（应用心理学专业论文）结构信息改变对人脸识别绩效的影响.pdf

结构信息改变对人脸识别绩效的影响 摘要 很多研究者都从不同的角度来证明在人脸识别中特征信息的加工和结构 信息的加工是分离进行的 而结构信息在j i 三立人脸的识别中起了关键的作用 但是到目前为止 还没有具体的实验数据可以用来说明 当没有参照的时候 对人脸的正确表征可以到达什么程度 也还没有实验确切的来测量结构信息 的改变对人脸识别绩效的影响 因此 本研究将从结构信息变化角度出发 分别探讨单维结构信息改变和两维结构信息改变对人脸识别绩效的影响 研 究共包括五个实验 实验一至三分别考察在熟悉人脸条件下 倒置人脸条件 下 不熟悉人脸条件下 单维结构信息改变对人脸识别绩效的影响 实验网 和实验五分别考察两个维度的结构信息等比例和不等比例同时变化对人脸识 别绩效的影响 本研究的结果表明 1 结构信息变化对人脸识别绩效的影响显著 随着结构信息变化量的增 大 被试的平均识别正确率逐渐提高 2 结构信息改变维度的不同对人脸辨认的正确率没有显著影响 但是相对 而言 被试对眼睛之间的距离变化较为敏感 3 倒置中断了部分结构信息的加工 降低了人们对结构信息识别的正确 搴 4 人脸的熟悉度并不影响人们对结构信息改变的敏感程度 5 同时从眼睛 鼻子两个维度改变结构信息时 被试对眼睛结构信息的变 化更敏感 6 单独改变某个结构信息与同时改变两个维度的结构信息相比 其识别正 确率没有显著差异 关键词人脸认知结构信息 特征信息 t h ee f f e c t so fc o n f i g u r a li n f o r m a t i o nc h a n g e o nf a c er e c o g n i t i o n a b s t r a c t p r e v i o u sr e s e a r c hs u g g e s t st h a tt h ef a c e r e c o g n i t i o nm a yi n v o l v eb o t h c o n f i g u r a la n df e a t u r a li n f o r m a t i o np r o c e s s i n ga n dt h ec o n f i g u r a li n f o r m a t i o n p l a y sac r i t i c a lr o l ei nf a c er e c o g n i t i o n u pt on o w d e s p i t et h ee x t e n s i v er e s e a r c h o nf a c e r e c o g n i t i o n n od i r e c te v i d e n c e e x i s t s r e g a r d i n ge x a c t l y h o wt h e c o n f i g u r a t i o nc h a n g e se f f e c tt h ef a c er e c o g n i t i o np r o c e s s h o wa c c u r a t eo u r r e p r e s e n t a t i o no ff a c e si si nm e m o r y s of i v ee x p e r i m e n t sh a v eb e e nd e s i g n e dt o s t u d yt h ee f f e c t so fc o n f i g u r a li n f o r m a t i o nc h a n g ei nt h i sr e s e a r c h t h ef i r s tt h r e e e x p e r i m e n t s w e r e d e s i g n e d t o e x p l o r et h e e f f e c t so fs i n g l e d i m e n s i o n a l i t y c o n f i g u r a li n f o r m a t i o nc h a n g ei nd i f f e r e n tc o n d i t i o n s f a m i l i a rf a c e s i n v e r t e d f a c e s u n f a m i l i a rf a c e s e x p e r i m e n t4a n d5w e r ed e s i g n e dt oe x p l o r et h ee f f e c t so f d o u b l e d i m e n s i o n a l i t yc o n f i g u r a li n f o r m a t i o nc h a n g e s t h e r ew e r es i xc o n c l u s i o n sa sf o l l o w s 1 t h es e n s i t i v i t yo fp a r t i c i p a n t st ot h ec h a n g eo fc o n f i g u r mi n f