The problem of vision invariance

Проблема инвариантности зрения

Поскольку зрительная система приносит подавляющую часть сенсорной информации, а также в связи с запросами робототехники, новые нейрокибернетические разработки обычно примериваются, в первую очередь, к зрительному анализатору.

Прямое приложение принципов КНГ к зрительному анализатору человека обнаруживает два резких несоответствия между свойствами голографических корреляторов и свойствами нашего зрения. Во-первых, корреляторы инвариантны (безразличны) к плоскопараллельному смещению анализируемого объекта в поле зрения, а человек к этому вовсе не безразличен, он упорно сосредотачивает взгляд на рассматриваемом предмете. Во-вторых, человек без малейшего напряжения узнаёт приблизившийся объект, если узнал его издали, тогда как для коррелятора, изображённого на рис. 3.4, это невозможно. Коррелятор работает только при том масштабе изображения, какой заложен в эталоне.

Анализ показал, что объяснение этих противоречий заключено в особой анатомии глаза и зрительного нерва. Система нейронов зрительного анализатора человека построена так, что наблюдаемое изображение деформируется путём сжатия его периферийных областей. Сжатие, насколько можно судить, соответствует логарифму расстояния от центра поля зрения. Деформирование изображения происходит под совместным действием трёх факторов:

connections and differences between them, pattern classification by attributes, detection of distant associations, etc. Even when perceiving the urgent new information, not lesser volume of data is called from the memory.

The higher is the level of evolution of the animal, the more it thinks, i.e. the greater part of processing power of the brain is busy with processing the information extracted from the memory but not that received from the sensors at that moment.

Since the visual system carries the most part of sensory information, as well as due to demands of robotics, the new neurocybernetic developments are usually tried first on the visual analyzer.

Direct application of CNH principles to the human visual analyzer reveals two great variances between the features of holographic correlators and our vision. Firstly, the correlators are invariant (indifferent) to planar-parallel displacement of the analyzed object in the field of view, while a human being is not at all indifferent to that, as he keeps on concentrating his look at the object under consideration. Secondly, a human is able to recognize the approaching object without particular effort, if he has identified it from a distance, while it is impossible for a correlator illustrated in Fig. 3.4. The correlator works only at the same image scale as provided in the template.

Analysis has shown that explanation of these contradictions lies in the special anatomy of the eye and the visual nerve. The system of neurons of the human visual analyzer is composed so that the observed image is deformed by compressing its peripheral parts. Compression, as one can judge, corresponds to the logarithmic distance from the center of the field of view. The image deformation occurs under the joined influence of three factors:

– от центра к периферии сетчатки глаза уменьшается плотность расположения фоторецепторов;

– от центра к периферии сетчатки растёт число рецепторов, посылающих сигналы в одно и то же волокно зрительного нерва;

– на входе зрительного нерва в ядро, называемое наружным коленчатым телом таламуса, наблюдается редкое явление – плотность расположения нервных окончаний оказывается наиболее высокой на периферии пучка волокон и плавно уменьшается к центру.

Реализуемая таким способом логарифмическая деформация входного изображения превращает первый голографический коррелятор зрительной системы в одну из его разновидностей, в так называемый коррелятор Меллина [Василенко, Цыбулькин, 1985]. Отличительной особенностью коррелятора Меллина является инвариантность к размерам анализируемого образа. Иначе говоря, коррелятор Меллина, как и наше зрение, способен распознавать знакомые объекты при различной угловой величине, т.е. на разном расстоянии, лишь бы они были хорошо различимы. Это достигается нелинейностью (логарифмическим масштабом) системы относительно центра поля зрения, что влечёт за собой необходимость центрирования распознаваемого образа.

Следовательно, свойства нашей зрительной системы, как распознающего устройства, точно соответствуют специфике того типа голографического коррелятора, к которому она должна быть отнесена на основании её анатомических характеристик. Кстати, это лишний раз подтверждает голографическую природу вычислений.

Дата добавления: 2015-06-04