（应用心理学专业论文）深度知觉线索冲突及其知觉填补的机制.pdf

渐江太学博士学位话丈 深度知觉线索冲盘及止知蹙填朴拍枷削 摘要 深度知觉加工整合机制一直是认知心理学的重大理论问题之一也是当前认知科学领域 的前沿课题。本研究以行为范式结合脑电技术，试图对早期深度知觉线索动态加工过程、各 线索冲突整合策略及其脑机制以及三维视知觉中知觉填 b ( f i l l i n g i n ) g 恻等问题进行探讨t 旨在揭示早期深度知觉冲突攘台的加工规律，以及高级知觉剥象( 汉字) 的整合加t 列基于 空间线索的组块加工的影响。 本研究包括三组实验。实验一( 第二章) 考察了纹理梯度与非连续性视差及呈现时间的 关系，其目f i 勺是研究强、弱深度线索间知觉早期的冲突整台模式。实验二( 第三章) 以线条 透视与视差的冲突为切入点，探讨了强深度线索之问的冲突整合模式及被试的线索优势策略 问题。在实验三( 第四章) 中，笔者围绕知觉填补h 题对遮挡、视筹以及颜色等线索的干 互影响进行详细分析与探讨。 本文获得以下主要结论： ( i ) 在纹理梯度与非连续性视差的冲突早期，线索问采用动态平均策略纹理梯度线索对 深度知觉的效应随呈现时间增长而减弱，而视差线索效应则随呈现时间增长而增强。 ( 2 ) 线条透视与视差冲突过程中，被试大多采用线索优势策略。优势线索形成直接依赖r 两类线索有效信息量的提取。 f 3 1 不同线索间的冲突整合及被试行为策略有所小同。纹理梯度与视差的冲突整合符合弱 融合模型，而线条透视与视差的冲突整合则符合b e y e s i a n 模型。 ( 4 ) 视差诱发了枕1 1r 皮层的负波n 2 。n 2 潜伏期在15 0 2 5 0 m s 之间，并受纹理梯度和线条 透视等线索的影响。在视差与纹理梯度冲突r i ；，视差同时诱发了顶额叶区6 0 0 8 0 0 m s 的长程慢波电位。 ( 5 ) 一致性分析结果显示，脑区间出现不同程度的“，、皿波段的同步化。字块整合过 程r l ，枕 皮层大多以“波与其他脑区同步化，而颗叶皮层则以少波同步化为主。视 差存在条件下，右颞”t 区与其它脑区增加了“波同步化现象。遮捎与视籍、遮捎与颜 色的口波同步化存在交互作用。遮挡信息加入，使，波同步化提前。 f 6 ) 遮挡对对象的整合加工起了有效的知觉填补作用。知觉填补可发生在小同深度水、r 。j 塑兰查兰堡主兰堡垒查 至垦! ! 篓垡室堡窒兰苎坌堡兰型兰! ! 兰l 不同色块之间，并有效抑制与其相冲突的空间线索。视知觉绢织小，基于对象的船台 加工优先于基于空间的组块加工。 关键词：深度知觉深度线索同步化e r p 知觉填补 塑兰垄兰堡主兰堡垒圭 墨壅! ! 竺些查1 冲塞墨苎兰垄墨! ! 竺垫型 d e p t hp e r c e p t i o n1 nc u ec o n f l i c ta n dt h em e c h a n i s mo f p e r c e p t i o nf i l l i n g 一1 n a b s t r a c t t h ei n t e g r a t i o no fd e p t hc u e si saf u n d m e n t a li s s u ei nc o g n i t i v ep s y c h o l o g y u s i n gb e h a v i o r a l p a r a d i g mw i t he e gt e c h n i q u e ，t h ep r e s e n tr e s e a r c h i s f o c u s i n go nt h ee a r l ys t a g eo fd y n a m i c i n t e g r a t i o no fd e p t hc u e s ，c u ec o n f l i c t ，f i l l i n g - i np h e n o m e n a i n3 ds c e n ea n dt h e i rb r a i n m e c h a n i s m s t h r e ee x p e r i m e n t sw e r ec o n d u c t e dt of i n do u tt h ej n t e r a c t i o np r o c e s s i n gi nc u e c o n f l i c ta n dt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e n t o p - d o w n ”a n d “b o s o m u d ”i n f o r m a t i o nf