Рис. 8 - Сравнение оценки достоверности веб-страницы и саккадного прогноза, (а) веб-страницы, (б) тепловая карта фиксации взгляда [12]
Восприятие контраста
Из современных работ в области восприятия контраста, отметим достаточно подробный обзор [13], который посвящен историческим и философским аспектам восприятия яркости. Несмотря на то, что эти вопросы изучаются уже на протяжении двухсот лет, механизм воздействия некоторых оптических иллюзии до конца не выяснен. В работе нейронный механизм образования восприятия от зрительных рецепторов до коры головного мозга описывается на основе восходящих процессов. Внутренние тестовые квадраты одинаковой яркости контрастируют с градиентным фоном (рис.9, слева), эффект контраста остается также на фоне однотонных вертикальных полос (рис.9, справа).
Рис. 9 - Ассимиляции яркости [13]
Восприятие яркости предлагается анализировать с использованием двух философских тенденций: идеалистический и материалистический подходы. Теория контраста основывается на латеральном торможении, аналогично основным законам диалектики: единство противоположностей, взаимосвязь, переход количества в качество, отрицание отрицания. На этом базируются некоторые современные исследования в экспериментальной психофизике и применением математических методов моделирования. Для адекватности таких моделей требуется применение количественных представлений сложных психических процессов на основе диалектического закона взаимодействия между частью и целым.
Цветосплепота, дальтонизм
Работа [14] посвящена исследованию явления цветослепоты (дальтонизма), так как этим нарушением цветового восприятия страдают до 8 - 12% мужчин и 0,5% женского населения европейских стран. Поэтому возникает необходимость разработки методов модификации цветных цифровых изображений для улучшения их восприятия людьми с нарушением зрения. В статье конкретно проводится разработка методов модификации изображений для страдающих дальтонизмом первичной категории - протанопов (малая чувствительность к красным оттенкам). Выделяются в отдельную группу цвета вызывающие нарушения у протанопов, и изображения корректируются и адаптируются под их восприятие [15]. Время обработки изображений сокращается благодаря использованию цветового квантования. Данный метод, с небольшими изменениями также можно применить к другим типам нарушения цветового зрения, к дейтеранопам, страдающим трудностями при различении зеленых оттенков.
На рис.10, вверху представлен пример иллюстрации на основе тёмных оттенков красного и зелёного цветов. Эти оттенки являются трудноразличимыми, особенно на небольшой площади изображения. Хотелось бы отметить, также эти оттенки имеют одинаковую тональность в сером варианте. В центре для обновления восприятия приведены контрастные оттенки синего, желтого и белого цветов.
На рис.10-11, внизу приведена цветная иллюстрация, которая в сером варианте превращается в однотонное изображение (горизонтальная полоса изображения преобразована в серый цветовой режим) [16]. Это подчеркивает важную роль цветового зрения в эволюционной жизни человека. Кстати, цвет смежных областей изображения индуцируется на этой серой полосе, хотя она просто серая (симультантный эффект) [17].
Рис. 10 - Иллюстрация на основе темных оттенков красного и зеленого цветов с серым вариантом [16]
Рис. 11 -Цветная иллюстрация с одинаковой серой тональностью [16]
Восприятие и распознавание объектов, пространства
Работа [18] посвящена методам распознавания изображения, сцен при компьютерном зрении. Наша визуальная система может воссоздавать трехмерные образы на основе плоского изображения. Для компьютерного зрения нужны не только алгоритмы распознавания, также она должна учитывать освещение, тени, ракурс сцены. Наше познание окружающего мира позволяет нам исключать неоднозначности. В работе для распознавания сцен при компьютерном зрении предлагается использование гештальт правил группировки объектов [5], [19]. Изображения должны на первичном уровне анализироваться от целого к частному, находя связь и взаимовлияние составных частей. Потом в результате анализа определяется и интерпретируется информация, далее происходит классификация и распознавание объектов.
