Хрестоматия. Петухов. Том 3. Книга 2. Учебник по общей психологии, предназначено для проведения семинарских занятий по данному курсу и самостоятельного чтения
Скачать 20.88 Mb.
|
'. Поскольку для проксимального стимула пространственные координаты измеряются в угловых единицах (градусах или минутах), то размерность пространственной частоты, следовательно, угл. град.-1 или угл. мин.-1. (Отметим попутно, что временные частоты измеряются в герцах — Гц). <...>Роль каналов пространственной частоты в функционировании зрительной системы человека Рассмотрим рис. 4. Левая верхняя решетка (рис. 4, А) имеет сравнительно низкую пространственную частоту (широкие полосы), а нижняя — высокую (узкие полосы). Пространственные частоты (ширина полос) решеток на рис. 4, В идеи- Шиффман X. Анализ пространственной частоты 103 Рис. 4. Паттерны, рассматриваемые испытуемым, А и тестовые паттерны Б, используемые для доказательства наличия в зрительной системе специализированных каналов, предназначенных для восприятия пространственной частоты. Методика проведения эксперимента описана в тексте1 тичны и занимают промежуточное положение между пространственными частотами решеток, представленных на рис. 4, А. Прикройте решетки на В и не менее 60 с внимательно рассматривайте решетки на А, переводя взгляд слева направо и обратно вдоль горизонтальной линии фиксации, разделяющей два паттерна. После завершения периода адаптации переведите взгляд на точку фиксации между двумя решетками (средняя пространственная частота) на Б. Пространственные частоты теперь уже не будут казаться идентичными: пространственная частота верхнего паттерна будет казаться выше пространственной частоты нижнего. Иными словами, снижение чувствительности к определенной пространственной частоте (или нескольким определенным пространственным частотам) вследствие их избирательного воздействия подтверждает наличие в зрительной системе отдельных каналов, воспринимающих разные пространственные частоты. Большинство объектов, воспринимаемых зрительной системой, может быть проанализировано с точки зрения их пространственной частоты. Описанный ниже анализ пространственной частоты сложных форм — еще одно подтверждение роли анализа Фурье в обработке зрительной информации. 1См.: Blakemore С, Sutton P. Size adaptation: A New Aftereffect // Science. 1969. 166. P. 245. 104 Тема 17. Экспериментальные исследования восприятия Обработка зрительной информации: блок-портреты Пример, иллюстрирующий роль анализа пространственной частоты в восприятии формы, представлен на рис. 5, А. Фотография, так называемый блок-портрет, президента США представляет собой результат специальной компьютерной обработки традиционного портрета. Исходный портрет после обработки на компьютере был поделен на маленькие квадраты, или блоки, причем каждый из этих блоков был так воспроизведен типографским способом, что соответствующие участки исходного портрета сохранили присущую им среднюю интенсивность света и тени. Иными словами, светимость каждого блока одинакова (однородна) на всей его площади, т.е. она была поэлементно усреднена, или оцифрована1. Таким образом исходный портрет был превращен в набор примыкающих друг к другу светлых и темных блоков. При этом портрет лишился многих деталей и первоначальной четкости, поскольку вследствие поэлементного усреднения светимости всех блоков Рис. 5. А — блок-портрет, полученный на компьютере; В — тот же самый портрет после удаления высокочастотного шума 1 См.: Harmon L.D. The recognition of faces // Scientific American. 1973. 229. P. 70-82; Harmon L.D., Julesz B. Masking in visual recognition: Effects of two-dimensional filtered noise // Science. 1973. 180. P. 1194-1197. Шиффман X. Анализ пространственной частоты 105 оригинала были удалены высокие пространственные частоты. Одновременно с этим резкие границы между блоками стали причиной возникновения своего рода высокочастотного шума — нежелательного последствия процесса усреднения светимостей блоков. Этот шум тоже маскирует многие информативные низкочастотные компоненты, оставшиеся от оригинального портрета. В результате при прямом и пристальном взгляде на портрет на нем не сразу разглядишь легкоузнаваемое лицо. Узнавание значительно облегчается, если портрет оказывается не в фокусе, т.