多源视觉信息感知与识别-视觉感知的三要素

人类的视觉感知系统始于研究接受外界刺激，进而产生相对应的反应和行为，是一个极端复杂的过程。包括初级视皮层等感官细胞的视觉感知作用以及高级视皮层区域的视觉作用（包括知觉和推理等）。

定义1-1 视觉感知是指仅在视觉感官系统（主要指视皮层）的作用下获取有关外部环境的知识以及与外部环境进行交互的行为。

视觉感知包括三个要素：外部环境的输入刺激、视感官系统的神经信息处理机制、视觉感知的输出，如图1-3所示。

图1-3　视觉感知的三要素组成图

1.外部环境的输入刺激

生物视觉感知系统的输入信号是外部环境的输入刺激，它是视觉感知的基本要素也是视觉感知的基本条件之一。可以从三个层次进行具体描述：①物理属性层，如显示器发出光线是一种电磁波，可以通过仪器测量它的物理属性，如频率、波长等；②信息层，即接受刺激主体潜在的信息获取方式，如显示器用它所显示内容的质量和数量描述；③生态学层，强调外部环境客体对主体的功能，如显示器上的字符可以被人们观察到等。在以上的各层次描述中，信息层是最一般、最普遍的层次，信息处理技术和方法也是当前计算机视觉感知领域最主要的方法之一。人类视觉感知系统主要关注亮度、形状、颜色、立体（或深度）视觉和运动的输入信息。(www.xing528.com)

2.视感官系统的神经信息处理机制

如果把外部环境的输入刺激作为视觉感知的前提，那么视觉感知的核心要素便是视觉感官系统及其神经信息处理机制。视觉感官系统的神经信息处理机制也可以分层次进行分析：①系统行为层，这种信息处理机制是通过主体感官系统或脑的物理行为描述的；②抽象行为层，即除了上述感官系统的物理行为，还可以对以上行为进行编码加以分析，在信息层分析这种神经信息处理机制。事实上，感官系统的每一个响应都要加载其对应的信息，而每一个这样的加工过程都存在着一定的信息处理模式。在信息层上对视觉感官系统的神经信息处理机制进行研究，建立对应的可计算模型，这是神经信息科学应用于视觉感知分析的核心问题。

3.视觉感知的输出

视觉感官系统是整个生物视觉感知系统中最简单的部分，但其输出极为复杂多样，因此视觉感知是一个极其复杂的过程，不可割裂地仅看它的输出意义。从整个生物视觉感知系统来看，视觉感知的输出包括三方面：①显式的有关“什么”对象的知识，它告诉主体外部环境中存在什么对象；②隐式的有关“怎样”反应的知识，它指导主体对外部刺激做出适当的反应；③主观的视觉体验，这属于哲学家的意识范畴。

视觉作为最重要的信息获取途径，其功能的实现需要一个非常复杂的加工流水线。眼睛是接收视觉信息的“窗口”，而大脑则类似于对信息进行编码、解析、分类、整合、变换乃至赋予意义等操作的超级计算机。由于视觉系统自身的发育、发展，以及外界环境的复杂多变，这条加工流水线受进化的影响也已经具备了一定的灵活性。因此脑的视觉信息处理过程具有一定的选择性和可塑性，人们的视觉体验也是非常主观的。此外，大脑对具有进化意义的生物社会信息（面孔与生物运动）的加工具有区别于其他一般视觉信息的特异性。