l o w si n3 df i l l i n g i n p h e n o m e n a m a i nc o n c l u s i o n so f t h ep a p e ra r ea sf o l l o w i n g ： ( 1 ) i nt h ee a r l ys t a g eo fc u ec o n f l i c t ，t h et e x t u r eg r a d i e n t sa n dd i s c o n t i n u i t yd i s p a r i t yc u e s w e r ea v e r a g e dw h e ne x p o s u r et i m ew a si n c r e a s e d ，t h ew e i g h t i n go ft e x t u r eg r a d i e n t sw a s d e c r e a s e dw h i l et h ew e i g h t i n go f d i s p a r t t yi n c r e a s e d ( 2 ) w h e nl i n e a rp e r s p e c t i v ec u ec o n f l i c t e dw i t hd i s c o n t i n u i t yd i s p a r i t y ，m o s to fs u b j e c t su s e d c u ed o r m i n a n ts t r a t e g y f o r m i n gt h ec u ed o m i n a n c ew a si n f l u e n c e db yt h ee f f i c i e n c y p r o c e s s i n gi nd i s p a r i t y a l o n ea n dp e r s p e c t i v e a l o n e ， ( 3 ) d i f f e r e n tc u ei n t e g r a t i o ns t r a t e g i e s w e r eu s e di nd i f f e r e n tc u ec o m b i n a t i o n st h e i n t e g r a t i o no ft e x t u r e sg r a d i e n t sa n dd i s p a r i t ym a yf i ti n t oam o d i f i e dw e a kf a s i o nm o d e l ， w h i l eb e y e s i a nm o d e lw o u l db eb e t t e ri np e r s p e c t i v ea n dd i s p a r i t yc u ec o n f l i c t ( 4 ) d i s p a r i t yi n d u c e dal a r g en 2 i no c c i p i t a lr e g i o nt h el a t e n c yo fn 2v a r i e sb e t w e e n15 0 m s a n d2 5 0 m s ，w h i c hw a sa f f e c t e db yt e x t u r e sg r a d i e n t sa n dl i n e a rp e r s p e c t i v e i nt h ec o n f l i c t o fd i s p a r i t ya n dt e x t u r eg r a d i e n t s ，d i s p a r i t ya l s oi n d u c e dal o n g - r a n gs l o ww a v ei n f r o n t a l - p a r i e t a lr e g i o na b o u t6 0 0 8 0 0 m s ( 5 ) c o h e r e l l c ea n a l y s i ss h o w e d ，t h e r ew e r ed i f f e r e n ts y n c h r o n i z a t i o n si n “、，j 、，2 i ns e g m e n t s r e c o g n i t i o no fc h i n e s ec h a r a c t e r ( c h a p t e r4 ) d i f f e r e n tr e g i o n sc o n n e c t