Введение к работе
Актуальность проблемы. На изучение организации, зритель1 ного опознания и моделирование его механизмов направлены интенсивные психофизиологические, поведенческие и нейрофизиологические исследования, проводимые во мноТих лабораториях мира. Актуальность этих исследований обусловлена развитием робототехники', созданием автоматических систем распознавания изображений, клиническими исследованиями функций головного мозга человека.
Глаз человека' способен разрешить пространственное изменение' почти на порядок меньше, чем диаметр самой маленькой колбочки в фовеа (30 угл.секунд): сдвиг короткой линии или полоски на 8-10 угл. секунд [Westhelmer. 1979], изменение расстояния между двумя линиями на 6 угл. секунд [Westhelmer, 1979], смещение линии или точки (верньерная острота) на 2-4 угл. секунды [Baker and Brian,1912; Berry, 1948; Westhelmer and McKee, 1977b].
Для того, чтобы подчеркнуть сверхвысокий уровень разрешения при выполнении зрительных задач, связанных с пространственным смещением, Вестгеймер ввел термин гиперострота зрения [Westhelmer,- 19751.
Чрезвычайно высокая чувствительность глаза при решении задач на гиперостроту сохраняется при самых различных конфигурациях стимулов [Westhelmer, 1981]: изображение может состоять из пары линий, между которыми меняется расстояние; из двух или трех точек, одна из которых смещается; из двух вертикальных или горизонтальных линий, смещающихся относительно друг друга; прямоугольных или синусоидальных решеток разной частоты [Hirsch and Hylton,1982,1985]. Во всех этих случаях наблюдатель решает одномерную задачу: раз-
4 личение смещения одной из деталей стимула по вертикали или горизонтали, или различение пространственных интервалов. С какой точностью различаются- в широком диапазоне размеров более адекватные для зрительной системы человека. двумерные изображения - об этом данных в литературе очень мало [Regan and Hamstra, 1992].
Основное положение, выдвигаемое на защиту, состоит в том, что различение размеров изображений обеспечивается механизмом распознавания образов, позволяющим различать как одномерные, гак и двумерные изображения на уровне гиперостроты зрения.
Это не" означает, что механизмы остроты и гиперостроты зрения различны. В соответствии с теоремой Котельнико-ва-Найквиста, предел остроты зрения или максимальная частота которая MQ2KST быть пэпегана зрительной системой с заданной дискретизацией в 30 угл.секунд (диаметр самой маленькой колбочки е фовеа), составляет 60 ц/град. Острота зрения позволяет отчетливо видеть контуры предметов, а значит, их форму. Согласно модели модулей [Гаузельман и соавт.. 1994]. форма описывается в виде набора коэффициентов разложения изображения по гармоникам. Поэтому даже- небольшие различия в величине этих коэффициентов позволяют зрительной системе различать изображения по форме или размеру на уровне гиперостроты зрения. Ограничения накладываются лишь шумами зрительной системы.
Цель работы - исследование функции различения по размеру двумерных контурных изображений, предъявляемых в фовеа. В ходе выполнения этого исследования необходимо было найти ответ на два вопроса:
1. Какова зависимость абсолютного и относительного
порога различения двумерных изображений от их размера?
2. Зависит ли различение двумерных изображений, предъявляемых в фовеа, от их взаимного расположения в поле зрения? .
Научная новизна. Впервые показано, что при различении объектов размером 8-60 угл. минут 'относительный порог не является постоянной величиной во всем исследованном диапазоне, как следовало бы ожидать в соответствии с законом Вебера. Средняя величина относительного порога в интервале 50 -60 'угл. минут -(0.008-0.015) статистически значимо ниже (Р<0.001), чем в интервале 8-48 угл.минут (0.021-0.037).
В исследованном диапазоне размеров 8-60 угл.минут самое высокое разрешение, соответствующее гиперостроте зрения, ;досгигаегся при различении объектов размером 8 - 30 и 50 -60 угл.минут: величина абсолютного порога в этих интервалах составляет 3-40 угл.секунд. В средней части исследованного диапазона (32 - 48 угл.минут) пороги различения составляют 40 - 90 угл.секунд и соответствуют разрешающей способности рецептивной системы глаза.
Впервые получены результаты, свидетельствующие о неоднородности восприятия размера объектов в области максимальной остроты зрения: в центральной части фовеа диаметром 2.5 угл.градуса величина порога различения зависит не только от размера изображений, но и от их взаимного расположения относительно центра поля зрения.
Теоретическая ценность работы. Поскольку точность различения двумерных изображений по размеру превышает разреше-' ние фоторецепторного пространства, этот вид дискриминации является формой гипероотроты зренил. Полученный результат хорошо соответствует модели модулей [Glezer.1994], что поз-
6
воляет сделать вывод о том, что гиперострота зрения является
следствием работы механизма обнаружения и распознавания об
разов. ' ' .
Практическая ценность работы. Полученные данные о неоднородности восприятия размера изображений в поле зрения могут бытъ использованы при разработке искусственных систем для распознавания изображений.
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на 15-ой Европейской конференции по зрительному восприятию, Пиза, Италия (1992); на 16-ой Европейской конференции по зрительному восприятию, Эдинбург. Великобритания (1993); на международной конференции по слабому зрению, Гро-нинген. Нидерланды (1993); на 17-ой Европейской конференции по зрительному восприятию. Вельдховен. Нидерланды (1994), на Международной иколэ по фотобиологии и зрительному восприятию, Неаполь, Италия (1994), на 29-ом совещании по высшей нервной деятельности, Санкт-Петербург (1994).
Материалы диссертации изложены в шести печатных работах.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на ф0 страницах машинописного текста, иллюстрирована So рисунками. 7 таблицами. Библиографический указатель содержит S0C литературных источника, включая Sf на русском и 92s на иностранных языках. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методики, экспериментальной части, обсуждения, выводов и списка цитированной литературы.