Временные параметры опознания двумерных

7З
УДК 004.93
Э.А. Золкина
Донецкий государственный институт искусственного интеллекта



В статье описывается методика эксперимента по опознанию двумерных изображений.
Анализируются полученные временные параметры опознания зрительной информации левым и
правым полушариями головного мозга человека в условиях маскировки изображений вспышкой.

Для создания систем искусственного интеллекта будущих поколений, не
уступающих во всех сферах психической деятельности человека, необходимо
знать основные принципы организации непосредственно головного мозга. Через
зрительный канал в мозг человека поступает до 90 % информации, поэтому
распознаванию зрительных образов отводится первостепенная роль при
построении интеллектуальных систем [1].
Распознавание зрительной информации роботами имеет большое
значение, так как возможность восприятия и переработки большого объёма
информации в неорганизованной внешней среде в значительной степени
определяет автономность робота. Чем больше информации о внешней среде
может получить робот, тем лучше она будет обработана, тем выше будет уровень
интеллекта робота. Поэтому важной задачей является выбор рациональной
структуры системы технического зрения, определение основных параметров, а
также создание самонастраивающихся систем, обладающих свойством адаптации
к изменяющимся характеристикам внешней среды [2].
При создании систем технического зрения, воспринимающих
информацию извне, необходимо учитывать особенности зрительного восприятия
человека: константность зрительного восприятия (множественность форм
видения), проблемная ориентация зрения (во многих случаях глаз ошибается в
достаточно простых ситуациях, возникают различные зрительные иллюзии),
глобальность и локальность зрения (в восприятии участвует глобальная и
локальная информация), межполушарная асимметрия восприятия. [3].
Несмотря на многочисленные исследования, выполненные в данном
направлении, многие вопросы, связанные с переработкой информации в
зрительном канале, остаются малоизученными. В первую очередь это касается
особенностей работы левого и правого полушарий головного мозга человека.
618
«Искусственный интеллект» 3’2001
Временные параметры опознания двумерных изображений…
7З
В нормальных условиях психической деятельности человека опознание
зрительных образов обеспечивается совместной работой обоих полушарий мозга.
Одновременная и взаимосвязанная работа двух мозговых систем позволяет
добиться высокой надёжности принимаемых решений. Однако вклад каждого
полушария и их взаимодействие на разных этапах зрительного опознания и
мышления неодинаковы.


Известна функциональная неоднозначность зрительных полей. Основным
фактором, определяющим асимметрию полуполей зрения, является специфичность высших зрительных функций, осуществляемых левым и правым полушариями. В зрительной системе человека изображения, предъявленные в левое
поле зрения, проецируются на назальную область сетчатки левого глаза и темпоральную – правого, откуда сигналы передаются в зрительную кору одного только
правого полушария. Аналогично сигналы об изображениях, находящихся в
правом поле зрения, передаются с обоих глаз в левое полушарие. Каждое полушарие специализировано по отношению к опознанию зрительной информации.
Одним из главных параметров, характеризующих зрительную
асимметрию, является время опознания изображений. При исследовании
временных характеристик опознания изображений, одни авторы придерживаются
мнения, что времени, необходимого для опознания изображений в правом
полушарии больше, чем левому; и относят изображения знакомых человеку
предметов к вербальным стимулам [3], [4].Однако ряд других авторов на основе
экспериментальных исследований делают выводы о преимуществе правого
полушария перед левым при опознании изображений и относят изображения к
невербальным стимулам. [5-7].
При исследовании зрительной асимметрии также представляют интерес
временные параметры, полученные в условиях маскировки изображений
вспышкой света, так как вспышка позволяет ограничить время переработки
зрительной информации.
Методика проведения эксперимента
Эксперимент основан на тахистоскопическом методе. Принцип
тахистоскопической подачи сигналов основан на особенностях структурнофункциональной организации зрительной системы человека: объекты,
находящиеся в левом поле зрения, раздражают правую половину сетчатки
каждого глаза, нервные волокна из этих частей сетчатки обоих глаз приходят в
зрительную кору правого полушария; зрительная информация из правого поля
зрения поступает в левое полушарие и наоборот [7].
В качестве экспериментальной установки служил монитор ПК «Pentium –
120». В начале работы задаются условия проведения эксперимента: расстояние от
испытуемого до экрана, длительность, цвет вспышки, количество вспышек, время
«Штучний інтелект» 3’2001
619
Золкина Э.А.
7З
между вспышками, время экспозиции каждого изображения, временной интервал
между предъявляемыми изображениями – и загружается набор опознаваемых
изображений. Затем на экран дисплея монокулярно (испытуемый смотрит одним
глазом), унилатерально (стимулы предъявляются в одном поле зрения в случайном
порядке: то слева, то справа от точки фиксации взора испытуемого) предъявляются
двумерные изображения животных. Точкой фиксации взора был крестик,
находящийся в центре экрана. Когда испытуемый опознавал изображение, он должен
был нажать на левую клавишу мыши (фиксировалось время опознания) и назвать
изображение вслух для учёта экспериментатором правильности ответа. Результаты
эксперимента заносились в таблицу. Методика проведения тестирования отображена
на рис. 1.
Рис. 1. Блок-схема проведения тестирования при определении времени
распознавания изображений
620
«Искусственный интеллект» 3’2001
Временные параметры опознания двумерных изображений…
7З