e dw i t ho c c i p i t a l r e g i o nm o s tw i t h0 2 w a v es y n c h r o n i z a t i o n ，w h i l et e m p o r a lr e g i o nc o n n e c t e dw i t ho t h e r r e g i o n sn a o s tw i t h 口w a v e ，t h e r ew e r ei n t e r a c t i o n sb e t w e e no c c l u s i o na n dd i s p a r i t y ， o c c l u s i o na n dc o l o ri n w a v es y n c h r o n i z a t i o n t h e w a v es y n c h r o n i z a t i o nw i l lb r i n g f o r w a r di no c c l u s i o nc o n d i t i o n ( 6 ) o c c l u s i o nc a u s e df i l l i n g i np h e n o m e n a f i a n dd i f f e r e n tc o l o rs u r f a c es e g m e n t s f i l s p a c e - b a s e dg r o u p i n gc u e s i n g i nw o u l db eo c c u r r e di n d i f f e r e n td e p t h n g - i np r o c e s s i n g w o u l dp l e e m p ta c c e s st o k e yw o r d s ：d e p t hp e r c e p t i o n ，d e p t hc u e s ，s y n c h r o n i z a t i o n ，e r p ，f i l l i n g - i n 浙江大学博士擘位论文 深度知觉线索冲突及其知觉填补的机制 第一章研究综述 人类赖以生存的世界是由三维空间构成的。人脑的视觉系统对客体对象形成三维视觉的 过程非常复杂。大脑的视觉加工过程源于外界对象投射到左右眼视网膜上的两张一维图像。 那么，大脑是怎样通过这两张略有不同的平面图像重构出三维对象的呢? 人们是如何判断对 象的距离孰近孰远呢? 又是如何估计出三维对象的相对深度呢? 这些问题一真是心理学家、 神经生理学家乃至哲学家探讨的焦点。三维视知觉的机制问题也是当前认知科学领域中的前 沿课题。 三维空间中物体结构、相对关系和明暗程度咀投双胀的生理变化都是人脑形成深度知觉 的主要信息来源，也称为深度知觉线索。深度知觉的视觉线索主要有：生理线索、单限线索 和双眼视差线索三种类型( 彭聃龄，2 0 01 ) 。 1 1 深度知觉线索 1 1 1 生理线索 生理线索主要包括调节( a c c o m m o d a t i o n ) 与辐a m ( c o n v e r g e n c e ) 。调节是指水晶体的曲度圆 注视距离的改变而发生相应变化的过程。水晶体的曲度变化是通过改变睫状肌的紧张度来实 现的。诞状肌发出的动作冲动为深度知觉提供了一个有效的信息来源。辐合是双眼随距离的 改变而将视轴会聚于被注视物体的过程。物体近时辐合角大，物体远时辐合角小。o g l e 在综 述中指出：在深度知觉叶，骊节只起很小的作用，而辐台的作用则较火( o g l e ，1 9 5 9 ) 。然而 r i c h a r d s 等人则发现，约有1 3 的人很少使用辐合来判断深度或距离( r i c h a r d s m i l l e r ，1 9 6 9 ) 。 1 1 2 单眼线索 距离超过1 0 0 米时，落入两眼视网膜上的图像基本相同，因此知觉远处物体的深度关系 实质上依赖于来自单眼的信息。利用单眼感受到的深度线索称为单眼线索。早在文艺复兴时 期，达芬奇等艺术家就曾利用单眼线索进行绘画创作。单眼线索主要有纹理梯度、线条透视、 重叠( 遮挡) 、运动视差、空气透视和熟悉尺度等。 浙江大荦博士擘住论文深度加觉线索冲突及其知觉填补的机制 第一章研究综述 人类赖以生存的世界是由三维空间构成的。人脑的视觉系统对客体对象形成二维视觉的 过程非常复杂，大脑的视觉加工过程源于外界剥象投射到左右眼视网膜上的两张一绯罔像。 那么，大脑是怎样通过这两张略有不同的平面图像重构山三维对象的呢? 人们是如何判断对 象的距离孰近孰远呢? 又是如何估计l 三维对象的相对深度呢这些问题一茸是心理学家、 神经生理学家乃至哲学家探讨的焦点。