В работе [20] описывается влияние монокулярного зрения на точность координации движения рук во время захвата. Известно, что при выполнении движения, глаза двигаются до совершения движения. Перемещение глаз к объекту анализирует и распознает его в пространстве, что облегчает контроль последующих движений. Однако монокулярное зрение не позволяет полноценно определить положение объекта и рук в пространстве. В эксперименте участвовали пятнадцать человек, которые выполняли контрольное действие с использованием видеотрекера и системы захвата движения. В результате временной интервал процесса взятия бусинки и надевания его на иголку при монокулярном зрении увеличился до 2,5с, а при бинокулярном зрении составил 2с. Поученные результаты подтверждают определяющую роль бинокулярного зрения в повседневной жизни человека.
В работе [21] рассматривается влияние значимости содержания визуального стимула на движение глаз. В качестве визуальных стимулов использовались: текст, фотографии городского ландшафта, пейзажи, также их аналоги - обработанные стилизованные псевдостимулы. В результате было выяснено, что длительность фиксации и амплитуды саккад было больше для псевдостимулов, так как для их распознавания и восприятия требуется больше времени.
В работе [22] рассматривается проблема создания переносной системы распознавания изображений для людей с нарушениями зрения. Ежедневно эти люди сталкиваются с вопросами распознавания и идентификации визуальной информации. Предлагается переносная интеллектуальная система по распознаванию изображений на основе технологии облачной и локальной обработки данных (рис.12).
Рис. 12 - Схема переносной интеллектуальной системы [22]
Система является более экономной, так как использует высокопроизводительные алгоритмы облачного сервера, она производит захват объектов, непрерывно сканирует поступающее видео. Устройство было протестировано в реальных условиях людьми с нарушениями зрения, что облегчало им распознавать лица, находит нужных людей.
Визуальные иллюзии
Обзор [23] посвящен исследованию нарушения восприятия зрительных иллюзий при шизофрении. Люди с шизофренией могут испытывать аномалии на разных стадиях обработки зрительной информации. Обычно эти люди невосприимчивы к иллюзиям высокого уровня, также не исключается воздействие на них некоторых иллюзий первичного этапа.
Для примера рассмотрим иллюзию «Полой маски» [24]. При просмотре маска вращается то по, то против часовой стрелки, последовательные этапы представлены на рис.13. На самом деле маска вращается в одну сторону, однако для большинства наблюдателей в определенный момент маска меняет направление движения. В начале вращения выпуклая лицевая сторона маски не вызывает трудности у зрительной системы, сознания. Когда маска начинает переходит на изнаночную сторону (можно наблюдать задний фон через полые глазницы) наш мозг выворачивает её, нам более привычна выпуклая маска. Мы не привыкли видеть людей с вогнутыми лицами. При дальнейшем вращении на границе перехода мозг ещё раз выворачивает и возвращает маску в привычную выпуклую форму. Однако мозг шизофреника обмануть не удаётся, для него маска остаётся после поворота просто вогнутой маской.
Рис. 13 - Последовательные кадры иллюзии «Полой маски» [24]
Следует отметить, что эта визуальная иллюзия не действует также на некоторых людей в состоянии алкогольного и наркотического опьянения. Первично данная иллюзия была обнаружена c полой маской известного актера Чарли Чаплина. Искажение реальности и переработка визуальной информации относится к свойствам работы мозга здорового человека. Исследование принципов работы мозга являются достаточно сложной областью, даже на сегодняшний день нет однозначных объяснений. Что реальнее? восприятие реальной картины мира мозгом шизофреника (без переработки) или переработанная мозгом визуальная информация здорового человека?
Заключение
восприятие распознавание визуальный
В данном междисциплинарном обзоре были рассмотрены современные работы в области восприятия и распознавания визуальной информации, учитывающие художественно-композиционные ценности анализируемых сцен. Разложение визуальной картины на структурные составляющие части может быть использован при компьютерном зрении, анализе, распознавании произведений искусства. Рассмотренные особенности оценки поля зрения с учетом движения глаз, можно принимать во внимание при разработке интеллектуальных систем для помощи слабовидящим. Сочетание художественных особенностей с современными технологиями распознавания могут быть внедрены также в тестовые системы диагностики психофизического состояния человека.
