（应用心理学专业论文）整体加工方式下面孔结构与特征关系.pdf

浙江理工火学硕士学位论文 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。 本人授权浙江理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后使用本版权书。 不保密口 。 指导教师签名：谋泳蜂 日期：加f 口年孓月日 如弋 乏日。 ，士 v吣 童月 孙 坦 签年 者 ， 假 瑚刘加 论 ： 刨飙 学日 浙江理工大学硕七学位论文 摘要 面孔是一类特殊的视觉刺激，其认知具有特殊性。在面孔认知研究过程中， 存在着两种加工方式之争，即整体加工与局部加工。整体加工观点认为面孔是一 个格式塔，其加工以整体的形式进行；局部加工观点认为局部信息足以表征整个 面孔。目前学术界比较赞同整体加工的观点。但是整体加工的观点有其局限性： 整体是一个模糊的概念，没有一个可操作化的定义，很难再对整体加工的属性和 机制作进一步的探讨。纵观前人研究，笔者认为，整体性加工表现为面孔上局部 信息之间的交互作用，可以通过考察面孔上各局部信息之间的交互作用来实现对 整体进一步的探讨和研究。鉴于此，本文引入聚焦窗口技术，通过控制局部以外 信息量及类别的变化来考察其对局部信息识别的影响，从而证明面孔加工的整体 性。在验证了面孔加工的整体性之后，整体性加工的信息表征本质是本文考虑的 第二个问题。面孔上存在两类信息，一类是特征信息，另一类是结构信息。前人 已经证明两类信息有各自的加工系统，且独立存在，而两类信息加工之间的相互 作用模式却不甚清楚。因此，两类信息如何相互作用于整体加工的这个问题是本 文要探讨的第二个问题。空间频率过滤研究证明，低频空间频率主要表征结构信 息而高频主要表征特征信息。在聚焦窗口中，通过控制外周信息的空间频率低通 过滤值的变化实现了两类信息的权变，从而实现了在权变过程中考察两类信息对 面孔整体加工的影响。实验发现，在面孔整体性加工过程中，结构信息和特征信 息的作用规律不同，且形成竞争关系。面孔以哪一类信息加工为主取决于信息提 取的难度。通过本文四个实验，得出三点结论： ( 1 ) 面孔以整体的方式进行加工。 ( 2 ) 结构信息加工和特征信息加工在面孔整体性加工中具有不同的作用规 律，两者构成竞争关系。面孔以哪类信息加工为主取决于信息提取的难度。 ( 3 ) 面孔上各特征在识别中的重要性从大到小依次为：眼睛、嘴巴、眉毛、 鼻子。 关键词：面孔认知整体加工结构信息特征信息关系 浙江理工大学硕士学位论文 r e l a t i o nb e t w e e nc o n f i g r u a ia n df e a t u r ef a c ei n f o r m a t i o nu n d e rt h e c o n d i t i o no fh o l i s t i ep r o c e s s a b s t r a c t h u m a nf a c ei sas p e c i a lv i s u a ls t i m u l u s ，a n dh u m a nf a c ec o g n i t i o ni sa l s os p e c i a l i nt h er e s e a r c h i n g o fh u m a nf a c ec o g n i t i o n , t h e r ee x i s t st w oi n c o m p a t i b l ei d e a sa b o u tw e a t h e rf a c ei sh o l i s t i c a l l yp r o c e s s e d o rl o c a l l y t h eh o l i s t i ct h e o r ya r g u e st h a tf a c ei sag e s t a l t , i t sp r o c e s s i n gi s h o l i s t i c t h el o c a l et h e o r y a r g u e st h a tl o c a lf a c ei n f o r m a t i o ni se n o u g h ，n on e e do fr e p r e s e n t a t i o no ft h ew h o l ef a c e n o w a d a y s ， r e s e a r c h e r sa r ea p tt or e c e i p tt h eh o l i s t i ct h e o r y , a n da g r e et h a tf a c ei sh o l i s t i c a l l yp r o c e s s e d b u tt h ei d e a o fh o l i s t i ci sn o ts op