o r m a t i o nw a s e n h a n c e dw i t ht h ee n h a n c e m e n to fc o n f i g u r a li n f o r m a t i o n w h e nt h ea m o u n t o fc o n f i g u r a lc h a n g e si n c r e a s e d t h ec o r r e c td i s c r i m i n a t i o nr a t e si m p r o v e d 2 t h e r ew e r en od i f f e r e n c ea m o n gr e c o g n i t i o no ff a c e so fd i f f e r e n t d i m e n s i o n a l i t yc o n f i g u r a li n f o r m a t i o nc h a n g e d e y e n o s e m o u t h 3 i n v e r s i o nd i s r u p t e dt h ep r o c e s s i n go fc o n f i g u r a ti n f o r m a t i o np a r t l y 4 t h es e n s i t i v i t yt ot h ec h a n g eo fc o n f i g u r a li n f o r m a t i o nw a ss a l t l ei nt h e r e c o g n i t i o no ff a c e so fd i f f e r e n tf a m i l i a r i t y 5 p a r t i c i p a n t ss e e m e dt ob em o r es e n s i t i v et ot h ec h a n g e so fe y ec o n f i g u r a l i n f o r m a t i o n w h e nw ec h a n g e db o t he y ea n dn o s ec o n f i g u r a li n f o r m a t i o n 6 t h e r ew e r en od i f f e r e n c eb e t w e e nr e c o g n i t i o no ff a c e so fd i f f e r e n t d i m e n s i o n a l i t yc o n f i g u r a li n f o r m a t i o nc h a n g e d s i n g l e d i m e n s i o n a l i t yo r d o u b l e d i m e n s i o n a l i t y k e yw o r d s f a c er e c o g n i t i o n 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 a li n f o r m a t i o n t i 表目录 表l 一1实验一中使用的改动照片的改动细节 4 表1 2 不同维度不同结构信息变化量时的平均识别正确率 6 表1 3 各个改动维度下结构信息改变时识别正确率的方差分析表 7 表1 4 不同改动维度条件下各被试的识别阈限值 p i x e l 8 表2 1实验二中使用的改动照片的改动细节 1 0 表2 2 不同呈现方向不同改动像素数时的平均识别正确率 1 2 表3 一l实验三中使用的改动照片的改动细节 1 5 表3 2 不同熟悉程度不同结构信息变化量时的平均识别正确率 1 7 表4 一l实验四中使用的改动图片的改动细节 2 1 表4 2不同结构信息条件下被试识别的正确率 2 2 表4 3 单维与两维等比改变结构信息时的辨认阈限值 p i x e l 2 4 表5 1实验五中使用的改动照片的改动细节 2 6 表5 2 不同结构信息条件下被试识别的正确率 2 8 表5 3 不同条件下的平均识别正确率 3 0 表5 4 单维 两维结构信息改变对识别正确率影响的方差分析表 3 0 图目录 图1 1 各改动维度不同改动象素数条件下的平均识别正确率 6 图l 一2 结构信息改变对识别正确率的影响 7 图2 1 倒黄呈现条件下结构信息改变对识别正确率的影响 1 2 图2 2 不同呈现方向不同改动像素数时的平均识别正确率 13 图3 1 不熟悉人脸结构信息改变时的平均识别正确率 1 7 图3 2 不同熟悉度不同改动像素数时的平均识别正确率 18 图4 1 两维结构信息等比例交化时的平均识别正确率 2 3 图4 2 两维与单维改变条件下眼睛结构信息不同时的识别正确率 2 4 图4 3 两维与单维改变条件下鼻子结构信息不同时的识别正确率 2 4 图5 一l 眼睛 鼻子结构信息变化时各个维度的平均识别正确率 2 9 图5 2 单维与两维条件下眼睛结构信息变化时的平均识别正确率 3 0 图5 3 单维与两维条件下鼻子结构信息变化时的平均识别正确率 3 l 浙江大学硪士论文结构信息改变对人脸识别续效的影响 