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视觉缘何难解: 聪明反被聪明误? 精选

已有 3818 次阅读 2014-9-5 05:16 |系统分类:科普集锦| 视觉, 大脑, 计算机视觉, 聪明, 计算机程序

此博文是本人在牛津大学出版社的博文网上的原文翻译, 英文原文在http://blog.oup.com/2014/08/sight-brain-cognitive-neuroscience/   译文的标题是清华大学研究生梁鸣翻译的。以下的内容由本人翻译。


约半个世纪前, 美国麻省理工学院的一位教授给出了一个本科生暑期科研项目:写一个计算机程序来认出输入图片中的物体。何尝不可? 物体认知不就是将输入的图片数据用个算法处理后的输出吗?完全可以用来给那些聪明的学生们练练身手。几十年过去了, 那个暑期科研项目的目标还不能很好完成, 但催生了全球的计算机视觉领域。


我们所谓的聪明,包括具有做高等数学和编复杂的计算机程序等类似的智力。不可思议的是这种智力竟然不够来编个程序来认出(比方说)以下这个图里的物体。



此图是 书“Understanding Vision:Theory, models, and data"中的图5.51A


你能编个程序从此图的像素数据的输入来认出苹果吗?一个学前儿童 (她的眼睛作为摄像头,她的大脑做处理器) 能毫不费力的认出这个苹果, 不用学过高等数学或编程等。其中的难点之一是个“先有鸡还是先有蛋”的问题: 在图中找出属于苹果的像素后能帮我们认出苹果, 而认出苹果后能帮我们找出图中属于苹果的像素。


更不久前又有个关于视觉的预想不到而不可思议的发现:我们几乎象瞎子一样没看见大多在我们眼前的物体。 “什么?! 可我眼前看得一清二楚啊”, 你可能会抗 议。 那么, 你是否一下就能看出下面两张图片之间的区别呢?

                               此图是 书“Understanding Vision:Theory, models, and data"中的图1.6



大多人在几秒之内看不出两张图片之间(很大)的区别 --- 为什么呢? 我们的大 脑给的直觉是“我看得一清二楚”, 这个直觉吻合我们对“自己几乎是瞎子”的 无知。于是,我们看不见自己的看不见! 如此的睁眼瞎, 怎么让我们在这复杂的世界上活得好好的? 这 个故事说来话长,  还没个结尾, 故事人物包括大脑注意力的机制。

所谓“聪明” 包括我们能有意识的利用熟悉的规律和已有的经验来做推理。  但是, 如果我们大脑视觉的大多机制是潜意识的, 和我们下意识的经验大相径庭, 那该如何呢? 的确,人脑中大多掌控视觉的脑区离主管下意识思维的前额叶最远。怪不得前两个视觉现象的例子如此违背我们的直觉!  怪不得虽然我们对大脑视觉的探索已有好几个世纪, 只在最近20年内我们才发现自己竟然几乎是瞎子。


另一个不可思议的视觉现象是6年前才发现的: 我们的眼睛或注意力会被看不见的视觉信号自动吸引。 根据我们的日常经验,视野中强力自动地吸引我们注意力的物体都显得非常与众不同。 比如, 万绿丛中的一点红会使我们不由自主地朝它看,除非我们是色盲。这个经验总结: “只有明显与众不同的物体才会强有力地自动吸引我们的注意力”,又是错了!在下面的图中, 我们看见的图是两个图的重叠,用看三维电影的立体眼镜, 我们可以将一个图给左眼看, 同时另一个图给右眼看。


 

                     此图是 书“Understanding Vision:Theory, models, and data"中的图5.9


我们地感觉就好像这个看见的图(这个图只包括棒, 不包括箭)是同时给两个眼睛一起看的一样。 那个特殊的唯一朝向(右倾)的棒最显得与众不同。 而那特殊的,唯一呈现给左眼的,棒看上去和大多棒没什么区别,也就是说, 我们看不出这根棒的与众不同之处: 它的输入眼。然而,这个特殊眼睛来源的棒经常比特殊朝向的棒更能吸引我们的注意力, 以至于我们更倾向于第一眼先朝它看,而不是先朝唯一朝向的棒看。甚至在我们被要求快速找到唯一朝向的棒而不要管别的棒的情况下, 这个倾向还是存在。 就好像这个特殊眼睛来源的棒有个“万绿丛中一点红”一般的与众不同之处来不由自主地吸引我们的注意力,只是我们下意识的识别能力对这类与众不同之处是“色盲” 的。 很多视觉研究科学家不亲身经历一下不敢相信这个视觉现象。


对于我们”聪明“的,下意识的大脑来说,这些不符直觉的视觉现象奇怪得超出我们的理解范畴了吗? 研究视觉是否象地球人想要理解火星人那么难?   登陆火星能帮助那些地球人达到他们的目标。 可是我们下意识的大脑是否太”聪明“, 太偏见,以至于不能适当地”笨“化一点去理解那些潜意识的视觉机制吗? 是不是因为我们是过分”聪明“, 具有太多下意识成见的, 视觉动物, 以至于我们不能理解我们自己的视觉的能力?(至少, 如果我们要研究电鱼是如何用对电的感管来感知周围的物体, 我们不会有成见。)认识到我们的困难是克服困难的第一步, 这样我们才能真正聪明起来, 而不被我们的半桶水淹没。

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相关资料: 见教科书 “Understanding Vision: theory, models, and data" , 牛津大学出版社, 2014年



https://blog.sciencenet.cn/blog-882616-825015.html

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