e r f e c ty e t h o l i s t i c ，w em e a ng e s t a l t , t h i sc o n c e p ti sn o tao p e r a b l eo n e ，w ec a n t f u r t h e ri n c e p tt h em e c h a n i s mo fi t i nt h i sp a p e r ，w ea r g u e st h a tt h eh o l i s t i cc a ne x p l a i n e db yi n t e r a c t i o n b e t w e e nl o c a li n f o r m a t i o n ，s u c ha sf e a t u r e si n f o r m a t i o no fl o c a lc o n f i g u r a li n f o r m a t i o n t oe x p l o r et h e a t t r i b u t e so ft h eh o l i s t i cp r o c e s sw ec a ni n v e s t i g a t et h ea t t r i b u t e so f i n t e r a c t i o nb e t w e e nl o c a li n f o r m a t i o n i nt h i sr e s e a r c hw ew a n tt ok n o wt h er e l a t i o nb e t w e e nc o n f i g u r a li n f o r m a t i o na n df e a t u r ei n f o r m a t i o n ，s o w es h o u l dc o n t r o lt h ev a r i a t i o no ft h et w oi n f o r m a t i o ni ns o m ew a y i no r d e rt oc o n t r o lt h et w o i n f o r m a t i o ni n c r e a s e di nd i f f e r e n ts t e p s ，w eu s e dt h ef o c u sw i n d o w st e c h n i q u e ，w h i c hs h o wt h el o c a l f e a t u r ec l e a r l yb u tc o n t r o lt h et w oi n f o r m a t i o no u t s i d e 1 ft h ev a r i a t i o ni n f l u e n c e dt h ep e r c e p t i o no f t h e c l e a r l ys h o w e dl o c a lf e a t u r e ，t h e nw ec a ns a yt h a tt h e r ea lea ni n t e r a c t i o nb e t w e e nl o c a l f e a t u r ea n dt h e i n f o r m a t i o no u t s i d et h el o c a lf e a t u r e a n dm o r e ，w ec a ng e tt h er e l a t i o nm o d e lb e t w e e nc o n f i g u r a la n d f e a t u r ei n f o r m a t i o nt h r o u g ht h ev a r i a t i o no ft h et w ok i n d so fi n f o r m a t i o n ，t h i si sa n o t h e rp u r p o s eo f t h i s p a p e r w ea l lk n o wt h a tt h e r et w ok i n d so fi n f o r m a t i o ni n t h eh u m a nf a c e ，a n dt h e r et w oi n d e p e n d e n t s u b s y s t e m st od e a lw i t hi t i ti ss u r et h a tt h et w os u b s y s t e mi no u r v i s u a lp r o c e s ss y s t e m ，b u th o wd i dt h e t w ow o r kt o g e t h e r ? t h a ti sw h a ti st h er e l a t i o n i ns p