前言 人脸是人们日常生活中最常见的事物 通过人脸认知 f a c er e c o g n i t i o n 这种基本而重要的社会行为 人们可以获得许多重要的社会信息 研究人脸认知加工的基本规律和特点不但有助于我们对许多与人脸认知有 关的现象 如人脸认知的发展 人脸认知的反转效应 跨种族效应等 进行解 释 而且有助于我们对人类一般知觉加工模式规律的认识 在实际应用中 人 脸认知的研究能有效促进机器人视觉的研究 发展 并且有助于对人脸有缺陷 的病人进彳亍外科整形手术 改善由于脑部受伤而引起的人脸认知失调的病人的 认知能力 以及在法律事件中对罪犯的指证等 在过去的2 0 年里 脸部认知研究的热点之一是对特征信息和结构信息的研 究 其中 特征信息指的是人脸上相对独立的器官及其性质 如眼 鼻 嘴的 形状 颜色及大小等 结构信息指的是眼 鼻 嘴这些脸部主要器官之间相对 的空间关系 s e a r c y b a r t l e t t i l l 在相关的研究中 比较有代表性的理论 主要有特征假设 结构假设 整体假设 多维空间假设和图式层次理论 1 特征假设 该假设认为人们主要是依赖脸部特征来知觉和记忆人脸的 g a r n e r 认为作为整体知觉的人脸仅仅是各种特征的总和 而人脸就是将各 种孤立的特征联合起来 1 人脸重新建构的方法 比如拼图认人等就是这 种方法 2 结构假设 该假设对人脸的加工持二元模式的观点 c a r e y 和d i a m o n d 认 为在正立人脸的加工过程中 人们通常采用了两种方式 1 一种方式专门 用于对结构信息进行编码 而另一种方式专门对特征信息进行编码 但其 中结构信息的编码只出现在人脸正立时 并且人们在识别人脸时更偏重于 结构信息 这种双模式理论预测了在结构信息编码中 会产生一个倒置效 应 使辨认绩效下降 而在特征信息编码中 不会出现倒置效应 甚至有 时候会出现辨认绩效提高的现象 辨认绩效提高的原因是由于对结构信息 编码的中断增强了对特征信息的注意 该假设还认为人脑在加工结构信 息时 具有右皮层优势效应 也即人脑右皮层对结构信息的加工更为敏感 3 整体假设 t a n a k a 和f a r a h 将结构模型从整体模型中区分开来 1 他们认 浙江夫学硕士论文 结构信息改变对人脸识别绩效的影响 为 人们通过使用结构信息和特征信息两种信息知觉和汜忆人脸 这两种 信息是作为一个整体被知觉的 这种知觉上的整体性很难被分解成部分而 又不严重影响对人脸和部分的知觉和记忆 人脸倒置后 结构信息和特征 信息的加工均受到影响 他们承认人脸有时是从他们的特征的角度来进行 编码的 尤其是在与识别相反的知觉匹配任务中 但是 他们也强调 和 其他一些刺激的识别 混乱的人脸 房屋 倒立的人脸 相比 整体表征 在正立的人脸识别中更重要 因此 整体假设清楚的表明人脸的倒置会中 断整体的加工 包括特征信息和结构信息 4 多维空间理论 由v a l e t i n e 提出 3 这种理论认为 人脸可以在表示脸部 各个维度的多维空间内进行描述 脸部的维度包括很多方面 既可以是人 脸的特征信息 也可以是人脸的结构信息 还可以是人脸颜色 年龄等信 息 不同的人脸在这个多维的空间内用不同的点表示 其中 表示典型人 脸的点比较密集地集中在原点附近 而特殊的人脸的点则分散在周围 v a l e t i n e 认为 人脸认知的倒置效应是由于人脸倒置给人脸的加工加入了 干扰性因素造成的 而结构信息和特征信息本身的表征并没有受到任何影 响 5 图式层次理论 r a k o v e r 提出的图式层次理论认为很多复杂的多维刺激都 是根据已经储存在认知系统中的图式来加工的 1 人脸识别根据一个包括 了所有特征图式的糇体人脸的图式来进行 整个人脸图式的一个重要成分 就是人脸内部特征的空间顺序 眼睛在鼻子之上 鼻子在嘴巴之上 相似 的安排同样也存在于人脸特征的图式中 比如 h 翼睛的图式是建立在这样 的顺序下 眼睛之上是眉毛 眼睛中有眼珠 人脸信息是根据这些图式来 加工的 对整张人脸的知觉决定了对单独特征的知觉 在这几种理论中 结构假设也即双重模式理论得到了很多实验证据的支持 很多研究者都从不同的角度证明了在入脸识别中特征信息的加工和结构信息的 加工是分离进行的 而结构信息在正立入脸的识别中起了关键的作用 例如 b a e n n i n g e r 于1 9 9 4 年进行了三个记忆再认的实验 得出结论 任何年龄组的 被试在人脸认知加工中都偏重于结构信息 1 c a m p b e l l 等在最近的文章中也提 出结构信息的加工对于熟悉人脸的识别非常重要 1 更有大量的研究通过倒置 浙江大学硕士论文 结构信息改变对人脸识别绩效的影响 发现中断了结构信息加工的人脸的识别率非常低 因此 考虑到结构信息在脸 部识别中的关键作用 我们将围绕着结构信息进行研究 1 9 8 4 年h a i g 曾研究过人脸结构信息的改变对人脸识别的作用 当时他采用 的方法是在呈现改变照片的同时 还给被试呈现原始照片 得到的结论是人们 对结构信息的改变非常敏感 1 但是到目前为止 还没有具体的实验数据可以 用来说明 当没有参照的时候 对人脸的正确表征可以到达什么程度 也还没 有实验来确切的测量结构信息的改变对人脸识别的影响 因此 我们的研究熏 点将是 采用一张熟悉人脸 