соответствует принципу от частого к общего и от общего к частному, а принцип сверху вниз – наоборот.

Опознание паттерна может начинаться с описаний его частей, которые затем суммируются (обработка «снизу вверх»), или с выдвижения наблюдателем гипотезы, позволяющей опознать паттерн в целом, а затем — его составные части (обработка «сверху вниз») [6].

3. Принцип эталона - это некоторая внутренняя структура, которая при её сопоставлении с сенсорным стимулами позволяет опознать объект. Действует в том случае, когда совпадение сенсорного стимула соответствует внутренней форме. Пример, индекс на конверте.

Положительный момент: для того, чтобы произошло опознание необходимо восприятию контактировать с долговременной памятью.

Отрицательные моменты: опознание возможно только тогда, когда между внешним объектом и эталоном существует отношение 1:1; у человека должно быть несчётное количество эталонов; для того, чтобы распознать эталон, доступ к памяти должен занимать довольно много времени.

Идея сравнения с эталоном предполагает, что распознавание паттерна происходит в случае точного совпадения сенсорного стимула с соответствующей внутренней формой. Эта идея имеет теоретическое и практическое значение, но не может объяснить многие сложные когнитивные процессы, такие как способность правильно опознавать малознакомые формы и фигуры.

4. Распознавание по прототипу (альтернативная теория).

Прототип – своеобразная абстракция паттерна, которая позволяет распознать образ, даже если он не идентичен прототипу, а только похож на него. Гипотеза формирования прототипов утверждает, что восприятие паттерна происходит в результате сравнения стимулов с абстракциями, хранящимися в памяти и служащими в качестве идеальных форм, с которыми сравниваются стимульные паттерны. В теории прототипов предложены две модели: модель центральной тенденции, согласно которой прототип представляет собой среднее из набора образцов; и модель частоты признаков, согласно которой прототип представляет собой некую форму или результат суммирования наиболее часто встречающихся признаков. Пример, множество букв А, и в тоже время это не буква Б.

В исследовании возникли две теоретические модели в формировании прототипов.

1 модель: Центральная тенденция. Представитель: Абрахам Рид, Килл и Познер. Прототип представляет собой среднее из всех экземпляров.

2 модель: Модель частоты признаков. Представитель: Маккартни, Солсен, Нойман. Это наиболее частое сочетание встречающихся признаков.

5. Детальный анализ – обработка информации, которой предшествует этап идентификации исходных стимулов по их более простым деталям, то есть осуществляет анализ составляющих деталей. Пример, буква А разобранная на части. Принцип подетального анализа гласит, что распознавание паттернов происходит только после того, как стимулы будут проанализированы по их элементарным компонентам. Эта гипотеза подтверждается результатами неврологических и поведенческих экспериментов.

6. Теория геонов. Существует альтернатива жесткой модели сравнения с эталоном, требующей бесчисленных миллионов форм для сравнения с ними повседневных образов мира. Она предполагает, что человеческая система обработки информации имеет ограниченное число простых геометрических «базисных элементов», которые могут быть применены к сложным формам. Теория была сформулирована Ирвингом Бидерманом из Университета Южной Калифорнии. Представления Бидермана о восприятии формы основаны на понятии геон (сокращение от «геометрические ионы»). Например, чашка составлена из двух геонов: цилиндра (емкость для воды) и эллипса (ручка). Теория геонов, как ее сформулировал Бидерман, предполагает, что распознавание объекта, например телефона, чемодана или еще более сложных форм, состоит из распознавания по компонентам, при котором в сложных формах обнаруживаются простые формы. Геоны — это 24 особые формы, и, подобно буквам алфавита, они образуют определенную систему. При объединении они формируют более сложные формы, так же как буквы, из которых составлены слова на этой странице. Число различных форм, которые могут быть получены путем объединения первичных форм, является астрономическим. Бидерман считает, что мы используем приблизительно 30 тысяч сложных форм, из которых мы имеем названия только для 3 тысяч.

7. Еще одна альтернативная теория связана с попыткой моделирования когнитивных процессов человека на компьютере - информационный подход. Это одна из наиболее влиятельных теорий зрительного восприятия и распознавания предметов, которая была предложена Д. Марром в 1982 г. Он предположил, что восприятие представляет собой последовательность этапов возрастающей сложности и может быть смоделировано при помощи компьютера. По его мнению, человек последовательно извлекает информацию из окружающей среды и одновременно включает полученные сведения в уже имеющиеся схемы или паттерны в соответствии с законом возрастающей детализации.

Процесс восприятия начинается с возникновения первичного наброска, т.е. двухмерного отображения информации о контурах, краях и пятнах на основе изменчивости интенсивности света в зрительном поле.Затем возникает набросок, который Д. Марр обозначает как «2-D» (D – первая буква английского слова «dimensional», означающего «мерный»). Это отображение основано на информации о затенении, бинокулярной диспарантности и движении и служит для описания относительной глубины и направленности видимых поверхностей. Процесс восприятия завершается, когда возникает трехмерное отображение («3D»), которое не зависит от положения, занимаемого наблюдателем.

Теория Д. Марра представляет интерес с точки зрения компьютерного моделирования сенсорных систем и искусственного интеллекта [2]. Д. Марр пытался моделировать зрительное восприятие, но полного успеха не достиг, это говорит о том, что зрительное восприятие еще более сложно, чем предполагалось. Очевидно, все теории имеют право на существование, поясняя лишь часть всего сложного процесса восприятия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Восприятие, сложная система процессов приёма и преобразования информации, обеспечивающая организму отражение объективной реальности и ориентировку в окружающем мире. Восприятие вместе с ощущением выступает как отправной пункт процесса познания, доставляющий ему исходный чувственный материал. Будучи необходимым условием процесса познания, восприятие в этом процессе всегда так или иначе опосредуется деятельностью мышления и проверяется практикой. Вне такого опосредования и проверки восприятие может выступать источником как истинного знания, так и заблуждения, иллюзии.