a t i a lf r e q u e n c yr e s e a r c h ，i th a sb e e nd e m o n s t r a t e d t h a tt h el o wf r e q u e n c yi n f o r m a t i o nr e p r e s e n tt h ec o n f i g u r a l i n f o r m a t i o nb u tt h e h i g hf r e q u e n c y i n f o r m a t i o nr e p r e s e n tt h ef e a t u r ei n f o r m a t i o n i nt h ef o c u sw i n d o w st e c h n i q u e ，t h ec h a n g i n gf i l t e r i n go f t h ei n f o r m a t i o no u t s i d et h el o c a lf e a t u r em a k et h et w ok i n d so fi n f o r m a t i o ni n c r e a s e dw i t hd i f f e r e n ts t e p s ， s ow ec a l li n v e s t i g a t eh o wt h et w oi n f o r m a t i o nw o 啦 e a c h f i n a l l y , w ef o u n dt h a tt h et w ok i n d so f 浙江理下大学硕士学位论文 i n f o r m a t i o np l a yd i f f e r e n tr o l e si nt h eh o l i s t i cf a c ep r o c e s s ，a n dt h e ya r ec o m p e t i t o r s w h i c hk i n do f i n f o r m a t i o nw i l lb ep r o c e s s e dd e p e n d so nt h ed i f f i c u l t yo fe x t r a c t i n g t h ec o n c l u s i o n so ft h i sr e s e a r c h ： f a c ei sh o l i s t i c a l l yp r o c e s s e d c o n f i g r u a la n df e a t u r ef a c ei n f o r m a t i o np l a y sd i f f e r e n tr o l e si nt h ef a c eh o l i s t i cp r o c e s s t h et w oa r e c o m p e t i t o r s w h i c ho n e w i l lb e i n gp r o c e s s e di nc e r t a i nt a s kd e p e n d si t sd i f f i c u l t yo fe x t r a c t i n g t h er a n ko fi m p o r t a n c eo f t h ef a c ef e a t u r e s ：e y e s ，m o u t h ，e y e b r o w , n o s e k e y w o r d s ：f a c ec o 、g n i t i o n ，h o l i s t i cp r o c e s s ，c o n f i g u r a li n f o r m a t i o n ，f e a t u r ei n f o r m a t i o n ，r e l a t i o n i i i 浙江理丁大学硕七学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章研究背景1 1 1 图像认知理论1 1 2 面孔信息表征理论3 1 2 1 特征信息和结构信息加工4 1 2 2 整体和局部及其与两类信息的关系4 第二章研究现状7 2 1 面孔知觉方式之争7 2 2 整体加工条件下结构和特征信息的关系8 第三章研究构思9 3 1 问题提出9 3 2 研究架构1 0 3 3 研究目的1 1 3 4 研究意义。1 1 3 5 创新点：1 2 第四章方法与结果1 3 4 1 实验一：不同空间频率和主观清晰度关系模式1 3 4 2 实验二：基于整体识别模式下的正向面孔的特征信息和结构信息关系1 4 4 3 实验三：基于整体识别模式下的倒置面孔的特征信息和结构信息关系1 9 4 4 实验四：基于单一特征信息和低通频率学习条件下的面孔识别2 1 第五章总讨论2 9 第六章结论与展望3 3 6 1 结论3 3 6 2 展望3 3 参考文献3 5 攻读学位期间所取得的研究成果3 7 致谢3 8 附录4 0 i v 浙江理工大学硕士学位论文 1 1 图像认知理论 第一章研究背景 人脑的信息是双向加工的，即自下而上和自上而下加工相结合进行。