从不同角度研究其结构信息的改变对人脸识别的 影响 我们的研究分成两个部分 一 考察单维结构信息的变化对人脸识别的影响 具体的实验有以下三 个 实验一 分别改变熟悉人脸的眼睛 鼻子 嘴巴等三组单维结构信息 考察 其对人脸识别绩效的影响 实验二 研究在人脸倒置呈现条件下 结构信息改变对人脸识别绩效的作用 实验三 研究不熟悉人脸条件下 结构信息的改变对于的识别绩效的影响 二 考察两个维度结构信息的变化对人脸识别的影响 具体的实验有以下 二个 实验四 研究等比例的同时改变眼睛 鼻子两个维度的结构信息对人脸识别 的影响 实验五 研究不等比例同时改变眼睛 鼻子两个维度的结构信息对人脸识别 的影响 浙江大学顿士论文 结构信息改变对人脸识别绩效的影响 第一部分单维结构信息变化对人脸识别的影响 实验一 单维结构信息改变对熟悉人脸识别绩效的影响 l 实验目的 研究眼睛 鼻子 嘴巴三个维度结构信息改变对人脸识别绩效产生的影响 2 实验方法 2 1 实验装置 本实验的主要装置有p t i 计算机一台 1 5 英寸分辨率为8 0 0 6 0 0 的 s a n s u n g 显示器和计算机标准键盘 计算机用于控制整个实验程序 记录被试反应 显示器用于显示实验照片 被试在标准键盘上进行按键反应 2 2 实验材料 实验共采用两类黑白照片 一类是熟悉人脸p 的原型照片 共1 张 所有 的被试均承认在实验开始之前多次见过该人脸 并认识此人 另一类是根据原 型照片经p h o t o s h o p 软件改动的照片 如表1 一l 所示 根据改动维度的不同 改动照片可分为眼睛组 鼻子组和嘴巴组等三组 每组2 0 张 共6 0 张 所有 在正式实验中使用的改动照片 都已经过预实验删除了很怪异的照片 实验照片的大小均为4 5 0 4 9 7 像素 约为1 5 8 8 1 7 5 3 厘米 表1 1实验一中使用的改动照片的改动细节 2 3 实验任务和实验变量 浙江大学硕士论文结构信息改变对人脸识别绩效的影响 正式实验中 在计算机屏幕上 每次随机呈现1 张原型或改动照片 要求 被试辨认该照片是否是p 并在标准键盘的数字键盘上作按键反应 实验中有 一半被试按 1 键表示 是 按 2 表示 不是 另一半则相反 实验的主要变量有两个 一是结构信息变化量 另一个足结构信息变化的 维度 结构信息变化量为被试内设计 结构信息变化的维度为被试问设计 被试被随机的分成3 组 分别参加眼睛组 鼻子组和嘴巴组的实验 每组 实验中 原型照片共呈现6 4 0 次 2 0 张改动照片各呈现3 2 次 每个被试共需 进行1 2 8 0 次辨认 2 4 实验程序 实验在安静的实验室环境中进行 实验时 被试双眼离计算机屏幕中央的 直线距离为5 5 厘米 由一三角架固定被试头部到计算机屏幕的距离 实验前呈现熟悉人脸的原型照片 让被试熟悉2 分钟 主试向被试介绍实 验 叙述实验指导语 见附录 二 然后进行预备实验 预备实验中 随机呈现熟悉人脸的原型照片p 和不熟悉人脸的原型照片s 各5 0 次 要求被试辨认是否是p 并进行按键反应 照片呈现的最长时间是1 0 秒 被试按键反应后 照片消失 过1 秒后 呈现下一张照片 预备实验完成 后 进行正式实验 正式实验中 首先在计算机屏幕中央呈现要求被试注视的 十 字符号 持续1 秒 然后随机呈现一张原型照片或改动照片 照片呈现的最长时间是1 0 秒 若被试按键反应 则照片消失 过1 秒后 呈现下一张照片 照片呈现时 被试对照片进行辨认 判断是否是p 并按实验任务要求进行按键 计算机记 录被试反应结果 若被试在照片呈现的1 0 秒中没有进行按键反应 计算机记录 该次反应为错误 照片自动消失 过1 秒后 呈现下一张照片 每个被试完成整个实验需2 个小时 被试每完成3 2 0 次反应 休息约2 分 钟 实验程序用专用的w i n s c o p e 程序控制 2 5 实验被试 共有2 4 名浙江大学本科生作为被试参加正式实验 男女各半 年龄在1 8 2 4 周岁 视力或矫正视力在1 0 以上 浙江大学硕士论文 结构信息改变对人脸识别绩效的影响 3 数据分析和结果讨论 本实验结果由s p s s w i n 6 0 软件包处理 在以下的统计分析中 将通过分析 反应的正确率和正确辨认阈限值来说明被试的人脸辨认绩效 下面我们主要分析两个方面的问题 一是结构信息变化量对脸部辨认绩效 的影响 二是不同维度的结构信息变化对脸部辨认影响的比较 3 1 结构信息变化量对脸部辨认正确率的影响 表1 2 是在各个结构信息改变维度上 当结构信息变化量不同时被试的识 别正确率 图1 1 根据表l 一2 绘制 表l 一2不同维度不同结构信息变化量时的平均识别正确率 图1 1 各改动维度不同改动像素数条件下的平均识别正确率 由表1 2 图1 1 可见 在各改动维度上 改动照片的识别正确率均随改 动像素的增加有明显的提高 即脸部结构信息变化量越大 被试对人脸变化的识 别正确率越高 例如 眼睛向外移动情况下 当像素变化值为1 时 被试对改动 浙江大学碗士论文 结构信息改变对人脸识别绩效的影响 照片的正确辨认率为8 9 像素变化到4 个时 正确辨认率提高到4 0 6 像 素变化到1 1 个时 正确率提高到9 9 6 总的来说 当照片的改动像素达到9 个时 被试对改动照片的正确辨认率达到9 0 以上 表l 