三维视知觉的机制问题也足当前认知科学领域r j 的前 沿课题。 三维空间中物体结构、相对芙系和嘴暗程度咀拉职胀生理变化都是人脑形成深度知觉 的主要信息来源，也称为深度知觉线索。深度知觉的视觉线索主要有：生理线索、单跟线索 和取眼视差线索三利喽型( 彭聃龄，2 0 0 i ) 。 1 1 深度知觉线索 1 _ 1 1 生理线索 生理线索主要包括调节( a c c o m m o d a t i o n ) 与辐台( c o n v e r g e n c e ) 。调节足指水品体的曲度田 注视距离的改变而发生相应变化的过程。水晶体的曲度变化是通过改变睫状肌的紧张度来实 现的。睫状肌发出的动作冲动为深度知觉提供了。个有效的信息来源。辐台是双瞍随距离呐 改变而将视轴会聚于被注视物体的过程。物体近时辐台角大，物体远时辐台角小。o 圳e 在综 述中指 ：i _ ：在深度知觉c h 骊节只起很小的作用，而辐台的作用则较火( o g l e ，1 9 5 9 】。然向 r i c h a r d s 等人则发现，约宵1 门的人很少使用辐合来判断深度或距离( r i c h a r d s m i e e r ，i9 6 9 ) 。 1 1 2 单眼线索 距离超过1 0 0 米l 时，落 两珏酲视网膜上扮图像基本相同，因此知觉远处物体的深度关系 实质上依赖f 来自单眼的信息。利用单眼感受到的椿度线索称为单眼线索。早在文艺复兴i 对 期，达芬奇等艺术家就曾利用单眠线索进行绘画创作。单眼线索主要有纹理梯度、线条透丰见、 重叠( 遮挡) 、运动视差、空气透视和熟悉尺度等。 重叠( 遮挡) 、运动视菠、空气透视和熟悉尺度等。 浙江大学博士学位论文深度知觉线索冲突覆其知觉填补的机州 ( a ) 静态单眼线索 ( b ) 运动视差 图1 1 提供深度信息的单眼线索( 图片来源：k a n d e l ，j a m e sh s c h w a r t z j e s s e l l ，2 0 0 i ) f a ) 上方是视觉场景侧视图，下方图例所示则是在眼睛与场景间的某平面的投影。借用此 图例可以说明深度知觉中的单眼线索。重叠：长方形4 遮住了长方形5 的某一部分，表明 4 位于5 的前边。线条透视：尽管6 7 与8 - 9 线条在现实环境中是平行的，但在透视平面 中却是两条往里缩进的相交线。大小尺度：由于两小弦( 1 与2 ) 具有相似高度，所以投影较 小的小孩( 2 ) 被知觉为相对距离远。熟悉尺度：成年z ( 3 ) - 5 小孩( 1 ) 投影上大小尺度相似， 由经验知识，成年人比小孩高推断出成年人离得较远。 ( b ) 当观察者走动或头部转动时可以产生深度知觉。例如观察者往左移动时，近处的物体 往相反方向移动，而远处的物体同向移动。 纹理梯度( t e x t u r eg r a d i e n t ) 是指物体表面纹理因透视关系而表现出的纹理元( t e x t u r e e l e m e n t ) 密度、大小及形状随距离变化而变化的特性。均匀纹理的物体表面随距离增大，纹理 元变小且更趋密集。表面斜率越大( 相对于注视平面) ，纹理元的压缩l g ( a s p e c t r a t i o ) 越大。 简单地缩小纹理元和增加其密度可以产生物体表面变远的现象，而纹理元的压绗f 比击可以有 效地提供物体表面的曲率信息( c u t t i n g m i l l a r d ，1 9 8 4 ；t o d d a k e r s t r o m ，1 9 8 7 ) 。 ， 线条透视( l i n e a rp e r s p e c t i v e ) 是与纹理梯度及相对尺度有关的深度线索，它是一种轮廓透 视信息。两条水平平行线在远处更加接近；近处物体相对于远处物体来说更大( 见图1 i ( a ) ) 。 尽管有人认为线条透视线索不能独立于纹理梯度和大小尺度而存在( c u t t i n g ，1 9 9 7 ) ，但山于线 纹理压缩比 a s p e c l - r a t i o ) 定义为纹理元透视后的纵横比与透视前的纵横比之比值。 浙江大学博士学位论文 深度知觉线索冲突及其知觉填补的机制 条透视线索在物体倾斜性知觉中占有重要的地位( a l l i s o n & h o w a r d ，2 0 0 0 ) ，冈此，研究者通常 都将之单独列为一类深度线索。 重叠( 也称遮挡，o v e r l a p ) 是指物体相互重蚤而形成的物体前后层次关系的线索。对象晕 叠可以给出物体间的远近关系但并不能给出物体问的相对深度，并且被遮挡物体的整体性 知觉还需要由知觉填补( f i l l i n g - i n ) 来完成( w a l l s ，1 9 5 4 ) 。 