在图像 认知中，自下而上体现为对图像的特征信息进行抽取、组织；自上而下体现为对 图象内容和意义的猜测、期望，推理等过程。图像的认知，其实质是从复杂的背 景中抽取对象，并进行解释的过程。图像的表征，不管其形式如何，一个根本的 问题就是如何建立从图像的底层特征信息到高层的语义信息之间的映射。这些底 层特征包括图像的颜色、纹理、明暗等，而语义则为图像所代表的内容、情感等。 以面孔图像为例，语义信息包括面孔的身份，表情所代表的情绪，年龄，性别等 信息。根据格式塔的观点，底层特征信息在组织为对象这个过程中，不仅仅是这 些信息的简单叠加，他强调特征之间的交互作用。从这个意义上说，图像包括面 孔图像的认知，是一种整体认知，即所谓整体大于部分之和。 在进入面孔认知之前，先对图像认知作一个大概介绍。图像认知发展过程中 出现多种图像认知模型，本文主要介绍以下三种： 1 t r e is m a n 的特征整合模型 特征整合理论是注意理论在图像认知中的应用。分为两个阶段，一个是特征 登记阶段，此时人几乎不需要努力，甚至意识不到它的发生。这个阶段可以帮助 人们对周围环境进行指向性的搜索。视觉从光刺激模式中抽取特征，是一种平行 的、自动化的加工。t r e i s m a n 假定，视觉早期阶段只能检测独立的特征，包 括颜色、尺寸、方向、反差、倾斜性、曲率和线段端点等，还可能包括运动和距 离远近差别。这些特征处于自由飘浮状态，不受所属客体的约束，其位置在主观 上是不确定的。知觉系统对各个维度的特征进行独立的编码，这些个别特征的心 理表征叫特征地图。 另一个是特征整合阶段，知觉系统把彼此分开的特征正确联系起来，形成能 塑、江里三盔堂堡主堂垡笙茎 够对某一物体的表征。此阶段，要求对特征进行定位，即确定特征的边界位置。 处理特征的位置信息需要集中性注意。集中性注意就像胶水一样，把原始的、彼 此分开的特征整合为一个单一的客体。这一系列加工过程较前者慢一些。由于需 要努力，当注意超负荷或人们分心时，特别是对注意的要求很高时，就会将刺激 特征不恰当地结合，造成错觉现象。当特征信息不够时，也容易犯错误。 。 2 g u i d e ds e a r c h 模型 这个模型由w o l f e 提出的皿3 ，它用“显著度映射图”来模拟视觉搜索现 象，该模型假设选择性有两个注意阶段，一个是预注意阶段，另一个是串行搜索 阶段。在预注意阶段，并行地计算视觉特征，形成一系列的特征映射图。如红色， 线的走向等。特征映射图值的大小由图象数据和高层任务共同决定，特征映射图 最终叠加成代表图像各点显著度的激励映射图。在串行搜索阶段中，按照激励映 射图中各点激励值从大到小的顺序对图像各区域进行串行搜索，直到找到目标。 如没有目标物，则激励值达到某一下限时也停止。 引导搜索模型认为，。在视觉搜索过程中，被试是利用外周视觉信息引导其眼 跳，从而引导整个搜索过程。在最初的加工阶段，被试对各位置的视觉信息进行 平行加工，前注意信息被提取出来，形成一个激活地图。这个激活地图即包含与 目标物相似的信息，也包括与干扰物相似的信息。随后，对激活地图进行系列搜 索，眼跳指向更高激活刺激，直到找到目标物或者得出否定结论。目标相似的干 扰物的干扰作用很大。 3 n p u r o d y n a m ic a l 模型 该模型中3 ，基本的单元是神经元群，而非单个神经元。光线投射在视 网膜，视网膜的图像进入视觉系统，它和一系列的特征映射图( 代表颜色、大小 等) 之间存在着兴奋性连接。每种特征值有对应的分离层( 如代表白色的层，代 表大尺寸图像的层等) 。在每层的每个位置上，神经元群从与之关联的视网膜图 像的相应位置上接收兴奋型输入，特征映射图则对视网膜特定位置上的特征值 ( 如颜色值) 进行编码。对每个特征映射图而言，存在一个抑制型的神经元池。、 ? 特征映射图的每一层向这个池发送兴奋性连接，这样可以非直接地抑制该特征映 2 浙江理 二大学硕十学位论文 射图的其他层( 一个关于特征的特征映射图有许多层，如关于颜色的特征图有红 色层、绿色层、蓝色层等) 的兴奋性，这样特征值之间以“全或无”的方式竞争 来决定哪个特征值被激活。特征之间的关联在高层的特征映射图中表达。高层特 征映射图的一个单元代表了一个特定位置的关联，该单元从特征映射图的相关位 置上接收关联成份的兴奋性输入( 即w t a 竞争的结果) 。与特征映射图一样，高 层映射图也和一个抑制型的神经元池相联，可以在不同位置的关联之间产生竞 争。一个t o p - d o w n 模块提供了关于目标项特征值的记忆信息，这个信息被兴奋 型输入传递给有关的特征值层。