一3 是各个改动维度下结构信息改变时识别正确率的方差分析表 由该 表可知 在各个改动维度上 结构信息的改变对人脸识别正确率的影响都非常显 著 均达到 0 1 显著水平 表1 3 各个改动维度下结构信息改变时识别正确率的方差分析表 图1 2 是根据表1 2 数据作出的统计图表 其中曲线是根据各个变化维 度上结构信息变化量不同时被试识别正确率的平均值绘制的 图卜2结构信息改变对识别正确率的影响 由图1 2 可以清楚地看到 照片改动的像素数对人脸辨别的影响是不同 的 根据曲线变化趋势 可以将结构信息变化量对人脸识别的影响分为不变区 快速增长区 高原区三个区域 不变区的范围大致为l 一2 像素之间 在这个区 域中 被试的识别正确率很低 仅在1 5 以下 增加一个像素 被试的正确率 浙江大学硕士论文结构信息改变对人脸识别绩效的影响 平均增加1 5 快速增长区的范围大致在2 7 个像素之间 在增长区内 随 着改动照片结构信息变化量的增加 被试对改动照片的正确辨认能力不断提高 识别正确率线性增加 由1 5 左右快速增加到8 0 以上 每增加一个像素 被 试的正确率平均增加1 5 高原区的范围为7 一1 1 个像素 在该区域 照片改 动像素数的增加并没有带来相应正确率的明显提高 每增加一个像素 被试的 正确率平均增加2 2 这些结果说明 在脸部结构信息改变量不断增加的过程 中 被试对人脸的识别正确率存在着不变 快速增长和高原三个阶段 3 2 改动照片不同维度结构信息变化对脸部辨认影响的比较 改动像素数 改动维度及改动方向的9 x 3 2 的混合设计的方差检验结果 表明 改动像素的维度对被试识别正确率没有明显的影响 f 2 2 1 0 2 7 p 7 6 4 改动方向对被试的识别正确率有显著的影响 f 1 2 1 1 9 8 8 仄 叭 改动像素数对被试的识别正确率有显著的影响 8 1 6 8 2 3 2 9 6 以 0 1 表1 4 不同改动维度条件下各被试的识别阐限值 p i x e l 为了进一步研究的需要 采用内插法求出在每个维度上每个被试辨认改动 照片正确率达到7 5 时的像素数 并把该点定义为辨认阙限值 各个维度上各 个被试的阈限值见表1 4 眼睛 鼻子 嘴巴三个维度上的辨认闽限值分别为 5 3 4 p i x e l 6 4 9 p i x e l 5 3 8 p i x e l 转化为视角分别为0 1 9 0 2 4 0 2 0 通过对阙限值进行单维方差检验 同样可以看到各个维度之间的辨认闽限 水平并无显著差异 f 2 2 1 1 8 3 1 2 p 1 8 4 9 但相对而言 对眼睛 的变化最敏感 在视角移动0 1 9 时就可辨认出来 浙江火学硕士论文结构信息改变对人脸识别绩散的影响 4 结论 通过以上分析 可以得出如下结论 1 脸部结构信息变化越大 被试对人脸的识别正确率越商 眼睛 鼻子 嘴 巴三个维度上的辨认闽限值的视角分别为0 1 9 0 2 4 0 2 0 2 随着脸部结构信息的改变 被试对人脸正确辨认的变化趋势可分为不变区 快速增长区 高原区三个区域 3 结构信息改变维度的不同对入脸辨认的正确率没有显著影响 但是相对而 言 被试对眼睛之间的距离变化较为敏感 浙江太学硕士论文 结构信息改变对人脸识别绩散的蟛响 实验二 倒置照片结构信息的改变对人脸识别绩效的影响 1 实验目的 人脸的研究已经可以证明 在人脸倒置呈现之后 由于结构信息受到了干 扰 对人脸的识别正确率将会下降 但倒置之后结构信息是部分中断或者是完 全中断尚有争议 因此 本实验将以实验一为基础 研究当人脸倒置之后 结 构信息的改变对熟悉人脸识别绩效产生的影响 2 实验方法 2 1 实验装置 本实验的主要装置有p i i 计算机一台 1 5 英寸分辨率为8 0 0 x6 0 0 的 s a n s u n g 显示器和计算机标准键盘 计算机用于控制繁个实验程序 记录被试反应 显示器用于显示实验照片 被试在标准键盘上进行按键反应 2 2 实验材料 实验共采用两类黑白照片 一类是熟悉人脸的原型照片p 共1 张 另一 类是根据原型照片经p h o t o s h o p 软件改动的照片 如表2 一l 所示 共2 0 张 所有在正式实验中使用的改动照片 都已经过预实验删除了很怪异的照片 证 式实验中所有照片都倒置呈现 实验照片的大小均为4 5 0 x 4 9 7 像素 约为1 5 8 8 1 7 5 3 厘米 表2 1 实验二中使用的改动照片的改动细节 2 3 实验任务和实验变量 正式实验中 在计算机屏幕上 每次随机倒置呈现l 张原型或改动照片 要求被试辨认该照片是否是熟悉人脸的照片 并在标准键盘的数字键盘上作按 键反应 实验中有一半被试按 1 键表示 是 按 2 表示 不是 另一 浙江大学硕士论文 结构信息改变对人脸识别绩效的影响 半则相反 实验的主要变量是结构信息变化量 实验采用被试内设计 实验中 原型照片共呈现6 4 0 次 2 0 张改动照片各呈现3 2 次 每个被试 共霈进行1 2 8 0 次辨认 2 4 实验程序 实验在安静的实验室环境中进行 实验时 被试双眼离计算机屏幕中央的 直线距离为5 5 厘米 由一三角架固定被试头部到计算机屏幕的距离 实验前呈现正立的原型照片p 让被试熟悉2 分钟 主试向被试介绍实验 叙述实验指导语 然后进行预备实验 预备实验中 