ГЛАВА 6 ОСОБЕННОСТИ МЕТОДА

Мы завершили изложение нашего нового информационного подхода к проблеме зрения. И хотя это изложение содержит немало " разрывов", я надеюсь, что оно обладает целостностью, позволяющей читателю получить достаточно определенное представление о нашем подходе и приступить к оценке его ценности. В этой очень короткой главе дана самая общая характеристика всего подхода в целом, рассмотрены его важнейшие и наиболее общие характерные особенности, а также их взаимосвязь, кроме того, предпринята п)пытка остановиться и на стиле исследования, вытекающего из сути подхо-Д1. Было бы удобно сосредоточить обсуждение на четырех основных моментах.

.Первый из них постоянно возникал на протяжении всего изложения — концепция различных уровней объяснения. Центральный принцип нашего подхода заключается в том, что для понимания того, что представляет собой зрение и каким образом оно действует, недостаточно использовать лишь какой-то один уровень объяснения. Недостаючно ни уметь описывать ответы отдельных нервных клеток, ни уметь давать локальные прогнозы результатов психофизического эксперимента, недостаточно даже уметь писать программы для ЭВМ, действующие приблизительно так, как это требуется. Необходимо располагать всеми этими возможностями и одновременно в самой полной мере учитывать еще один уровень объяснения, который назван нами уровнем информационной теории. Осознание и существования, и важности этого уровня представляет собой один из важнейших аспектов нашего подхода. Поняв это, можно в явном виде сформулировать три уровня объяснения (информа-

334

ционная теория, алгоритм и реализация), после чего станет ясно, каким образом эти три различных уровня соотносятся с различными разновидностями экспериментальных наблюдений и теоретического анализа, которые могут выполняться. Я определенным образом выделяю уровень информационной теории не потому, что считаю его по существу более важным, чем два других уровня (истинная сила нашего подхода состоит в объединении всех трех уровней наступления на проблему зрения), а потому, что существование именно этого уровня прежде не осознавалось и соответственно ему не уделялось внимания. Следовательно, освоение этой идеи может вызывать у новичков в нашей области наибольшие затрудения, и уже только в силу одной этой причины ее значение должно соответствующим образом подчеркиваться во всяком вводном курсе, каковым данная книга и задумана.

Второй важный момент состоит в том, что, приняв информационную точку зрения, мы оказались в состоянии довольно четко сформулировать общую структуру зрительного процесса. Основу концепции, определяющей эту структуру, составляет представление о том, что все принципиальные проблемы зрения связаны с природой используемых представлений (т. е. тех конкретных характеристик реального мира, которые в процессе зрительного восприятия переводятся в явную форму) и природой процессов, обеспечивающих выделение этих характеристик, получение представлений, выполнение над ними различных операций и в конечном счете — " чтение" этих представлений. Проанализировав пространственные аспекты проблемы зрения, мы пришли к общей структуре процесса обработки зрительной информации, базирующейся на использовании трех основных представлений: 1) первоначального эскиза, предназначенного для представления в явном виде характеристик двухмерного изображения, начиная со степени и местоположения изменений яркости на нем и кончая представлением локальных геометрических свойств изображения с помощью непроизводных элементов, причем в наиболее сложных случаях первоначальный эскиз может включать некоторое иерархическое описание какой-либо структуры высшего порядка, заключенной в соответствующих распределениях отражательной способности; 2) 2, 5-мерного эскиза, привязанного к наблюдателю представлением глубины и ориентации видимых поверхностей и включающего контуры нарушений непрерывности значений этих характеристик; 3) представления трехмерной модели, существенными особенностями которого являются привязка системы координат к объекту, использование объемных непроизводных элементов (это позволяет выявить организацию пространства, занимаемого объектом, а не только его наблюдаемых поверхностей), причем непроизводные элементы могут иметь различные размеры и организуются в виде некоторой модульной иерархической структуры.

Третий важный момент связан с изучением процессов, обеспечивающих определение различных физических характеристик сцены по ее изображениям. Решающим элементом в построении информационных теорий подобных процессов является выявление достоверных ограничений, определяющих характер развития событий в реальном мире и обеспечивающих в связи с этим дополнительную информацию, необходимую для получения искомых харак-

335

теристик. В гл. 3 было приведено множество соответствующих примеров, значение которых было систематизировано в табл. З.З.Сила анализа данного типа состоит в том, что выявление эффективных и достаточно универсальных ограничений обеспечивает получение результатов, касающихся зрения, которые отличаются такой же надежностью, как и результаты, получаемые в других науках.

Более того, после того как сформулирована информационная теория некоторого процесса, можно создать реализующие ее алгоритмы и сопоставить их характеристики с характеристиками зрительной системы человека. Такой метод позволяет получать результаты двух типов. Во-первых, если эти характеристики по существу идентичны, то это является веским свидетельством в пользу того, что ограничения, заложенные в соответствующую информационную теорию, эффективны и могут в неявном виде использоваться зрительной системой человека; во-вторых, если некоторый процесс соответствует тому, что наблюдается у человека, то он, вероятно, достаточно хорош для того, чтобы войти в состав некоторой универсальной системы машинного зрения.

Последний важный момент связан с методологией или стилем подхода такого типа, как наш; он касается двух важных наблюдений. Во-первых, речь идет о двойственности, присущей представлениям и процессам, что наглядно продемонстрировано на рис. 6.1; она часто является полезным средством для выбора оптимального способа исследования некоторой конкретной проблемы. Как при изучении представлений, так и при изучении процессов задачи общего характера часто возникают в связи с повседневным опытом или психофизическими либо даже нейрофизиологическими результатами весьма общего характера. Подобные данные часто могут приводить к построению некоторого конкретного процесса или теории представления, отдельные примеры которых могут быть реализованы в виде программы ЭВМ или подвергнуты тщательному психофизическому исследованию. Если мы в достаточной степени уверены в правильности соответствующего процесса или представления на таком уровне, то можем перейти к детальному изучению его реализации, что связано с решением важнейших и очень сложных задач нейрофизиологии и нейроанатомии.

Второе наблюдение состоит в том, что не существует действенных рецептов для выполнения исследований такого типа (несмотря на то, что иногда я допускал их существование) — не существует чего-либо, выходящего за пределы обычных процедур получения научных результатов, справедливых для любой науки. Действительно, в некоторой мере наслаждение, получаемое от занятий наукой, определяется тем, что нам никогда не известно наверняка, откуда может возникнуть ключ к решению очередной проблемы: будет ли это элемент повседневного опыта, сообщение о неврологическом недостатке, теорема, касающаяся геометрии трехмерного пространства, результат психофизического изучения повышенной остроты зрения, нейрофизиологические данные или тщательный анализ проблемы представления. Все эти разновидности информации играют существенную роль в формировании концепции, описываемой в данной книге. И, как можно предполагать, все они будут продолжать вносить свой вклад в развитие этой концепции, причем 336

Рис. 6.1 Схема, иллюстрирующая связи представлений и процессов

взнос этот будет как чрезвычайно интересным, так и непредсказуемым. Я лишь надеюсь, что эти замечания могут побудить некоторых из читателей данной книги присоединиться к нам в нашем волнующем предприятии и разделить наш труд, посвященный решению очень трудной, но благодарной задачи — раскрытию тайн зрительного восприятия человека.

ЧАСТЬ III ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ГЛАВА 7

⇐ Предыдущая22232425262728293031Следующая ⇒

Поделиться: