丁锦红认知心理学第三章 知觉与模式识别.ppt

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1、第三章 知觉与模式识别,知觉的理论 知觉的加工方式 模式识别理论 结构优先效应,感觉和知觉的区别,感觉反映的是事物（或客体）的单一属性，知觉反映的是整体属性（多个属性）。 感觉是单通道的反映，知觉是多通道的整合反映。 感觉是自下而上的加工，知觉是自下而上和自上而下加工的结合。 知觉以客体辨认和命名为标志。,感觉和知觉的区别,知觉涉及的一些问题,由刺激决定还是由主观心理决定？ 先知觉部分还是整体？ 图形背景的分离如何形成？ 模式识别如何进行？,第一节 知觉三大理论,一、格式塔知觉理论 人类具有不需学习的整体知觉组织机制，使我们可以将外部刺激以整体而非部分的方式知觉为“完形”。 心理与神经系统同构

2、或同型论：知觉表征与神经表征具有相似的对应关系，神经系统靠电磁场使神经细胞形成对应结构关系。 例子：北斗七星的心理表征与神经结构同型。 问题：心理表征不一定是具体的生理结构表征。 重点：强调知觉自下而上的组织过程。,二、知觉的假设检验理论 强调已有知识经验对知觉的影响，主要是以假设、期望或图式的形式起作用。 知觉是一个将外部刺激与脑中已有知识进行匹配联系之后的确认过程。 重点：强调知觉的确认过程。,哪种是牛肉泡馍？,月亮上有什么？,三、直接知觉理论（生态学理论） 1. 要点：根据传统的Helmholtz知觉理论，知觉是无意识推理的结果，即感觉和概念等经验的整合。但吉布森（Gibson）在格式塔

3、心理学整体知觉先于部分知觉的基础之上，认为整体知觉是“刺激的整体”而非“心理的整体”（格式塔），知觉决定于外部刺激而不是主观经验，否认已有经验的作用。 人们拥有生物进化而来的直接知觉能力，根据外部刺激丰富的几何光学特征，可以直接知觉刺激，而不需要经过图式、知识经验、推理等更高层次的心理中介。,2. 证据 证据：刚出生的婴儿包括动物已经具有深度知觉（视崖）了，这种深度知觉的建立不是靠知识经验或推理而建立的，而是长期的生物进化与环境适应形成的，因而对视崖的知觉是直接的而不是经验调节的。（生态意义由此引发） 推测：人类和高等动物为了适应生存以及发展出直接知觉外部刺激的能力，而不需要以心象、图式、推理

4、等高级心理为条件。例如只有低级心理的动物它们对环境的知觉主要是直接知觉而不是间接知觉。,三个知觉理论的侧重点,外部刺激,感知觉 （初级心理）,经验、图式、推理、期待等 （高级心理）,格式塔学派（知觉组织的整体性）,知觉的假设检验模型,直接知觉理论（刺激结构的整体性）,第二节 知觉的加工方式,一、自下而上的加工（数据驱动） 1. 加工始于外部刺激，即先对外部刺激特征进行分析，之后经心理组织而成有意义客体。 2. 知觉是一个特征分析特征整合的过程，知觉需经组织过程。 3. 总特征：由外到内，由局部到整体，由分析到整合。,二、 自上而下加工（概念驱动） 1. 加工始于大脑内的心理预期或概念图式， 2

5、. 整体知觉影响局部知觉。 3. 知觉需经确认过程。 结论：正常条件下，知觉主要是自下而上加工，模糊条件下则要结合自上而下加工。,知觉的加工方式,月亮中的内容知觉 自下而上加工，从刺激中辨认。 自上而下加工，模糊时需要经过假设检验。 如听说过月亮有仙女、玉兔、伐木工等，而将之知觉为这些假设对象，然后进行检验。 北斗七星知觉 带着有色眼镜看人,三、整体加工与局部加工 1. Navon的经典实验,总体的三种实验条件,1. 总体的一致关系 （1）一致：大图形与听觉刺激相同。,H,视觉,听觉,1. 总体的一致关系 （2）无关：大图形与听觉刺激无关。,S,视觉,听觉,1. 总体的一致关系 （3）冲突：大

6、图形与听觉刺激是不同的字母。,S,视觉,听觉,1. 局部的一致关系 （1）一致：局部字母与听觉刺激相同。,H,视觉,听觉,局部的三种实验条件,1. 局部的一致关系 （2）无关：局部特征与听觉刺激无关。,H,视觉,听觉,1. 局部的一致关系 （1）冲突：局部字母与听觉刺激冲突。,S,视觉,听觉,局部的三种实验条件,实验结果,实验条件听觉辨别反应时 一致条件：最快 冲突条件：最慢 无关条件：居中 推论：整体知觉先于局部知觉整体优先效应。 解释 有意识注意整体时可以忽略局部特征，但有意识注意局部时总是要先受到整体特征的影响。,挑战,视觉知觉对象具有最佳大小水平（注意范围），当局部特征处于最佳大小水平