例如，如果目标是“小 且“黑”的，那么在特 征映射图相关层的所有激励都会被增强。 1 2 面孔信息表征理论 面孔作为一类特殊的视觉图像刺激，很难用一般的客体识别理论来解释面孔 识别，面孔识别具有其特殊性h 1 。研究发现婴儿对于面孑l 刺激相对于其他刺激更 偏好于面孔瞄3 ，表明了面孔先天表征的可能性；面孔相对于其他客体，只在二阶 结构信息上相区别；面孔的识别一般在个体水平上进行，其他客体一般在基本水 平上进行识别。所有的这些都表明面孔是一个特殊的客体，其加工也具有特殊性。 为了进一步解释面孔特殊性，面孔认知的信息表征方式研究显得尤为重要。面孔 认知信息表征的研究，主要集中在以下这四个概念上，即特征、结构、局部和整 体。这四个概念之间至今存在着诸多的混淆与界定不清晰，如特征和局部的区别、 结构和整体的区别、特征和结构的关系以及局部与整体的关系。这四个概念之间 的关系如图1 1 所示： 图1 1 面孔加工方式与信息类型关系 3 浙江理t 大学硕士学位论文 1 2 1 特征信息和结构信息加工 特征加工和结构加工是在解释倒置效应的研究中被提出来的。 特征说认为，面孔主要以特征信息进行表征，整体只不过是各个局部的总和。 这里的特征主要是指面孔上独立的器官，如鼻子、眼睛、嘴巴、眉毛等。在实际 研究过程中，多是替换特征来达到改变特征的目的阳3 。这些特征信息在面孔加工 过程中具有不同的相对重要性，研究者发现，面孔上各特征的相对重要性从大到 d , 排y l j 依次为内轮廓、外轮廓、眼部、嘴巴和鼻子门1 。很显然，支持特征说的必 然支持面孔局部加工方式。 结构说认为大脑通过面孔特征信息和结构信息共同来表征，但是结构信息起 着更为关键的作用。对于结构说，一个著名的效应就是倒置脸效应。t i n1 9 6 9 年发现，倒置的面s l l t 正向放置的面孔识别绩效更低，认为是倒置破坏了面孔中 的结构信息，保留了特征信息。关于面孔上的结构信息有两种不同的理解：一种 是指面孔上特征之间的空间关系；另一种指的是空间布局信息或者模板，强调面 孔的整体性质。 1 2 2 整体和局部及其与两类信息的关系 局部和整体是一对相对的概念，多用来描述面孔的加工方式。对于局部和 整体这两个概念也是没有一个明确的操作性定义。一般而言，支持面孔局部加工 的研究者认为，面孔以局部信息就可以对面孔进行表征，而无须在大脑中对整个 面孔进行表征就可以很好地完成任务；整体观点认为，并不存在单独的脱离整体 的局部信息，面孔是一个格式塔，是以整体进行表征的。对于整体加工还是局部 加工的探讨，必然要涉及到面孔上相关信息。而一般在研究中把面孔上的信息分 为特征信息和结构信息，下面我们来进一步阐述整体和局部与这二者之间的关 系。很显然，在面孔加工中特征必然是局部，但局部不一定只是特征，它还可能 包括局部结构信息。 支持存在局部结构信息的研究者认为，特征之间的空间关系在面孔认知中起 关键作用，是一种局部信息而不是整体信息。如l e d e re ta 1 ( 2 0 0 1 ) 考察了 4 浙江理工大学硕+ 学位论文 局部结构信息在正向和倒置面孔中的作用，实验要求被试判断眼睛之间的距离变 化，结果发现当面孔倒置时其判断更加困难呻1 。为了进一步说明是局部结构信息 而不是整体信息在面孔认知中起作用，作者通过逐步增加外周信息( 局部以外的 面孔信息) 和保持局部结构信息正向而倒置外周信息两种方法来考察这种倒置效 应的出现是否受外周信息的影响。按照整体说，外周信息对于局部信息识别是有 影响的。而结果发现，外周信息控制与倒置效应之间并无交互效应，而且当局部 结构信息单独呈现时依然出现倒置效应，说明局部结构信息是单独对面孔认知起 作用而不受整体加工的影响。l e d e re ta 1 2 0 0 1 的实验似乎说明面孔是以基于 局部的方式而不是整体的方式进行加工的。l e d e r c a r b o n ，2 0 0 4 通过改变局部 结构信息来考察面孔的整体性加工，结果发现结构信息存在整体优势效应，而当 学习单个特征而不是对整个面孔进行学习时，在测试阶段却没有发现这种整体优 势效应。因此作者进一步证明了这种整体性的优势效应是由于整体性的学习策略 而不是固有的整体性加工旧1 。 而支持整体说的研究者认为并不存在单维的结构信息，即局部结构信息。局 部结构信息的变化必然引起整个空间布局的变化，结构必然是一个整体的结构， 即空间布局信息。整体说认为，面孔上的所有信息整合成为一个格式塔进行加工 n 0 。对于究竟什么是整体则一直没有一个很好的操作性定义，研究过程中研究 者往往把结构和整体不加区分。然而，整体和结构并不是同一个概念。整体指的 可能是结构，也可能表现为特征之间的交互作用。 有研究者指出，面孔上各特征在面孔认知过程中被整合成格式塔进行加工， 而不是直接对单个特征进行加工n0 3 ，具体表现为面孔特征之间在加工过程中的 相互影响n2 j ，随着研究的发展这种观点被拓展，整体是指局部信息之间的相互影 响，这里的局部信息包括不仅仅指的是特征，还包括其他信息。