运动视差是指由视野q i 的景物相对运动关系而决定物体之间相对深度的种知觉线索。 例如当观察者向前移动时，所感知到的近处物体运动速度较大，远处物体的运动速度则相对 较小( 见图1 1 ( b ) ) 。 1 1 3 双眼线索 双眼线索主要来自于双眼视差( b i n o c u l a r d i s p a r i t y ) 。取眼视差是指物体映像落在两跟视网膜 对应位置上的差异。基于双眼视筹的深度知觉又 称立体视觉( s t e r e o p s i s ) 。 人l 1 女n 觉近处物体的距离与深度主要依赖于 视差线索。正常成年人的疃距约为6 5 m m 。肖人们 将两眼视轴辐合于前方某一物体时，注视点影像 粤l 2 孥8 堂量苎差- 观察者皇 将落在两眼网膜的对应点上。在此泣视点下将 前注视f 点的俯视图 l o r o p t e r 为 视觉单像区，阴影部分为p a n u m 融 落于两眼网膜对应点位置的空间点轨迹所构成的 合单像区 个假想曲面，称为视觉单像区( h o l o d t e r ) 。如 果物体表面处于h o r o p t e r 曲面之外，则物体在两眼网膜上的影像将落于非对成点上两点之 间的位置差异就构成1 i 同程度的视差( 图1 2 ) 。 一般来说，双眼视差的形成取决于许多因素，如物体的_ 三维结构、视角，视距以搜取胀 的辐合角等。双眼视差包括水平视差( h o r i z o n t a ld i s p a r i t y ) 与垂直视差( v e r t i c a ld i s p a r i t y ) ，水 平视差是由于两眼水平位置的不同而引起视像对应点水，l 上的差异( 图l2 ) 。垂直视燕则是 指两眼视像垂直方向上的差异。这种差异主要来自对象与两眼距离的细微差z , j ( h o w a l d r o g e r s ，19 9 5 ) 。 如图1 2 所示，剥于p 点的绝对水。i 视差6 可以用注视点f 与两耻的张角和p 点与两“ 浙江大擘博士学位论文深度知觉线索冲突厦其知觉填补的机制 的张角之差来确定，也即： 6 = z f ! f f i 一p i p p ； 其中，p 分别为注视点f 与点p 在两眼的投影，脚桥l 、r 分别表日i 左右眦。若足刘称 辐合，则6 也可近似表示成( 当d d 时成立) ： 6 l d | d l 其中j 为瞳距，d 为对应点p 与注视平面的相对深度，d 为视距。 相对注视点f ，p 点的视羞梯度g 定义为p 点与f 点在左右两眼的张角之箍与两张角3 p 均值之比，也即： 心p o 。f z p o 。f ) “2 ( p o l f + l p o t f ) , , , 2 物体表面所有点构成的视差梯度若具有连续性，则称其表面具有连续性视差，否则称为 非连续性视差。 物体在单像区与双限之间所形成的视差称为交叉视差。物体离双眼越近，绝剥视羞就越 犬。如果视差太大，那么人们知觉到的将是双像。研究者将视差适小、能形成单影像的区 域称为融合单像区( 也即p a n u m 区，见图12 ) ，而将形成双像知觉的区域称为双像区。视 觉系统中处理视著按视差范围大小，分为小视差处理模式和大视差处理模式，o g l e 也称之为 精加工立体视觉( f i n es t e r e o p s i s ) 和粗加工立体视觉( c o a r s es t e r e o p s i s ) ( o gl e ，1 9 5 9 ) 。前者 处理视差的范围一般z ；超过2 。，并加工形成单的视觉对象知觉( f e n d e r j u t e s z ，1 9 6 7 ； m i t c h e l l ，1 9 6 6 ) 。后者处理的视差范围为7 。内的交叉视差或7 。1 2 。的非交叉视差，并形成整体 性轮廓与深度结构。大视差处理模式的工作需要小范围的眼动扫视作配合( b i s h o p h e n r y ， 1 9 7 1 ) 。 双限视差是一个很明显的深度知觉线索。但奇怪的是许多早期的视觉研究者，如欧几 里德( e u c l i d ) 、阿几米德( a r c h i m e d e s ) 、达芬奇( l e o n a r d od av i n c i ) 、牛顿( n e w t o n ) 等，都h i 曾注 意到它的存在。直到1 8 3 8 年w h e a t s t o n e 发明了立体镜装置，双限视差才逐渐为世人所知。 1 2 深度线索之间的冲突与整合 由于外界环境往往同州提供多种深度线索，而各线索提供的信息有l l g j t s , l ：；致，冈此深 度知觉多是在多种线索的交互作用f 形成的。