Существует несколько теоретических подходов к объяснению способности человека идентифицировать и обрабатывать зрительные паттерны: теория гештальта, принципы обработки информации «снизу вверх» и «сверху вниз», сравнение с эталоном, подетальный анализ, прототипное сравнение, теория геонов и информационный подход.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Величковский, Б. М. Когнитивная наука. Основы психологии познания : учебное пособие : в 2 т. / Б. М. Величковский. - М. : Академия, 2006. – Т. 2.
Когнитивная психология. Учебник для вузов / Под ред. В. Н.Дружинина, Д. В. Ушакова — М.: ПЕР СЭ, 2006.
Лурия А.Р. Ощущения и восприятие. — М., 1975.
Маклаков А. Г.Общая психология. — СПб.: Питер, 2001.
Рубинштейн С. Л. Основы общей психологии - СПб: Издательство «Питер», 2000
Солсо, Р. Когнитивная психология / Р. Солсо. – СПб. : Из-во Питер, 2007. – 496 с.
Титченер. Э. Очерки психологии. – СПб., 1998.

ЗАДАНИЯ

Задание 1.

понятие	содержание	объем
Восприятие	это целостное отражение предметов, ситуаций, явлений, возникающих при непосредственном воздействии физических раздражителей на рецепторные поверхности органов чувств.	Виды восприятия по форме существования: 1.Восприятие пространства, 2.Восприятие времени, 3.Восприятие движения. По модальной основе: 1.Зрительно восприятие, 2.Слуховое восприятие, 3. Осязательное восприятие, 4.Слуховое восприятие, 5.Вкусовое.
Распознавание паттернов	Паттерн – сложное сочетание сенсорных стимулов, познаваемых человеком, как член некоторого класса объектов. Распознавание паттернов это процесс идентификации стимулов; среди перцептивных и когнитивных способностей человека эта является одной из наиболее развитых.	Этапы распознавания паттернов: Предварительные, Завершающие. Способности распознавания паттернов: 1.Распознавать знакомые паттерны быстро и с высокой степенью точности 2.Оперировать незнакомыми объектами 3.Точно воспринимать объекты, которые расположены или вращаются под различными углами 4. Идентифицировать частично скрытые или замаскированные различным «шумом» объекты 5. Быстро, субъективно легко и автоматически распознавать паттерны
Теории распознавания паттернов	Существуют основные и альтернативные теории восприятия мира людьми.	Основные теории: 1.Теория конструктивного восприятия 2.Теория прямого восприятия. Другие подходы: 1.Принцип эталона. 2. Принцип «сверху вниз» и «снизу вверх» Альтернативные теории: 1.распознавание по прототипу. 2.теория геонов. 3.информационный подход.
Принцип эталона	это некоторая внутренняя структура, которая при её сопоставлении с сенсорным стимулами позволяет опознать объект, действует в том, случае, когда совпадение сенсорного стимула соответствует внутренней форме.
Распознавание по прототипу	Прототип – своеобразная абстракция паттерна, которая позволяет распознать образ, даже если он не идентичен прототипу, а только похож на него.	Две теоретические модели в формировании прототипов. 1 модель: Центральная тенденция 2 модель: Модель частоты признаков
Детальный анализ	обработка информации, которой предшествует этап идентификации исходных стимулов по их более простым деталям, то есть осуществляет анализ составляющих деталей
Теория геонов	предполагает, что распознавание объекта, например телефона, чемодана или еще более сложных форм, состоит из распознавания по компонентам, при котором в сложных формах обнаруживаются простые формы. Геоны — это 24 особые формы, и, подобно буквам алфавита, они образуют определенную систему.
Конструктивное восприятие	люди «конструируют» воспринимаемые образы, активно отбирая стимулы и объединяя ощущения с воспоминаниями.
Прямое восприятие	восприятие заключается в прямом приобретении информации из окружающей среды

Задание 2. Древо Порфирия

Восприятие

мозг +память+ органы чувств

Сенсорные стимулы

Процесс распознавания паттернов

Предварительные этапы Завершающие этапы

Способности распознавания паттернов

Факторы распознавания паттернов

Теории распознавания паттернов

Основные теории Альтернативные теории

Задание 3. Круги Эйлера

А – психические познавательные процессы, Б – восприятие, В – зрительное восприятие. А-Б - 2 модель: Модель частоты признаков. В - связь подчинение.

А –теоретическое изучения распознавания паттернов, Б – основные теории восприятия мира, В - альтернативные теории, Д – теория прямого восприятия, Г – теория конструктивного восприятия, Е – теория прототипов, Ё – теория эталона, Ж – теория геонов.

Б-В – противоположности, Б-Д-Г – подчинение, , В-Ж-Е – подчинение, Ж-Ё – перекрещивание.

Б...................................... В

Восприятие

А –восприятие, Б – зрительное восприятие.

А.

Задание 4.

Что такое восприятие?
Что составляет физиологическую основу восприятия?
Что называется образом восприятия?
Что такое паттерн?
Каким образом осуществляется процесс распознавания паттернов?
На чем основана гипотеза формирования прототипов?
Чем объяснить существования многочисленных подходов к изучению процесса распознавания паттернов?
Каким образом теории конструктивного и прямого восприятия представляют процесс восприятия мира людьми?
Как называется альтернатива жесткой модели сравнения с эталоном?
Чем объяснить неудачу Д. Марра в области компьютерного моделирования зрительных систем?

Восприятие. Теории распознавания паттернов 📙 Контрольная → 🆔 19545