相关研究范式有 整体一局部范式和合成脸范式。在整体一局部范式研究中发现，特征在整体面孔 上的识别绩效显著好于特征单独呈现时的绩效，而且单独特征的识别正确率高于 随机水平，说明单独特征能够完成识别任务。这种面孔识别整体效应在各年龄层 上具有普遍性：研究者在儿童的面孔识别研究中发现，学龄前儿童和成人被试一 样，表现出整体的优势效应n 引。在整体一局部范式中，面孔识别表现出外周信息 - 5 浙江理- 1 ：大学硕十学位论文 的积极影响，而在合成脸范式n 4 3 中，两个不同的半脸组合成一个新面孔，当两个 半脸上下对齐相比不对齐时，其命名要慢得多，这就表现为局部以外信息对局部 信息的干扰作用。以上不同面孔识别实验条件下发现的优势作用或抑制作用，均 体现了整体性加工因素的影响。 综上所述，特征、结构、局部、整体之间的关系研究中，特征和结构以及 局部与整体之间的关系研究得较多，也得出了一些结论。在这个过程中，必然还 要涉及到特征和结构之间的关系，以及二者在整体或者局部的加工方式下的存在 形式或者说关系模式。因此，本文的工作也就是在前人研究的基础之上，进一步 探明结构和特征与整体之间的关系。 6 浙江理丁大学硕士学位论文 2 1 面孔知觉方式之争 第二章研究现状 在面孔认知研究中，目前主要存在三种理论，即特征说、结构说和整体说。 特征说认为面孔加工过程主要对特征信息进行加工，特征信息是指面孔上相对独 立的器官，如眼睛、鼻子、嘴巴等；而结构说则认为面孔加工过程除了特征信息 加工之外，更主要是结构信息的加工，结构信息是指面孔上特征之间的空间关系 及版面布局信息。 面孔认知研究中一直存在着局部和整体加工方式之争。部分研究者认为， 面孔主要以局部特征信息进行加工，整体面孔只不过是各特征的简单总和 ( g a r n e r ，1 9 7 8 ) 。而且这些特征信息在面孔加工过程中具有不同的相对重要性， 从大n d , 依次为内轮廓、外轮廓、眼部、嘴巴和鼻子。很显然，特征说支持的是 面孔的局部加工方式。在支持结构说的研究者当中，研究者通常把结构加工等同 于整体加工n 朝。然而，也有部分研究者认为在面孔加工过程中起关键作用的是特 征之间的空间关系，而不是整体模板n 引。如l e d e r ( 2 0 0 1 ) 考察了局毛s 结构信息 ( 两个眼睛之间的空间距离) 在正向和倒置面孔中的作用，发现局部的结构信息 在面s l n 工中起着关键作用，而无须整体地进行加工n 。 特征说和部分结构说的支持者认为面孔是以局部的方式进行加工的。但是 从以往研究的方法来看，似乎存在着不妥之处。如特征说支持者一般独立地考察 特征的作用，而不是在面孔这个整体刺激背景之中来进行考察，如此很难说明面 孔是以特征进行加工的；再如l e d e r ( 2 0 0 1 ) 等人的实验中，作者也是在破坏了 面孔整体轮廓的基础上进行局部结构信息的作用考察。 面孔认知研究中之所以存在整体局部之争，在很大程度上是由于对整体概念 的理解差异所造成的。其中一种较为被认可的解释是面孔上各特征在面孔认知过 程中被整合成格式塔进行加工，而不是直接对单个特征进行加工。具体表现为一 种整体性的加工趋势，或者面孔局部信息之间在加工过程中的相互影响n2 f 。面孔 识别整体效应在各年龄层上具有普遍性：如有研究者在儿童的面孔识别研究中发 7 浙江理工人学硕士学位论文 现，学龄前儿童和成人被试一样，也表现出整体优势效应口引。 目前面孔整体加工的观点受到越来越多的研究者认同，并有大量实证性研究 验证。虽然对于特征信息、结构信息以及整体性加工各自研究得较深入，但是目 前很少有研究来进一步明确探究两类信息是以何种方式作用于面孔整体性加工 的。，因此，有必要对整体加工条件下结构和特征信息加工之间的关系进行探讨。 2 2 整体加工条件下结构和特征信息的关系 面孔上的信息分为特征信息和结构信息，在面孔整体性加工过程中，两类信 息是交互影响的。t a n a k a 和s e n g c o ( 1 9 9 7 ) 指出，当特征嵌入到新的面孔中时， 其结构信息发生了改变吣1 。如双眼之间距离的改变，随之发生的是眼睛的识别被 削弱，这个结果说明结构信息的改变会破坏特征信息的识别。而且结果还发现， 尽管某些特征信息与改变的结构信息不直接相关，但这些特征的识别也受到了破 坏，如在改变双眼距离的条件下，鼻子和嘴巴的识别绩效被削弱。这种情况说明 其中一种信息变化的同时，另一种信息业也发生了变化，两者是协变关系。 s c h w a n i n g e r ( 2 0 0 3 j 指出，特征和结构信息之间的关系在面孔认知机制研究和 建模中至关重要n 们。鉴于结构和特征之间的复杂关系，能否将两者分离而进一步 独立地考察某一种信息的作用规律是非常有意义且值得研究的问题。m c k o n e ( 2 0 0 4 ) 通过边缘识别和m o o n e yf a c e 这两种特殊技术成功地分离出了面孔结构 加工，并进一步地考察了结构加工在正向面孔和倒置面孔之间随着方位角度变化 而呈现的衰退模式啪。