已有研究认为，深度知觉线索之删的变且作川 浙江大学博士学位论文深度知觉线索冲突及其知觉填补的机制 有以下几种方式：线索平均或叠加( c u ea v e r a g i n ga n ds u m m a t i o n ) 、线索优势( c u ed o m i n a n c e ) 、 线索澄清( c u ed i s a m b i g u a t i o n ) 和线索重解释( c u er e i n t e r p r e t a t i o n ) ( b f l l t h o f f m a l l o t ，1 9 8 7 ， 1 9 8 8 ；h o w a r d r o g e r s 1 9 9 5 ) 。线索平均或叠加是指各线索以不同的权重方式对深度知觉的形 成产生影响；而线索优势则是指一种线索在众多深度线索- 起主导作用，并且抑制了与它小 一致的其它线索。当一种线索存在模棱两可的解释时，另一种线索的加入澄清了前种线索， 这种交互作用被称为线索澄清。线索重解释是指线索冲突时，一类线索为了与另一类线索兼 容，将自身原有的解释变更。 1 2 1 双眼视差与纹理梯度的整合 g i b s o n 首先注意到了纹理梯度可作为深度知觉的一种线索。如果纹理元密度按一定乃向 均匀地改变，观察者往往会知觉到深度渐变的曲面( g i b s o n ，1 9 5 0 ) 。c u m m i n g 等人比较了纹理 中的纹理压缩梯度( t e x t u r ea s p e c t r a t i o ) 、纹理元( t e x t u r ee l e m e n t ) 大小以及纹理元密度梯度等 对物体表面深度知觉的影响( c u m m i n g ，j o h n s t o n ，p a r k e r ，1 9 9 3 ) ，发现纹理压缩梯度是纹理梯 度线索的一个重要成分：当纹理元的大小和密度梯度单独作用时，深度知觉效果并无明显改 变。大小尺度只有与压缩梯度等其他成分起作用才能产生明显的效应( t o d d a k e r s t r o l n ， 1 9 8 7 ) 。纹理压缩梯度不仅仅来自于局部纹理元，更主要的是来自于物体表面的整体压缩梯度 ( c u m m i n ge ta 1 ，1 9 9 3 ) 。r o g e r s 等人还发现垂直方向的纹理梯度线索效麻比水5 f 疗向卜的纹理 梯度线索更弱( r o g e r s & g r a h a m ，1 9 8 3 ) 。 j o h n s t o n 等人利用具有纹理的半圆柱体、球体等刺激奉习料来研究纹理与视筹的帮合作用 ( j o h n s t o n ，c u m m i n g ，p a r k e r ，1 9 9 3 ) 。结果发现，当视距为2 0 0 c m 时，无纹理梯度的视左曲面 产生的深度被低估约5 0 ：而纹理梯度与视差一致时，深度估计的准确性有显著提高。当视 距改为5 0 c m 左右时，无沦是对无纹理梯度的视差曲面，还是纹理与视差致的曲面深度什 计误差率都发生显著下降。j o h n s t o n 的研究说明，视差线索在近处( 约5 0 c m ) 较为敏感，而纹 理梯度线索则能有效地增强深度知觉效果。 1 2 2 双眼视差与线条透视 、 g i l l a m 等人对视差与线条透视进行了一系列研究后指出，物体表面深度知觉中线条透视 线索所起的作用比纹理压缩梯度或纹理密度梯度线索更强，并存在线索优势现象( g i l l a m r y a n ，1 9 9 2 ；o i l l a m ，1 9 6 8 ；r y a n & g i l l a m ，1 9 9 4 ) 。a l l i s o n 等人比较了垂直线条、水、f 线条、叫 浙江大学博士学位论文 深度知觉线索冲突度其知觉填补的机制 - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - _ _ - - _ - - _ - _ - _ _ _ _ - _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - _ 格线条及随机点所构成的纹理与视差的关系后，也得到了类似的结果，但并未发现线索间存 在线索优势现象( a l l i s o n h o w a r d ，2 0 0 0 ) 。然而，a n d e r s o n 等人却给出了在某些场景中纹理密 度梯度比线条透视作用更强的例子( a n d e r s e n ，b r a u n s t e i n ，s a i d p o u r ，1 9 9 8 ) 。 