Теория распознавания по компонентам (recognition-bycomponents, RBC) И. Бидермана

Описанные выше теории имеют широкое применение в нейроинформатике, а именно при создании систем распознавания текстов, машинного зрения и т. п. Также, но словам Б. М. Величковского, они обнаруживают особую компетентность в вопросах зрительного восприятия, связанных с обработкой текстур, выделением границ объектов и контуров. Однако человеческое восприятие не ограничивается обнаружением простейших элементов, и на вопрос о том, как распознаются сложные картины, предстающие взору наблюдателя, модели признаков ответить не могут. Более приближенную к человеческому зрению теорию предлагает Ирвин Бидерман^[1], хотя он и опирается на информационную модель восприятия Дэвида Марра. Его модель распознавания можно условно отнести к теориям признаков, с учетом только того факта, что сами признаки, выделяемые автором уже не простые элементы образа, а более сложные его компоненты. Эти компоненты Бидерман называет геоны (сокр. от геометрические ионы). Он полагал, что существуют 36 базовых форм, из которых формируются блоки для построения всех объектов, которые мы воспринимаем.

Бидерман полагал, что некоторые элементы видимого мира остаются неизменными, т. е. инвариантными, даже когда наблюдатель перемещается и, как следствие, изменяется точка наблюдения. Перцептивное распознавание объектов по Бидерману представляется как процесс, в котором первичное изображение сегментируется на простые геометрические компоненты, такие как блоки, цилиндры, клинья и конусы. Каждый компонент можно получить, варьируя неслучайные (nonaccidental) свойства фигур в двумерной плоскости — кривизну, симметричность, параллельность, коллинеарность^[2] и совместное окончание линий (рис. 8.13).

Распознавание объекта, но Бидерману осуществляется в несколько последовательных этапов (рис. 8.14). На первоначальном этапе происходит определение контура объекта и составляющих его частей за счет детекции углов, которые, в свою очередь, определяются благодаря информации о текстуре поверхности, ее цвете, яркости и т. д. На основе первоначального описания объекта выделяют его так называемые неслучайные свойства — свойства, неменяющиеся от угла зрения, движения наблюдателя, а также являющиеся одинаковыми как в двумерной плоскости, так и в трехмерном пространстве (например, прямой угол). К ним Бидерман относит коллинеарность, симметричность и другие, указанные выше характеристики. Одновременно с определением этих неслучайных свойств производится анализ объемности объекта за счет определения вогнутости его частей. Эти неслучайные характеристики имеют полярные измерения: симметричности противопоставляется асимметричность, параллельности — непараллельное™ и т. д. (см. рис. 8.13). Неслучайные характеристики анализируемых регионов объекта обеспечивают наблюдателя всей необходимой информацией, позволяющей идентифицировать каждый компонент объекта, или геон. Геон — это один из формальных элементов, своеобразный «кирпичик», составляющий сложный объект. Число геонов ограничено; всего их — 36 штук, это число определяется количеством возможных сочетаний измерений указанных выше неслучайных свойств. Так, Бидерман приводит пример, как можно получить набор геонов за счет комбинации четырех возможных признаков, связанных с особенностями оси и поперечного сечения фигуры (рис. 8.15). Ось определяется кривизной геона (искривленная или прямая), особенности поперечного сечения указывают на изменения в объемах геона: постоянный размер при параллельных сторонах, расширение фигуры при отсутствии параллельности, расширение и схождение одновременно (табл. 8.1).

Рис. 8.13. Инвариантные свойства объектов.

Рис. 8.14. Последовательность этапов в распознавании образа объекта.

по И. Бидерману.

Рис. 8.15. Образование геонов за счет сочетания различных неслучайных.

свойств.

Таблица 8.1

Некоторые геоны, получаемые из сочетаний неслучайных свойств фигуры¹

Бидерман полагает, что объект распознается посредством выделения геонов; один объект состоит из нескольких компонент, определение которых происходит параллельно, с неограниченной мощностью (рис. 8.16). Помимо самих геонов Бидерман описал правила их организации, так как одни и те же геоны, но по-разному структурированные могут составлять разные объекты (рис. 8.17). Отношения между парами геонов по Бидерману включают следующие параметры:

• 1) вертикальность (находится ли геон, А над, под или в стороне от геона Б);
• 2) относительный размер (является ли геон, А больше, меньше геона Б или приблизительно равен ему по размеру);
• 3) центрирование (расположение точки соприкосновения геонов относительно их центра); ^1[3]
• 4) размер площади соединения геонов (какую поверхность геона, А занимает область его соединения с геоном Б; это свойство определяется отдельно для каждого геона).

Рис. 8.16. Пример некоторых геонов (слева) и объектов, которые они могут образовывать (справа), в теории И. Бидермана

Рис. 8.17. Различная организация одних и тех же геонов.

Теория распознавания по компонентам Ирвина Бидермана получила широкое распространение в науке, и на настоящий момент имеются данные нейрофизиологических исследований о мозговых основах выделения геонов в целостном образе объекта^[4].

• [1] Biederman I. Recognition-Ьу-Components: A Theory of Human Image Understanding //Psychological Review. 1987. Vol. 94 (2). P. 115—147.
• [2] Коллинеарность — отношение параллельности векторов: два ненулевых вектора называются коллинеарными, если они лежат на параллельных прямых или на одной прямой.
• [3] Адапт. по: Biederman I. Recognition-by-Components: A Theory of Human ImageUnderstanding// Psychological Review. 1987. Vol. 94 (2). P. 122.
• [4] 2 В ie derm ап 1. Recent psychophysical and neural research in shape recognition // OsakaN., Rentschler Biederman I. (Eds.) Object Recognition, Attention and Action. Springer, 2007, P. 71−88.