Список литературы / References
1. Pepperell R. Problems and Paradoxes of Painting and Perception / R. Pepperell //Art & Perception, №7, 2019, P.109-122, doi:10.1163/22134913-20191142
2. Maglione A.G. A Neuroelectrical Brain Imaging Study on the Perception of Figurative Paintings against Only their Color or Shape Contents / A.G. Maglione, A. Brizi, G. Vecchiato, D. Rossi, A. Trettel, E. Modica, F. Babiloni //Frontiers in Human Neuroscience, 2017, V. 11. Article 378, 14p. doi:10.3389/fnhum.2017.00378
3. Tikhomirov G.V. Visual Object Agnosia in Brain Lesions (Review) / G.V. Tikhomirov, I.O. Konstantinova., M.M. Cirkova, N.A. Bulanov, V.N. Grigoryeva //Sovremennye tehnologii v medicine, 2019, V.11. P.46-52. doi:10.17691/stm2019.11.1.05
4. Еремина Д.А., Шелепин Ю.Е. Динамика психофизиологических показателей зрительного восприятия больных в процессе реабилитации после коронарного шунтирования (на примере распознавания фрагментированных изображений) / Д.А. Еремина, Ю.Е. Шелепин //Вестник ЮУрГУ. Серия «Психология». 113, 2015. Т. 8, №1. С.113-120
5. Шиффман Х.Р. Ощущение и восприятие / Х.Р. Шиффман / - СПб.: Питер, 2003. - 927с.
6. Бутенко В.В. Анализ методов и систем регистрации окуломоторной активности Технические науки: проблемы и перспективы. / В.В. Бутенко / Материалы IV Mеждунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, июль 2016 г.). - СПб.: Свое издательство, 2016.134 с. С.1-5
7. Tobii REX, Tobii EyeX, Tobii TheEyeTribe - Технология отслеживания взгляда [Electronic resource] URL: http://www.tobii.com/ дата обращения 23.04.2020
8. Wegner-Clemens K. Using principal component analysis to characterize eye movement fixation patterns during face viewing / K. Wegner-Clemens, J. Rennig, J.F Magnotti., M.S. Beauchamp //Journal of Vision November 2019, V.19, №2. P.1-15, doi:10.1167/19.13.2.
9. Ito Junji. Switch from ambient to focal processing mode explains the dynamics of free viewing eye movements / Ito Junji, Yamane Yukako, Mika Suzuki, Pedro Maldonado, Ichiro Fujita, Hiroshi Tamura, Sonja Grьn.//Scientific Reports. 2017. №7, Article 1082. 14p. doi:10.1038/s41598-017-01076-w
10. Барабанщиков В.А. Распознавание экспрессий перевернутого изображения лица / В.А. Барабанщиков, А.В. Жегалло, Л.А. Иванова // Экспериментальная психология, 2010, Т.3, № 3, С.66-83
11. Басюл И.А. Закономерности окуломоторной активности представителей русского и тувинского этносов при оценке перцептивного доверия по выражениям лиц / И.А. Басюл, А.А. Демидов, Д.А Дивеев //Экспериментальная психология. 2017. Т. 10. № 4. С. 148-162. doi:10.17759/exppsy.2017100410
12. Xia Chen. Predicting Saccadic Eye Movements in Free Viewing of Webpages / Xia Chen, Quan Rong //Predicting Saccadic Eye Movements in Free Viewing of Webpages. IEEE Access. 2020. V.8. P.15598-15610. doi:10.1109/ACCESS.2020.2966628
13. Ghosh K. Complexity in Human Perception of Brightness: A Historical Review on the Evolution of the Philosophy of Visual Perception / K. Ghosh, K. Bhaumik //OnLine Journal of Biological Sciences. 2010. №10. P.17-35. doi:10.3844/ojbsci.2010.17.35
14. Doliotis P. Intelligent Modification of Colors in Digitized Paintings for Enhancing the Visual Perception of Color-blind Viewers / P. Doliotis, G. Tsekouras, C.-N. Anagnostopoulos, V. Athitsos //IFIP International Federation for Information Processing, 2009, V.296, P.293-301.