随机正立呈现熟悉人脸照片p 和不熟悉人脸照片s 各5 0 次 要求被试辨认是否是p 的照片 并进行按键反应 照片呈现的最长时间是1 0 秒 被试按键反应后 照片消失 过1 秒后 呈现下一张照片 预备实验完成后 进行正式实验 正式实验中 首先在计算机屏幕中央里现要求被试注视的 十 字符号 持续1 秒 然后随机倒置呈现一张原型照片或改动照片 照片呈现的最长时间 是l o 秒 若被试按键反应 则照片消失 过1 秒后 呈现下一张照片 照片呈 现时 被试对照片进行辨认 判断是否是熟悉人脸照片p 并按实验任务要求 进行按键反应 计算机记录被试反应结果 若被试在照片呈现的1 0 秒中没有进 行按键反应 计算机记录该次反应为错误 照片自动消失 过1 秒后 呈现f 一张照片 每个被试完成整个实验需2 个小时 被试每完成3 2 0 次反应 休息约2 分 钟 实验程序用专用的w i n s c o p e 程序控制 2 5 实验被试 共有8 名浙江大学本科生作为被试参加正式实验 男女各半 年龄在1 8 2 4 周岁 视力或矫正视力在i 0 以上 3 数据分析和结果讨论 本实验结果由s p s s w i n 6 0 软件包处理 由于本实验中被试的识别正确率较低 无法到达7 5 的阈限值 因此在以 下的统计分析中 仅采用被试的识别正确率来说明在倒嚣情况下结构信息对人 脸辨认绩效的影响 3 1 改动像素数对被试识别正确率的影响 表2 2 综合了实验1 和实验2 人脸正立与倒置两种呈现情况下 被试在不 同改动像素数条件下的识别正确率 具体如图2 1 所示 表2 2 不同呈现方向各结构信息变化量条件下的平均反应正确率 由表2 2 可以看出 在倒置条件下 随着结构信息变化量的增加 被试的 平均识别正确率逐渐增加 通过重复测量方差分析可知 在倒置条件下 随着 两眼之间距离的增加 被试对人脸识别的正确率逐步提高 1 0 7 0 8 4 6 仄 0 1 同样的 随着两眼之间距离的减少 被试的识别正确率也在提高 8 5 6 9 7 9 仄 0 1 图2 1 倒置呈现条件下结构信息改变对识别正确率的影响 浙江大学硕士论文 结构信息改变对人脸识别绩效的影响 图2 1 是根据表2 2 数据作出的统计图表 其中曲线是根据倒嚣呈现条 件下结构信息变化量不同时 被试识别正确率的平均值绘制的 根据曲线变化 趋势 可以将像素变化量对倒置人脸辨别的影响也分为不变区 快速增长区 高原区三个区域 不变区的范围大致为1 2 像素数之间 在这个区域中 被试 的正确辨认率仅为1 5 左右 每增加一个像素 被试的正确率平均增加2 4 快速增长区的范围大致在2 7 个像素之间 在增长区内 随着照片改动像素数 的增加 被试对改动照片的正确辨认能力不断提高 识别正确率线性增加 由 1 5 左右快速增加到5 0 以上 每增加一个像素 被试的正确率平均增加7 高原区的范围大致在7 1 1 个像素 在该区域 照片改动像素数的增加并没有 带来相应正确率的明显提高 每增加一个像素 被试的正确率平均增加1 3 这些结果说明 在脸部结构信息改变量不断增加的过程中 被试对倒置人脸的 识别正确率也存在着不变 快速增长和高原三个阶段 以上的结果表明 即使在倒置情况下 结构信息对人脸的辨认依然有作用 人脸识别的双模式理论认为 人脸倒置后 识别的难确率明显降低 这是由于 倒置呈现后 人脸的结构信息不能被加工造成的 但是结构信息的中断是完全 或者是部分的尚有争议 本实验的研究结果表明 在人脸倒置后 结构信息部 分的丧失而不是完全的丧失 被试在对倒置人脸进行识别的过程中 仍然进行 了部分的结构信息的加工 因此 随着结构信息改变的增加 识别的正确率会 明显提高 3 2 呈现方向不同对脸部识别正确率的影响 改动象素数 p i x e l 图2 2不同呈现方向不同改动象素数时的平均识别正确率 浙江大学硕 论文 结构信息改变对人脸识别缋效的影响 对正立和倒置情况下的不同结构信息变化量时的识别正确率的方差分析表 明 里现方向主效应显著 f 1 1 4 4 7 3 9 仄 0 5 如图2 2 所示 尤 其当眼睛之间的距离增加时 差异更为显著 同时 从阈限水平来看 随着结构信息变化量的增加 被试的识别正确率 逐渐提高 但是都没有达到闽限水平 7 5 而且 与辨别的随机水平 5 0 相比 p l p 2 p 3 p 4 p 一1 p 2 等刺激的辨认水平都远远低 于它 而在正立条件下 被试在眼睛向内移动4 9 1 个像素 向外移动5 7 7 个像 素时 就可以到达阙限水平 7 5 以上结果都说明在倒置和正立两种呈现条件下 被试的识别正确率有差异 在正立条件下识别人脸的正确率显著高于倒置情况下识别人脸的正确率 此外 实验一的结果表明 被试对结构信息的改变非常敏感 曾有人提出 疑问 也许用于实验的图片在进行结构信息改变的同时 也改变了人脸的特征 信息 从而使得被试在识别时可以依据特征信息的改变丽不是结构信息的改变 作出识别 而在本实验中 被试的平均识别难确率低于7 5 的阚限水平 甚至 低于随机水平 这可以说明 在倒置情况下 结构信息被部分中断 而所有图 片的特征信息并没有差异 因为如果图片在特征上有差异 那么被试在辨认倒 置照片的时候 会注意到特征的变化 从而使得辨认的正确率提高 达到阈限 水平 4 结论 通过上述分析 得出以下结论 1 