7、时，可以出现局部优先效应因为此时的总体特征已经在最佳注意范围之外了。,假设最佳大小水平,最佳大小水平,第三节 模式识别,一、模式识别概述 1. 概念：模式（pattern）是指由若干要素或成分组成的具有特定关系的刺激结构。模式识别是指对特定模式的知觉辨认过程。 2. 特点：复杂性、适应性、习得性,我们时刻都在进行模式识别,模式识别的理论模型,模板匹配理论直接存储和匹配具体样例 原型匹配理论不存储和匹配具体特征和样例，只存储某一类事物的概况特征，对象与某个原型匹配。 特征分析理论分析刺激的某种特征 部件（或成分）识别理论分析和匹配事物的基本组成单元。,一、模板（template）说,人脑预先存有

8、各种事物的模板，这些模板来自于人来过去的生活经验。 模式识别就是将外部刺激与心理模板的各个特征进行一一比对，匹配度最高者（概率）即被某种已有心理模式。,他 最 像 谁 ？,模式匹配理论,你认得出他们是谁吗？,模板理论的改进：模板匹配加工前还存在预加工阶段，其作用是将外部刺激的特征标准化，从而减少预存模板的数量。 模板说的问题 外部事物不计其数，人脑如何可以存储无限多的模板？不够经济。 一旦外部事物特征发生局部变化，模式识别如何可以保持正确无误？不够灵活。 如果刺激需要与模板完全匹配，新事物如何获得识别？ 没有说明匹配过程是系列的还是平行的，知觉是先整体还是局部。,模板匹配技术与人工智能,模板匹

9、配较多应用于机器的模式识别,二、原型匹配理论,原型（Prototype）：某一类客体共有的典型特征或概括特征。 原型说要点 人脑储存的是事物的基本原型，而非与刺激一对一对应的具体模板。更为经济。 刺激不需要完全与原型匹配，只需要最近似匹配即可识别，因此新刺激同样可以获得识别。更为灵活。,原型匹配的应用,汉王文字识别,穿越天门洞的翼装侠,人？鸟？飞机？,难道飞机不是大型的鸟吗？鸟是飞机的原型。 翼装侠呢？难道不也是活人飞机？没有翅膀的鸟？鸟、飞机都是翼装侠的原型！,请快速判断下面哪些动物是鸟类,鸟的原型： 双足、有喙、身披羽毛、卵生的脊椎动物。,平均脸研究,平均脸：将特定人群的多个面孔的特征抽取

10、其平均值再合成的虚假标准脸。 平均脸更吸引人； 每个人脑中都有自己关于人的平均脸，即近期经常看到的人们的脸的平均化。,原型存在吗？平均脸的实验,等下屏幕上会出现几组女性脸部图片，她们可能来自于中国、泰国和缅甸。 请你在10秒钟之内判断她们属于哪个国家。时间限制较短，请第一时间做判断。 注意：每一组有三个图片，但它们不一定分属不同的国家，可能三个图片同属一个国家。 先在纸上写下三个国家，答题时写出对应的人物序号即可。,03,01,02,第一组,04,05,06,第二组,07,08,09,第三组,第四组,11,12,10,答案,缅甸女性：02、04、06、10 泰国女性：03、09、08、12 中

11、国女性：01、05、07、11 统计你答对的个数,三、特征分析理论,大脑存储的是各种模式的基本特征，模式识别是将外部刺激的特征与模式基本特征进行匹配的过程。,特征提取与分析,特征综合之后再匹配,基本特征的抽取,例1：汉字有哪些基本特征？ 横、竖、撇、捺、折、勾 看看手机上的笔画输入法 例2：人脸有哪些几何上的基本特征？,举例：蝙蝠的类型识别,仅根据基本特征抽取部分具体特征,综合各项特征后与基本特征匹配,匹配,不匹配,匹配,不匹配,蝙蝠被识别为非鸟类,举例：人脸的识别过程,仅根据基本特征抽取部分具体特征,综合各项特征后与基本特征匹配,匹配,匹配,匹配,A人脸被识别,固定网像技术的研究成果,方法：