е. если смотреть на него с некоторого расстояния или сбоку. Очевидное объяснение этого явления заключается в том, что при искусственной «расфокусировке» блок-портрета избирательно отфильтровывается большая часть высокочастотного шума, образовавшегося в процессе создания блок-портрета, и общий уровень шума понижается. В результате появляется возможность воспринимать многие из оставшихся низких частот. Иными словами, при тех условиях, при которых портрет оказывается не в фокусе, уменьшается видимость искусственных резких границ между однородными квадратами, или блоками, которые образовались в результате оцифровки последних. Устранение привнесенных оцифровкой высокочастотных деталей делает видимыми низкочастотные информативные детали, что и облегчает узнавание лица. Графически это представлено на рис. 5, Б. Пространственная частота и острота зрения Анализ функционирования зрительной системы, учитывающий ее чувствительность к светлотному контрасту, является основой для выработки более информативного и полного критерия оценки остроты зрения, например остроты разрешающей способности глаза, <...> оцененной исключительно при одной пространственной частоте и при одном уровне светового контраста. Например, у человека может быть средняя чувствительность к одним пространственным частотам и чувствительность ниже средней — к другим. Известно, что возраст по-разному влияет на контрастную чувствительность к разным пространственным частотам: чувствительность к высоким частотам значительно снижается, а чувствительность к низким остается практически неизменной1. Следовательно, в результате старения утрачивается способность различать мелкие детали. 1 См.: Owsley С, SekulerR., SlemsenD. Contrast sensitivity throughput adulthood // Vision Research. 1983. 23. P. 689-699; Crassini В., Brown В., Bowman K. Age-related changes in contrast sensitivity in central and peripheral retina // Perception. 1988. 17. P. 315-332. 106 Тема 17. Экспериментальные исследования восприятия Аналогично возрасту действует на контрастную чувствительность к высоким пространственным частотам и движение — оно ее понижает. Иными словами, при стимулировании движущимся раздражителем, образованным высокими пространственными "частотами, восприятие мелких деталей ухудшается1. Обсудим практические последствия этого явления для такого вида деятельности, как управление транспортным средством. Хотя способность видеть другие легковые автомобили и грузовики (низкие пространственные частоты) при движении в потоке машин остается неизменной, способность различать надписи на дорожных указателях, а также растущие вдоль дороги деревья и кусты (высокие пространственные частоты) понижается. Как правило, подобные изменения остроты зрения не фиксируются ни с помощью <...> таблицы Снеллена, <...> ни с помощью таблицы, которая помогла установить, что у детей способность к распознаванию большинства пространственных частот выражена слабее, чем у взрослых2. Исследования, выполненные Гинсбургом, показывают, что острота зрения людей, чья профессия предъявляет к ней повышенные требования, например острота зрения летчиков, измеренная традиционными методами, вполне может оказаться нормальной или средней, однако если оценить ее, учитывая и контрастную чувствительность, обнаруживаются весьма существенные индивидуальные различия3. Автор нашел, что некоторые летчики демонстрируют большую контрастную чувствительность в случае низких пространственных частот, чем их коллеги, острота зрения которых по итогам теста Снеллена, в ходе которого предъявляется высокочастотный стимул ьный материал, была признана более высокой4. Подобная ярко выраженная избирательная чувствительность может проявляться в улучшении восприятия объектов при плохой видимости, например в тумане, или объектов, находящихся на большом рас- 1 См.: Long G.M., Homolka J.L. Contrast sensitivity during horizontal visual pursuit: dynamic sensitivity functions // Perception. 1992. 21. P. 753-764; Long G.M., Kearns D.F. Visibility of text and icon highway signs under dynamic viewing conditions // Human Factors. 1996. 38. P. 690-701. 2См.: Dobson V., Teller D.Y. Visual acuity in human infants: A review and comparison of behavioral and electrpohysical studies // Vision Research 1978. 18. P. 1469-1483; GwiazdaJ., Brill S., Held R. New metods for testing infant vision // The Sigbtsaving Review. 1979. 49. P. 61-69; Norcia A.M., Tyier C.W, Spatial frequency sweep VEP: Visual acuity during the first year of life // Vision Eesearch. 1985. 25. P. 1399-1408. 3 См.: Oinsburg A.P. Spatial filtering and vision: Implications for normal and abnormal vision // Ь.