В первом опыте эксперимента каждый испытуемый опознаёт плоские
изображения знакомых предметов, во втором опыте испытуемые опознают тот же
набор изображений, но процесс опознания сопровождает вспышка света. В
эксперименте участвовало 30 человек с нормальным зрением и правым ведущим
глазом. Испытуемым предъявлялся набор из 44 изображений: 22 изображения
предъявлялось в левое поле зрения (ЛПЗ) и 22 – в правое поле зрения (ППЗ).
Для изучения временных характеристик опознания изображений левым и
правым полушариями головного мозга человека в обычных условиях и в условиях
маскировки изображений вспышкой была произведена статистическая обработка
полученных данных. Результаты эксперимента представлены в табл. 1.
Таблица 1
Временные характеристики опознания изображений
среднее время опознания
без вспышки
со вспышкой
Испытуемые
Массивы
1
2
3
4
ЛПЗ
ППЗ
ЛПЗ
ППЗ
1.Г.О.
1.5
1.42
1.28
1.81
2.Г.И.
0.84
1.1
0.95
2
3.К.С.
1.5
1.56
1.6
1.38
4.Н.А.
1.75
1.7
1.88
1.5
5.Р.А.
1.6
1.38
1.5
1.72
6.С.Т.
1.8
1.9
1.84
1.9
…
…
…
…
…
26.Б.И.С
1.83
1.67
1.21
1.6
27.Е.В.
1.1
1.16
1.17
1.59
28.Н.Ф.
1.46
1.59
1.32
1.55
29.М.Г.
1.58
1.75
1.56
1.75
30.Ш.Н.
0.78
1.65
1.67
1.7
1.467
1.499
1.479333
1.656
X
D
0.141341 0.051736
0.076526
0.033277
S
0.375953 0.227455
0.276634
0.182421
2
χ
0.4391681 0.7633236
0.7773572
0.7002743
Коэффициент корреляции
1-2
0.504648
Коэффициент корреляции
1-4
-0.2117
Коэффициент корреляции
1-3
0.176645
Коэффициент корреляции
2-3
0.460244
Коэффициент корреляции
2-4
-0.05513
Коэффициент корреляции
3-4
0.052526
Исследовался в отдельности каждый массив и связь между массивами.
Для каждого столбца были рассчитаны числовые характеристики: среднее время
«Штучний інтелект» 3’2001
621
Золкина Э.А.
7З
опознания изображений X , дисперсия (D), выборочное среднеквадратичное
отклонение (S). Была подтверждена гипотеза о нормальности всех выборок, для
этого использовался критерий Пирсона. Были рассчитаны коэффициенты
корреляции. Выявлено, в каких случаях коэффициенты корреляции близки к 0.
Коэффициент корреляции для 1-2 массива 0,504648 (рис. 2), что говорит о
линейной зависимости данных массивов. Для других пар массивов коэффициенты
корреляции близки к 0. По данным, полученным на основе опыта, для первого и
второго столбцов построено уравнение линии регрессии х=0,3х+0,02, где х – первый
массив, у – второй массив. По методу наименьших квадратов было выявлено, что
левому полушарию времени для опознания изображений требуется в среднем на 3%
больше, чем правому. Рассмотрев полученные числовые характеристики выборки,
видим, что среднее время опознания увеличивается как для левого, так и для правого
полей зрения в условиях маскировки изображений вспышкой.
Массив 1 и массив 2 таблицы показывают среднее время опознания
изображений в ЛПЗ и ППЗ без влияния вспышки; массив 3 и массив 4 – среднее
время опознания изображений в ЛПЗ и ППЗ в условиях маскировки изображений
вспышкой.

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что
распознавание изображений быстрее осуществляется правым полушарием
головного мозга человека. Статистические данные свидетельствуют о том, что
маскировка изображений вспышкой вызывает усиление асимметрии.
В дальнейшем планируется провести эксперименты по определению
скорости восприятия и количества воспринимаемой зрительной информации
полушариями головного мозга.
На основе полученных экспериментальных данных будет разработана
схема интеллектуальной системы распознавания зрительной информации в связи
с асимметрией мозга человека.

1.
2.
3.
4.
Техническое зрение роботов / Под ред. А.Пью: Пер. с англ. – М.: Машиностроение, 1987. – 320 с.
Васильев В.И., Шевченко А.И. Формирование и распознавание образов. – Донецк: ДонГИИИ,
2000. – 359 с.
Бианки В.Л. Механизмы парного мозга. Л.: Наука, 1989. – 264с.
Зальцман А.Г. Особенности переработки зрительной информации в правом и левом полушариях
головного мозга человека// Физиология человека. – М, 1990. – Т.16, №2. – С.135-149.
Невская А.А., Леушина Л.И. Асимметрия полушарий головного мозга и опознание
зрительных образов. – Л.: Наука, 1990. – 152 с.
Золкина Э.А., Шульга Е.Ю. Разработка алгоритма программы для создания систем по
опознанию зрительных образов // Труды Международной научно-практической конференции
KDS – 2001. – Том 1.– Санкт-Петербург, 2001. – С. 268-271.
Шульга Е.Ю., Золкина Э.А. Методика изучения сравнительных характеристик переработки
зрительной информации в связи с асимметрией мозга человека. // Искусственный Интеллект. –
2000. – №1. – С. 102-110.
5.
6.
7.
Материал поступил в редакцию 20.06.01.
622
«Искусственный интеллект» 3’2001