12、采用特定技术将外部刺激的的成像固定投射到视网膜的某一部位，排除眼睛的其他运动。,固定网像技术的研究成果,研究结果 人们对客体的知觉将消失，即看不到这个客体对象。 客体消失的过程：不是立即消失，而是分部分的小事，并且消失的和暂时保留的都是一些完整的特征。 推论：特征似乎是知觉的基本单元。,特征分析的神经生理学证据：特征觉察器,Hubel和Wiesel在20世纪50年代后期开始研究猫和猴的初级视皮层，发现有一些简单的神经元细胞专门对特定的刺激特征（如方向、边界、运动等）进行反应，这些细胞被称为特征觉察器。,Selfridge的鬼域模型,概念：又称“妖群”、“群魔”模型。 四种鬼代表四个特征分析阶段

13、 映像鬼从外部接受初始的感觉信息 特征鬼对客体映像进行特征分解，当客体映像具有属于“自身管辖”的单一特征时，就大声叫喊。 认知鬼监听特征鬼的喊叫声以及检索记忆中的特征。当特征鬼大声喊出的特征与记忆中储存的特征匹配时就大声叫喊，匹配特征越多的特征鬼喊叫声音越大。（相当于脑中储存的模式） 决策鬼根据认知鬼的喊叫，选择喊叫声音最大的那个认知鬼进行最后确认。,鬼域模型模拟,记忆模式：木、王、主、玉、半 基本特征 横（ ）、竖（|）、上点（、）、下点（、） 四个同学扮演特征鬼拍出特征（两横就两次） 五个同学扮演认知鬼喊出自身模式 声音分四级：沉默(0)轻声(1)大声(1)大大声(2) 其他同学扮演决策鬼

14、确认是哪个字,四、部件识别理论,部件（geon）：构成客体的具有特定关系和意义的结构单元，代表“几何离子”具有一定容积的结构体。 识别过程：人们识别事物时首先是把事物拆解成特定的部件，之后再根据部件判断整体事物。如果信息表征中不出现“部件”，那人们就不能识别整个事物。 推测：部件可能指的是事物的关键特征，例如警察服饰的徽章、自行车的轮子和踏板等。,争论：拓扑知觉理论,关于拓扑学,拓扑学被形象地称为“橡皮薄膜的几何学”。拓扑性质可以想象成在橡皮薄膜的塑性形变下仍然保持不变的性质。 比如有一个洞的一块橡皮薄膜，我们可以任意改变它的形状，只要不把它剪开或者把它的两点粘在一起，这块橡皮薄膜有一个洞的性

15、质不会改变。因此，“洞”是一种典型的大范围拓扑性质。而在橡皮薄膜的塑性形变下，我们通常熟悉的距离、朝向、大小等性质会改变，它们都不是拓扑性质而是局部性质。 研究发现蜜蜂能快速地学会分辨拓扑性质，从进化角度提供了支持拓扑性质初期知觉的重要证据。该理论是对半个世纪以来占统治地位的特征分析理论的挑战，相关研究成果发表在Science等刊物上。这是中国心理学家首次在知觉领域获得国际声誉。,拓扑等价关系（同胚）,模式识别的应用,文本分类 文本图像分析 工业自动化 数据挖掘 多媒体数据库检索 生物特征识别 语音识别 生物信息学 遥感 ,三种现象 词优先效应：识别单词中的字母比识别孤立的字母的正确率要高。

16、客体优先效应：识别结构严密三维图形中的线段要比识别结构松散图形中的同一线段正确率高。 构型优先效应：识别一个完整的图形比识别该图的某个部分正确率要高。,第四节 结构优先效应,几个问题,为什么要使用屏蔽刺激？ 客体优先效应实验是怎么做的？ 客体优先效应实验与构型优先效应实验区别在哪里？ 为什么使用屏蔽刺激时，词优先效应存在而客体优先效应消失？不使用屏蔽刺激时，刚好相反？ 从词优先效应、客体优先效应和构型优先效应中，理解“结构优先效应”中的“结构”含义。,一、词优先效应,w o r d,实验1：单词呈现之后被覆盖。覆盖的刺激中出现两个字母，请判断这两个字母哪个在刚才的单词中出现过。,实验2：屏幕中

17、出现一个字母，之后很快并一串符号覆盖，请判断这串符号中的哪个字母出现过。,h,实验3：不使用掩蔽刺激时，词优先效应将消失。,w o r d,r f,h,二、客体优先效应,请判断上图两个对象的位置关系是否与下图相同。,三、构型优先效应,请判断两个嘴部是否一致,请判断人物中的嘴部是否与下面嘴部一致,字母/字符优先效应,土,都,楠,灯,木,请判断上面偏旁是否含有下面的探测刺激。,艹,彳,火,木,木,木,木,木,木,请判断上面偏旁是否含有下面的探测刺激。,本章回顾,直接知觉理论的要点 知觉的加工方式 整体优先效应的实验方法 模板说、原型说、特征说各有哪些特点？ 鬼域模型的特征分析过程 什么是特征觉察器？ 词优先效应与客体优先效应的实验方法,