Ргоеша, J.Enoch, A.Jampolski (Eds.). Clinical applications of psychophysics. N. Y.: Cambridge University Press, 1981; Ginsburg A.P. Spatial filtering and visual form perception // K.R.Boff, L.Kaufman, J.P.Thomas (Eds.). Handbook of perception and human performance. Vol. II: Cognitive processes and performance. N. Y.: John Wiley, 1986. 4 См.: Ginsburg A.P, Spatial filtering and vision: Implications for normal and abnormal vision // L. Proenza, J. Enoch, A. Jampolski (Eds.). Clinical applications of psychophysics. N. Y.: Cambridge University Press, 1981. Шиффман X. Анализ пространственной частоты 107 стоянии. На основании результатов тестирования по Снеллену Гинсбург предположил, что от 10 до 15% населения имеет хорошую остроту зрения, но плохую чувствительность к низким и средним пространственным частотам1. Роль анализа пространственной частоты в зрительном восприятии Какую роль в изучении зрительного восприятия играет анализ пространственной частоты? Прежде всего он является простым и надежным способом описания и обобщения структурных деталей различных визуальных объектов, а именно: высокие пространственные частоты кодируют информацию о деталях, обладающих наиболее тонкой текстурой, а низкие пространственные частоты — информацию о структурах, образованных паттернами крупных элементов. С его помощью можно также описать и общие принципы работы визуальной системы, связанной с анализом, сопоставлением и интеграцией активности огромного количества рецепторов и соотнесением этой активности со специфическим признаком физического раздражителя. Кроме того, мы убедились, что описание визуального раздражителя в терминах его пространственных частот полезно для оценки остроты зрения и более информативно, чем оценка последней с помощью традиционной таблицы Снеллена. Анализ пространственной частоты не просто выявляет, какие именно количественные и дескриптивные характеристики может использовать зрительная система для кодирования сложной визуальной информации, подлежащей дальнейшей обработке, но играет в зрении более существенную роль. 1 См.: GimburgA.P. Spatial filtering and visual form perception // K.R.Boff, L.Kaufman, J.P.Thomas (Eds.). Handbook of perception and human performance. Vol. II: Cognitive processes and performance. N. Y.: John Wiley, 1986; Ginsburg A.P., Cannon M.W., Evans D.W., Owsley C, Mulvaney P. Large sample norms for contrast sesitivity // American Journal of Optometry and Physiological Optics. 1984. 61. P. 80-84. 1 См.: IvesH.E. A theory of intermittent vision // J. Opt. Soo. Am. and Rev. Sci. Instr. 1922. 6. P. 343-361; De Lange. Experiments on flicker and some calculations on an electrical analogue of the foveal systems // Physics. 1952. 18. P. 935-950. 2 См.: Schade O.H. Optical and photoelectric analog of the eye //' J. Opt. Soc. Am. 1956. 46. P. 721-739. 3 См.: Kelly D.H. Frequency doubling in visual responses // J. Opt. Soc. Am. 1966. 56. P. 1628-1633. 110 Тема 17. Экспериментальные исследования восприятия Рис. 1. Яркостная функция для синусоидальной решетки В основе метода изоконтрастных кривых лежат следующие рассуждения. Передаточная функция зрительной системы показывает, насколько система изменяет контраст синусоидальной решетки. Поэтому ее определение сводится к вычислению отношения субъективного контраста решетки к контрасту физической решетки как функции пространственной частоты. При этом можно поступать двояким способом. Либо зафиксировать контраст физической решетки (т.е., предъявлять синусоидальные решетки с разной пространственной частотой, имеющие одинаковый контраст) и измерять субъективный контраст как функцию пространственной частоты; либо, задавшись некоторым определенным уровнем субъективного контраста, экспериментально определить для каждой пространственной частоты тот физический контраст, при котором решетка имеет заданную величину субъективного контраста. Полученная в результате кривая, показывающая, какую величину физического контраста на той или иной пространственной частоте необходимо взять для того, чтобы субъективный контраст был одним и тем же на любой пространственной частоте, называется изоконтрастной кривой. Изоконтрастная кривая есть функция, обратная к передаточной функции (с некоторым коэффициентом пропорциональности). Непременным условием применимости метода изоконтрастных кривых для построения передаточной функции зрительной системы является следующее соотношение; |