该研究支持了结构加工的曲线衰退模型，而不是线性模型。 二者的成功分离证实了早期视觉加工中，面孔结构和特征加工这两个系统是并行 存在的假设，面孔加工的特殊性也就是因为存在这种结构加工系统。而且神经机 制的研究也指出，这两种加工分别激活不同的大脑半球相关脑区瞳，进一步支持 了并行存在观点。然而明确了两者的存在形式之后，考察两者之间复杂的作用关 系显得十分必要。因此，本文就针对这一问题进行探索。 8 浙江理- t 大学硕士学位论文 3 1 问题提出 第三章研究构思 在面孔认知领域中，目前为止主流研究者认为面孔以整体的方式进行加工 的。虽然整体性加工比较符合面孔加工的特性，但是也是有缺陷的：首先，对于 整体这个概念没有一个可操作性的定义。这妨碍了对面孔整体性加工本质的进一 步探究；其次，面孑l 加工的两个独立系统，也就是结构加工系统和特征加工系统 是如何相互作用进而产生整体性加工这个问题必须做进一步探讨。前人研究已经 证明，面孔上两类信息( 特征信息和结构信息) 有着各自的加工系统，且独立存 在。这两个加工系统分别对应着面孔特异加工系统和一般客体加工系统。对于这 两个系统加工究竟是如何相互协作进行面孔整体性加工的一直缺乏有效的认识。 而对于这个问题的了解，十分有助于我们对于面孔整体性加工的信息表征本质进 行探讨。 在本文我们要解决的问题有两个：第一，试探性地给面孔整体性加工以新的 操作定义，并通过实验验证；第二，考察在整体加工条件下，面孔结构和特征的 关系，试探性地建立起二者在整体加工方式下的关系模型。 在面孔整体性研究领域中，主要有两种研究范式，一种是整体局部范式，另 一种合成脸范式，还有其他的一些变式。通过对这些研究的总结，我们发现，面 孔的整体性加工表现为局部的信息受到局部以外的信息的影响，也就是局部信息 之间的交互作用构成了整体性加工，而非整体模版。这样，我们就可以通过考察 部分信息对另外部分信息的影响来界定是否是整体性加工。 鉴于此，我们引入了聚焦窗口技术，所谓聚焦窗口是指模糊化( 空间频率低 通过滤) 后的刺激空间上开设一窗口将局部图像信息清晰化，从而突显窗口内信 息的同时抑制外周信息。研究表明，高频段的空间频率信息主要支持特征或者细 节表征，而低频则以结构信息表征为主乜2 2 3 1 。在外周信息( 局部以外) 的空间频 率过滤值从低到高变化过程中，先增加结构信息，在一定程度之后特征信息开始 、= 快速增加。通过调整聚焦窗口过滤值的大小可以对窗口外两类信息提取难度进行 9 浙江理工大学硕士学位论文 控制，同时也实现了在协变过程中将两者进行分离，从而考察两类信息的相互作 用关系对整体性加工的影响。 3 2 研究架构 本研究由四个实验组成： 图3 1 研究架构图 实验一：主观评价实验，考察面孔空间频率过滤程度和主观清晰度之间的对 应关系。为后续实验做基线参考，同时获得空问频率低通过滤的心理物理曲线； 实验二：通过正向面孔的聚焦窗口研究，验证面孔的整体性加工，并获得面 孔上结构和特征之间的关系模式； 实验三：通过倒置面孔的聚焦窗口研究，对由实验二结果得来的结论进行进 一步验证； 实验四：在学习阶段设置空间频率低通过滤全脸和单个特征的学习条件，排 除在学习阶段是否受到低通全脸( 只有结构信息) 或者单个特征( 只有特征信息) 的影响，证明上述实验结果发生是特定于特征信息和结构信息整体学习条件的， 1 n 浙江理工大学硕士学位论文 并非其他原因造成。 3 3 研究目的 本文立足在面孔的整体加工方式的观点之下，因此研究目的之一就是进一步 研究面孔的整体加工方式；而以往整体性加工一直缺乏操作性定义，本文试探性 地提出了面孔的整体性表现为局部信息之间的交互作用，可用通过研究局部信息 之间的交互作用来间接地考察面孔的整体性加工，因此，目的之二是对这个定义 进行验证；本文的第三个目的是想考察在整体加工的信息表征本质，通过考察结 构信息加工系统和特征信息加工系统的协作关系来进行研究，试探性地建立起面 孔整体加工条件下结构和特征信息的关系模式，从而有助于进一步了解面孔特异 性加工的机制。 3 4 研究意义 本文的一个意义在于试探性地提出了面孔整体加工表现形式，有助于对整体 性加工的操作化，为后续对面孔整体性加工的本质和规律作进一步研究奠定了一 定的基础。本文的另一个意义在于试探性地提出了面孔在整体加工方式下结构信 息和特征信息的关系模型。从一个新的角度解释了面孔整体性加工的本质。本文 认为，面孔加工所具有的整体性质是局部信息加工受到外周两类信息的交互作用 的影响，即面孔加工的整体性是面孔上信息的存在着相互牵制和相互促进的复杂 交互作用，而非简单的整体性模板。而且，在面孔整体性加工过程中，结构信息 和特征信息具有不同的作用规律，且相互竞争，面孔以结构信息加工为主还是以 特征信息加工为主主要取决于在特定任务中两类信息的提取和加工难度。研究认 为，结构信息加工系统为面孔特异加工系统，而特征信息加工系统为一般客体加 工系统。