15. Иттен И. Искусство цвета. / Иттен И. - М: Д.Аронов, 2001. - 138с.
16. Аббасов И.Б. Основы графического дизайна на компьютере в Photoshop CS6 (допущено УМО в области дизайна, монументального и декоративного искусств, издание третье) / Аббасов И.Б. - М.: ДМК Пресс. 2013. 238с.
17. Аббасов И.Б. Визуальное восприятие: учебное пособие. (Рекомендовано УМО РАЕ по образованию в области культуры и искусства) / Аббасов И.Б. - М.: ДМК Пресс, 2016. -136с.
18. Buhmann J.M. Image recognition: Visual grouping, recognition, and learning / J.M. Buhmann, J. Malik, P. Perona //Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1999, V.96, № 25, P.14203-14204, doi:10.1073/pnas.96.25.14203
19. Abbasov I.B. Psychology of Visual Perception. Amazon Digital Services LLC, 2019. 141p. ASIN: B07MPXKLQ7 [Electronic resource]
20. Gonzalez D.A. The effects of monocular viewing on hand-eye coordination during sequential grasping and placing movements / D.A. Gonzalez, E. Niechwiej-Szwedo //Vision Research, 2016, V.128, P.30-38, doi:10.1016/j.visres.2016.08.006
21. Luke S.G. The Influence of Content Meaningfulness on Eye Movements across Tasks: Evidence from Scene Viewing and Reading / S.G. Luke, J.M. Henderson //Frontiers in Psychology, 2016, V.7, Article 257, 10p. doi:10.3389/fpsyg.2016.00257
22. Chen Shiwei. A Novel Approach to Wearable Image Recognition Systems to Aid Visually Impaired People / Chen Shiwei, Yao Dayue, Cao Huiliang and Shen Chong //Journals Applied Sciences, 2019, V.9, Issue 16, Article 3350, 20p. doi:10.3390/app9163350
23. King D.J. A review of abnormalities in the perception of visual illusions in schizophrenia / D.J. King, J. Hodgekins, P.A. Chouinard, V-A. Chouinard, I. Sperandio //Psychon Bull Rev, 2017, №24, P.734-751, doi:10.3758/s13423-016-1168-5
24. Эффект полой маски: https://www.youtube.com/watch?time_continue=98&v=sKa0eaKsdA0&feature=emb_logo дата обращения 25.04.2020.
Список литературы на английском языке / References in English
1. Pepperell R. Problems and Paradoxes of Painting and Perception / R. Pepperell //Art & Perception, №7, 2019, P: 109-122, doi:10.1163/22134913-20191142
2. Maglione A.G. Neuroelectrical Brain Imaging Study on the Perception of Figurative Paintings against Only their Color or Shape Contents / A.G. Maglione, A. Brizi, G. Vecchiato, D. Rossi, A. Trettel, E. Modica, F. Babiloni //Frontiers in Human Neuroscience, 2017, V. 11. Article 378, 14p, doi:10.3389/fnhum.2017.00378
3. Tikhomirov G.V. Visual Object Agnosia in Brain Lesions (Review) / G.V. Tikhomirov, I.O. Konstantinova., M.M. Cirkova, N.A. Bulanov, V.N. Grigoryeva //Sovremennye tehnologii v medicine, 2019, V.11. P.46-52. doi:10.17691/stm2019.11.1.05
4. Yeremina D.A. Dinamika psikhofiziologicheskikh pokazateley zritel'nogo vospriyatiya bol'nykh v protsesse reabilitatsii posle koronarnogo shuntirovaniya (na primere raspoznavaniya fragmentirovannykh izobrazheniy) [Dynamics of psychophysiological indicators of patients' visual perception during rehabilitation after coronary bypass surgery (by the example of recognition of fragmented images)] / D.A. Yeremina, Yu.Ye. Shelepin // Vestnik YUUrGU. Seriya «Psikhologiya». 113, 2015. T. 8, №1. S.113-120 [in Russian]
5. Shiffman Kh.R. Oshchushcheniye i vospriyatiye. [Sensation and perception] / Shiffman Kh.R./ - SPb.: Piter, 2003. - 927s. [in Russian]