倒置情况下 脸部结构信息变化越大 被试对人脸变化的识别正确率越高 2 随着脸部结构信息的改变 被试对人脸正确辨认的变化趋势可分为不变区 快速增长区 高原区三个区域 3 倒置影响了结构信息的部分加工 使其识别正确率低于正立识别时的讵确 率 不能达到闽限水平 浙担大学硕士论文 结构信息改变对人脸识别绩效的影响 实验三结构信息改变对不熟悉人脸识别绩效的影响 1 实验目的 由实验一可知 人们在熟悉人脸的识别过程中对结构信息的改变非常敏 感 当眼睛之间的结构信息改变5 3 4 个像素的时候 也即视角改变0 1 9 的 时候 被试的识别正确率可以达到7 5 本实验以不熟悉人脸的照片为刺激 进一步研究结构信息的改变对于不熟悉人脸的识别是否也有相同的作用 2 实验方法 2 1 实验装置 本实验的主要装置有p i i 计算机一台 1 5 英寸分辨率为8 0 0 6 0 0 的 s a n s u n g 显示器和计算机标准键盘 计算机用于控制整个实验程序 记录被试反应 显示器用于显示实验照片 被试在标准键盘上进行按键反应 2 2 实验材料 实验共采用两类黑白照片 一类是不熟悉人脸的原型照片s 共l 张 所 有的被试均认为在实验之前不曾见过该人 另一类是根据原型照片经p h o t o s h o p 软件改动的照片 如表3 1 所示 共2 0 张 所有在正式实验中使用的改动照 片 都已经过预实验删除了很怪异的照片 实验照片的大小均为4 5 0 x 4 9 7 像素 约为1 5 8 8 1 7 5 3 厘米 表3 1 实验三中使用的改动照片帕改动细节 2 3 实验任务和实验变蟹 正式实验中 在计算机屏幕上 每次随机呈现l 张原型或改动照片 要求 被试辨认该照片是否是s 并在标准键盘的数字键盘上作按键反应 实验中有 一半被试按 1 键表示 是 按 2 表示 不是 另一半则相反 实验的主要变量是结构信息变化量 实验采用被试内设计 浙江大学硕士论文 结构信息改变对人脸识别绩效的影响 实验中 原型照片s 共呈现6 4 0 次 2 0 张改动照片各呈现3 2 次 每个被 试共需进行1 2 8 0 次辨认 2 4 实验程序 实验在安静的实验室环境中进行 实验时 被试双眼离计算机屏幕中央的 直线距离为5 5 厘米 由一三角架固定被试头部到计算机屏幕的距离 实验前呈现不熟悉人脸的原型照片s 让被试熟悉2 分钟 主试向被试介 绍实验 叙述实验指导语 然后进行预备实验 预备实验中 随机呈现不熟悉人脸的原型照片s 和熟悉人脸的原型照片p 各5 0 次 要求被试辨认是否是s 并进行按键反应 照片呈现的最长时间是1 秒 被试按键反应后 照片消失 过1 秒后 呈现下一张照片 预备实验完成 后 进行正式实验 正式实验中 首先在计算机屏幕中央呈现要求被试注视的 十 字符号 持续1 秒 然后随机呈现一张原型照片或改动照片 照片里现的最长时间是1 0 秒 若被试按键反应 则照片消失 过1 秒后 呈现下一张照片 照片呈现时 被试对照片进行辨认 判断是否是s 并按实验任务要求进行按键反应 计算 机记录被试反应结果 若被试在照片呈现的1 0 秒内没有进行按键反应 计算机 记录该次反应为错误 照片自动消失 过1 秒后 呈现下一张照片 每个被试完成整个实验需2 个小时 被试每完成3 2 0 次反应 休息约2 分 钟 实验程序由专用的w i n s c o p e 程序控制 2 5 实验被试 共有8 名浙江大学本科生作为被试参加正式实验 男女各半 年龄在1 8 2 4 岁 视力或矫正视力在1 0 以上 3 数据分析和结果讨论 本实验结果由s p s s w i n 6 0 软件包处理 在以下的统计分析中 将通过分析识别正确率和正确辨认阙限值来说明被 试的人脸辨认绩效 3 1 改动像素数对被试辨认绩效的影响 表3 2 是不同结构信息条件下 被试识别熟悉人脸与不熟悉人脸时的正确 浙江大学硕士论文 结构信息改变对人脸识别绩效的影响 察 表3 2不同熟悉程度不同结构信息变化量时的平均识别正确率 如表3 2 所示 被试的识别正确率随着结构信息改动像素数的增加而增 加 对不熟悉人脸的识别正确率的重复测量方差分析表明 随羞两眼之间距离 的增加 被试的识别正确率显著提高 f 1 0 7 0 2 9 6 9 p 0 1 其识别闽 限值为5 6 5p i x e l 转化为角度是0 2 1 同样的 随着两眼之间距离的减少 识别正确率也有显著差异 f 8 5 6 6 9 1 5 仄 0 1 其识别阈限值为5 4 2 p i x e l 转化为角度是0 2 0 这表明 在不熟悉人脸的辨认中 结构信息的 改变对于识别的雁确率也有显著的影响 图3 一l 是根据表3 2 数据作出的统计图表 其中曲线是根据识别不熟悉 人脸时 不同结构信息变亿量时被试识别正确率的平均值绘制的 改动像素数 p i x e l 图3 一l 不熟悉人脸结构信息改变时的平均识别正确率 浙江大学硕士论文 结构信息改变对人脸识别绩效的影响 由图3 1 可以清楚地看到 在不熟悉人脸的识别中 照片改动的像素数对 人脸辨别的影响也是不同的 根据曲线变化趋势 可以将结构信息变化量对人 脸辨别的影响也分为不变区 快速增长区 高原区三个区域 不变区的范围大 致为1 2 像素数之问 在这个区域中 改动照片变化l 一2 个像素 被试的识 别正确率仅为1 5 以下 增加一个像素 