通过本文对两类加工系统协作关系的实验研究，有助于对面孔特异性加 工机制作进一步的认识。本文实验结果表明，面孔选择哪个加工系统主要取决于 面孔刺激提取该类信息的难度。这从一个侧面说明了人类面孔视觉加工系统的灵 活性，其是一个高度自调的系统。面t l n 激信息的提取难度是一种自下而上的作 用，而人类认知同时受自下而上和自上而下加工的影响，因此这也为我们考察人 浙江理工大学硕十学位论文 类面孔特异性加工受自上而下的影响提供了思路和契机。 3 5 创新点 本文的创新点有二：其一，利用面孔上局部信息之间的交互作用来解释面孔 整体性加工，将其可操作化；其二，在于创造性地利用了图像处理技术中的聚焦 窗口技术来实现对面孔上两类信息的控制，并利用空间频率过滤的性质在使得在 权变过程中分别考察结构信息和特征信息的作用得以实现。并最终得出结构信息 和特征信息在面孔整体性加工过程中的作用模式。 1 2 浙江理工大学硕十学位论文 第四章方法与结果 4 1 实验一：不同空间频率和主观清晰度关系模式 物理属性变化的心理量并不是简单的线性变化模式，而是符合于一般心理物 理模型的。为了考察空间频率低通过滤的心理量变化，也为后续实验聚焦窗口过 滤值的设定提供参考基础，在面孔识别实验之前，笔者对不同空间频率低通过滤 的面孔进行了主观清晰度评价实验。 实验材料 实验采用人面部灰度图片若干，表情呈中性，去除外轮廓。图片分别经过截 取值为1 3 0 c p f 的空间频率低通过滤，取得一系列不同模糊程度的面孔图片。 实验被试 浙江某高校学生3 6 名，男女各1 8 名。平均年龄2 2 5 岁。视力或矫正视力 正常。无类似实验经历。 - 实验设备 实验采用计算机c p u 为i n t e lp e n t i u m4 ，主频3 o g ，1 g 内存，1 7 寸c r t 显示 器，屏幕刷新率7 5 h z ，分辨率为1 0 2 4 7 6 8 ，w i n d o w sx pp r o f e s s i o n a l 操作系 统。 实验程序 实验在计算机屏幕上随机呈现一系列经过不同截取值空间频率低通过滤( 为 减小振铃效应，所有实验中使用的过滤算法为巴特沃斯滤波) 的面部图片。要求 被试对图片在1 1 0 分内按清晰度进行评分，图像越清晰，分值越高。评分结果 写在事先准备好的记录纸上。 实验结果 收集所有被试的评分结果，进行统计，表4 1 给出部分主要数据。 1 3 浙江理工大学硕士学位论文 表4 1 面孔空间频率低通过滤主观清晰度评价 注：表中过滤值单位为周脸( c i r c l ep e rf a c e ，c p f ) ，下文均用c p f 替代 从表4 士中可以看出，主观清晰程度随着过滤值的提高，增加速度先快 后慢。主观清晰程度与低通过滤截取频率之间的关系近似于对数而非简单的线性 关系，与一般的心理物理模型相吻合。当截取频率在2 0 3 0 c p f 之间时，主观清 晰程度无明显变化。其中当截取频率为6 c p f 时，主观清晰程度恰为5 分，即半 清晰状态。根据被试反馈，此时能够很好地对各特征之间的空间关系及位置进行 分辨，但是特征信息看不清楚，对两个面孔的特征很难进行区分。 4 2 实验二：基于整体识别模式下的正向面孔的特征信息和结构信息关系 本实验通过聚焦窗口将面孔上特定特征突显，通过对外周信息进行不同的空 间频率低通过滤从而控制两类信息的提取和加工难度。实验目的是研究外周信息 变化对于面孔整体性识别影响，从而得出结构信息和特征信息对于面孔整体性加 工的影响以及二者之间的关系。 实验材料 睾 j实验采用人面部灰度图片若干，去除外轮廓，表情中性。抽取男、女图片各 1 4 浙江理丁大学硕+ 学位论文 4 张作为实验原始图片。针对每一张原始图片从剩余图片中随机抽取对应性别的 面部图片各2 张，从中选取出眉毛、眼睛、鼻子、嘴吧四个特征，分别、依次替 换掉原始面孔上的相应特征，一次替换一个特征，如此总共8 2 4 = 6 4 张替换过 特征之后的面孔，这些图片在实验中将作为干扰图片。对每张原始图片和干扰 图片进行5 个水平的聚焦窗口处理，5 个水平是指外周信息的空间频率低通过滤 值，分别是1 、2 、3 、6 、l o c p f ，对应主观清晰度为1 、2 、3 、5 、7 分。每个水平 从之- 前 6 4 张中随机选取替换过的图片1 6 张作为刺激。 实验被试 浙江某高校在校学生1 4 名，男性7 名，女性7 名，平均年龄为2 1 9 岁。被试视 力或矫正视力正常，右利手，无类似实验经历。 实验设备 实验采用计算机c p u 为i n t e lp e n t i u m4 ，主频3 o g ，1 g 内存，1 7 寸c r t 显示 器，屏幕刷新率7 5 h z ，分辨率为1 0 2 4 7 6 8 ，w i n d o w sx pp r o f e s s i o n a l 操作系 统。 实验程序 实验在标准心理学实验室内进行。被试眼睛距屏幕6 0 c