Skelett-Formen der Schlüssel zu raschen Erkennung von Objekten: neue Einblicke in die menschliche vision-system

Im Handumdrehen ein Auge, das menschliche visuelle system verarbeiten kann, die ein Objekt bestimmen, ob es eine Tasse oder eine Socke innerhalb von Millisekunden, und mit scheinbar wenig Aufwand. Es ist gut etabliert, dass die Form eines Objekts ist eine kritische visuelle cue zu helfen, die Augen und Gehirn führen Sie diesen trick. Eine neue Studie, stellt jedoch fest, dass zwar die äußere Form eines Objekts ist wichtig für die rasche Anerkennung, die das Objekt inneren „Skeletts“ spielen eine noch wichtigere Rolle.

Wissenschaftliche Berichte veröffentlicht, die Forschungen von Psychologen an der Emory University, die zeigen, dass ein key-visual-tool für die Objekterkennung ist die mediale Achse eines Objekts, oder seine Skelett-geometrie.

„Wenn wir denken, die Form eines Objekts, die wir in der Regel vorstellen, dass die äußeren Konturen“, erklärt Vladislav Ayzenberg, der erste Autor des Papiers und ein Emory Doktorand in Psychologie. „Es gibt aber auch einen tieferen, mehr abstrakte Eigenschaft der Form, die beschrieben wird, von Skelett-geometrie. Unsere Forschung schlägt vor, dass diese inneren, unsichtbaren Mechanismus von entscheidender Bedeutung sein kann zu erkennen, ein Objekt so schnell.“

„Man kann sich das wie bei einem Kind-stick-Zeichnung von einer person,“ fügt Stella Lourenco, senior-Autor der Studie und ein associate professor für Psychologie an der Emory. „Mit einem Strichmännchen das eine person repräsentiert, gibt Sie die grundlegende visuelle Informationen, die Sie benötigen, um sofort wahrzunehmen, das Bild ist von Bedeutung.“

Das Lourenco lab erforscht die menschliche visuelle Wahrnehmung, Kognition und Entwicklung.

Die visuelle Wahrnehmung eines Objekts beginnt, wenn Licht trifft auf unsere Augen und das Objekt projiziert wird als ein zwei-dimensionales Bild auf photorezeptorzellen der retina. „Eine Menge von internen Maschinen Surren zwischen den Augen und dem Gehirn zu erleichtern, die Wahrnehmung und Anerkennung innerhalb von 70 Millisekunden,“ Ayzenberg sagt. „Ich bin fasziniert von der neuronalen Berechnungen, die in diesem Prozess.“

Obwohl die meisten Menschen nehmen es für selbstverständlich, Objekt-Erkennung ist eine Bemerkenswerte Leistung. „Sie können lehren, eine zwei-jährige, was ein Hund ist durch den Hinweis auf einen echten Hund oder zeigt das Kind ein Bild in einem Buch“, sagt Lourenco. „Nachdem ich solche Beispiele kann ein Kind schnell und mit Leichtigkeit erkennen, andere Hunde, wie Hunde, trotz Variationen in Ihre einzelnen Erscheinungen.“

Die menschliche Fähigkeit zur Objekt-Erkennung ist robust und trotz der Veränderungen eine Klasse von Objekten wie die äußeren Konturen, Größen, Texturen und Farben. Für das aktuelle Papier, entwickelten die Forscher eine Reihe von Experimenten zu testen, die Rolle von Skelett-geometrie in den Prozess.

In einem experiment wurden die Teilnehmer vorgestellt, gepaart mit Bildern von 150 abstrakte 3D-Objekte auf einem computer. Die Objekte hatten 30 verschiedene Skelett-Strukturen. Jedes Objekt gerendert wurde mit fünf verschiedenen Oberflächen-Formen, ändern Sie die sichtbare Form des Objekts zu verändern, ohne die zugrunde liegende Skelett. Die Teilnehmer wurden gebeten, zu beurteilen, ob jedes paar der Bilder zeigten das gleiche oder verschiedene Objekte. Die Ergebnisse festgestellt, dass Skelett-ähnlichkeit wurde ein signifikanter Prädiktor für eine richtige Antwort.

Ein zweites experiment, basierend auf Anpassungen der drei Objekte aus, testete die Auswirkungen von proportionalen änderungen der Form Skelett. Die Teilnehmer waren in der Lage, genau vorherzusagen, Objekt ähnlichkeit mit einer rate, die deutlich über die chance, auf jeder Ebene des Skeletts ändern.

Ein drittes experiment getestet, ob ein Objekt, das Skelett war ein besserer Prädiktor für die Objekt-ähnlichkeit als seine Oberfläche bilden. Teilnehmer erfolgreich gematchten Objekte von Ihren Skelett-Struktur oder der Oberfläche bildet, wenn jeder cue präsentiert wurde isoliert. Sie zeigte eine Vorliebe, jedoch entsprechen die Objekte, die von Ihren Skeletten, im Gegensatz zu Ihrer Oberfläche bildet, wenn diese Hinweise in Konflikt mit einem anderen.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das visuelle system ist nicht nur sehr empfindlich auf die Skelett-Struktur der Objekte, sondern, dass diese Empfindlichkeit kann eine noch größere Rolle in der Form der Wahrnehmung als Objekt-Konturen.

„Skelett-geometrie, scheint wichtiger zu sein, als bisher realisiert werden, aber es ist sicherlich nicht das einzige Instrument im Objekt erkennen“, sagt Lourenco. „Es kann sein, dass das visuelle system beginnt mit dem Skelett-Struktur, statt den Umriss eines Objekts, und ordnet dann andere Eigenschaften, wie Texturen und Farben, die auf Sie.“

Zusätzlich zu der grundlegenden Kenntnisse der menschlichen vision-system, die Untersuchung gibt Einblicke in die Verbesserung der Fähigkeiten der künstlichen Intelligenz (KI). Schnelle und genaue Erkennung von Objekten, zum Beispiel, ist von entscheidender Bedeutung für die KI-Systeme self-driving cars.

„Das beste Modell für eine Maschine-learning-system ist wahrscheinlich eine Mensch-zu-learning-system“ Ayzenberg sagt. „Die menschliche vision-system hat das problem der Objekterkennung durch die evolution angepasst und ziemlich gut.“

Video: https://www.youtube.com/watch?v=vb3jUZ_sOX0