被试的正确率平均增加5 快速增长 区的范围大致在2 7 个像素之间 在增长区内 随着改动照片的像素数的增加 被试对改动照片的正确辨认能力不断提高 识别正确率线性增加 由1 5 左右 快速增加到8 0 以上 每增加一个像素 被试的正确率平均增加1 4 高原区 的范围为7 一1 1 个像素 在该区域 改动照片像素数的增加并没有带来相应的 正确率的明显提高 增加一个像素 被试的正确率平均增加1 6 这些结果说 明 随着脸部结构信息的改变 被试对不熟悉人脸的识别正确率存在着不变 快速增长和高原三个阶段 3 2 照片熟悉度的不同对脸部辨认绩效的影响 通过对识别正确率的2 熟悉 不熟悉 1 1 结构信息改变的1 1 个水平 重复测量方羞分析表明 当两眼之间的距离增加时 结构信息变化主效应显著 f 1 0 1 4 0 1 0 5 6 1 7 仄 0 1 照片熟悉度主效应不显著 f 1 1 4 0 1 4 5 俨 7 0 9 两者交互作用显著 尸 1 0 1 4 0 3 7 9 8 从 0 1 通过对识别正确率的2 熟悉 不熟悉 9 结构信息改变的9 个水平 重复测量方差分析表明 当两眼之间的距离减少时 结构信息变化主效应显著 f 8 1 1 2 9 8 2 6 1 仄 0 1 照片熟悉度主效应不显著 f 1 1 4 o 1 9 4 p 6 6 6 两者交互作用不显著 f 8 1 1 2 0 3 0 1 口 9 6 4 如图3 2 所示 代表熟悉人脸和不熟悉人脸识别绩效的两条曲线非常相似 改动象素数 p i x e l 圈3 2 不同熟悉度不同改动像素数时的平均识别正确率 浙江大学硕上论文 结构信息改变对人脸识别绩散的始响 由以上分析可以知道 人脸的熟悉度并不影响人们对结构信息改变的敏感 程度 通过对熟悉人脸和不熟悉人脸的比较 我们可以发现 熟悉或者不熟悉 人脸的识别正确率之间没有显著差异 这表明 人们对非常熟悉的人脸或者不 熟悉的人脸的记忆都非常深刻 对人脸结构信息的改变都非常敏感 而同时 王松琴的研究也发现 短期学习时间的不同对陌生面孔的绝对辨认绩效没有明显 的影响 因此 可以说 人类对人脸的记忆已经是一种高度熟练的技术 4 结论 根据以上分析 本实验得到如下结论 1 在对不熟悉人脸的识别中 脸部结构信息变化越大 被试对人脸的识别正 确率越商 其阈限值的视角为0 2 0 2 随着脸部结构信息的改变 被试对人脸正确辨认的变化趋势可分为不变区 快速增长区 高原区三个区域 3 人脸的熟悉度不会影响人们对结构信息改变的敏感程度 人类对人脸的记 忆在短时间内可以达到非常高的水平 浙江大学硕士论文 结构信息改变对人脸识别绩皴的影响 第二部分两维结构信息变化对人脸识别绩效的影响 实验四两维结构信息等比例变化对人脸识别绩效的影响 1 实验目的 前面的三个实验说明人们在进行人脸识别时 对其单维结构信息的改变非 常敏感 我们接下去的任务主要是考察当从两个维度同时改变人脸的结构信息 时 对人脸识别绩效的影响 本研究中 将从眼睛 鼻子两个维度来考察两维 结构信息改变对人脸识别的影响 其中有两个方面的问题要研究 一是两个维 度等比例变化 二是两个维度不等比变化 等比例变化是指根据眼睛到眉心 鼻子到眉心的距离比来分别改变眼睛 鼻子的结构信息变化量 不等比变化是 指不根据眼睛到眉心 鼻子到眉心的距离比来分别改变眼睛 鼻子的结构信息 量 实验四将研究当眼睛 鼻子等比例的同时进行结构信息改交的时候 对人 脸识别绩效产生的影响 2 实验方法 2 1 实验装置 本实验的主要实验装置有p i i 计算机一台 1 5 英寸分辨率为8 0 0 6 0 0 的 s a n s u n g 显示器和计算机标准键盘 计算机用于控制整个实验程序 记录被试反应 显示器用于显示实验照片 被试在标准键盘上进行按键反应 2 2 实验材料 实验共采用了两类黑白照片 一类是熟悉人脸的原型照片p 共1 张 另 一类是根据原型照片经p h o t o s h o p 软件改动的照片 如表4 1 所示 共7 张 这7 张照片同时改变眼睛 鼻子两个维度 其变化像素比例接近等比 所有在 正式实验中使用的改动照片 都已经过预实验删除了很怪异的照片 实验照片的大小均为4 5 0 4 9 7 像素 约为1 5 8 8 1 7 5 3 厘米 2 3 实验任务和实验变量 正式实验中 在计算机屏幕上 每次随机呈现1 张原型或改动照片 要求 浙江大学碗l 论文 结构信息改变对人脸识别绩效的影响 被试辨认该照片是否是熟悉人脸的照片 并在标准键盘的数字键盘上作按键反 应 实验中有一半被试按 1 键表示 是 按 2 表示 不是 另一半贝0 相反 表4 1 实验四中使用的改动图片的改动细节 眼睛外移 p i x e l 134567 8 鼻子下移2p i x e l s 4 鼻子下移4p i x e l s 鼻子下移6 p i x e l s 4 鼻子下移8p i x e l s 鼻子下移1 0 p i x e l s 4 彝子下移1 2 p i x e l s 4 鼻子下移1 4 p i x e l s 4 实验的主要变量是两个维度结构信息的变化量 实验采用被试内设计 实验中 原型照片共呈现2 2 4 次 7 张改动照片各呈现3 2 次 每个被试共 需进行4 4 8 次辨认 2 4 实验程序 实验在安静的实验室环境中进行 实