上述研究中的视差均为连续性视差，对于非连续性视著，a l l i s o n 在其文q _ i 也坦高还需要 作进一步的研究。 1 2 3 双眼视差与重叠( 遮挡)，、 l 叫 重叠线索可以提供环境中物体的前后层次 信息，当重叠线索与视差线索发生冲突时，会产 生一些有趣的现象。s c h r i e v e r 利用垂壹交叉的 木条透视图像( 图1 - 3 ( a ) ) 作刺激时发现：当重叠 线索与视差线索冲黼重叠线索为优势撼 ( a ) 木条最裔善馏耋磊成冲突， 而刺激图变更为垂直交叉的平面长方形( 图 水平木条被知觉为近。 ( b ) 帆冲突的长方形则形成凸曲面知觉羹亨鬈掣絮纛瑟笫徽： f s c h r i e v e r 1 9 2 4 ) 。在此基础上，h o w a r d 进一步 研究了视差与重叠线索的冲突，提出了四种整合模式：( 1 ) 重番线索占优，而忽略视斧线索； ( 2 ) 两线索同时在物体表面的不同部位保留，大脑信息加工时会出现物体表面发生弯曲现象， 也即线索分离现象； ( 3 ) 连续对象因遮挡而被知觉成两个分离的独立对象； ( 4 ) 重番部分 产生“透明”知觉，并重新解释各线索的含义。 1 2 4 深度线索整合模型 传统的深度知觉整合研究注重线索的平均与叠加，由此发展出众多的线索整合模型。 m a l o n e y 等人利用线性权重的思想提出了线索整合的统计模犁。该模型假设不同的深度线索 是以模块化方式分别进行独立加工的，然后再以不同的权重进行线性叠加，最终拱得单的 深度估计。m a l o n e y 等人的线性模型假设在他们的实验中得到了验证( m a i o n e y l a n d y ，1 9 8 9 ) 。 这种线索间的独立模块化加工假设，也被称为弱融合模型( w e a kf u s i o nm o d e l ) ( c l a r k y u i l l e ， 1 9 9 0 ) 。 弱融合模型强调线索问的独立运算利线性组合，不考虑线索间的交互作用。这种整合舰 则比较简单，且操作性强，因此该模型比较适用于机器视觉中的独立模块设计。众多深度线 一6 一 浙江大学博士学位论文深度知觉线索冲突及其知觉填补的机制 索若单独存在时，无法给出绝对深度的估计。例如，遮挡只表明对象的前后关系，运动视羞 只给出对象的形状改变信息等( f i n e j a c o b s ，1 9 9 9 ) 。各线索对绝对深度估计需要环境中一些 辅助信息，如视距、瞳距、本体运动等。因此，弱融合模型。l i 各线索作用量的测量，离小开 附加的辅助深度信息。然而附加的辅助信息却有可能来自于其他的深度线索，因此，完全的 弱融合模型是没有现实意义的( l a n d y ，m a l o n e y ，j o h n s t o n ，& y o u n g ，1 9 9 5 ) 。 与弱融合模型相对立的是强融合模型( s t r o n gf u s i o nm o d e l ) 。强融台模型认为备种深度 线索汇聚成信息流，同时进行加工，并强调线索间的非线性交互作用( c l a r k y u i l l e 1 9 9 0 ) 。 大脑的深度知觉加工中，存在线索间非线性交互作用，这一点已由j o h n s t o n 等人的研究提供 了实验证据( j o h n s t o ne ta l ，1 9 9 3 ) 。b f l l t h o f f 发现经验知识直接影响被试对深度线索的加工与解 释( b ( i l t h n i f , 1 9 9 1 ) ，为此他提出了一个典型的强融合模型一b e y e s i a n 统计躲合模掣。该模犁强 调线索权重的鲁棒性和平滑性。p o l i o 等人从m a r k o v 随机场理论出发，也提出了类似的 b e y e s i a n 模型( p o g g i o ，g a m b l e ，l i t t l e ，】9 8 8 ) 。b e y e s i a n 模型能较好地估计熟悉场景的深度， 但对陌生场景的估计却较差。 强融合模型不区分线索间的模块，而强调线索问的交互作用。但由于强融合模型的交互 与整合规则缺乏系统描述，往往使模型变得非常复杂和难以检验，极大地限制了它的实用性。 针对两者的极端情形，l a n d y 等人提出了改进型弱融合模型( m o d i f i e dw e a kf u s i o nm o d e l ) ( l a n d ye ta 1 ，1 9 9 5 ) 。该模型仍保留弱融合模型的模块化特点， 但增加了限制性的线索交互。 该模型的线索交互，限于在线索与辅助信息之间进行。 上述模型从不同角度，阐述了深度线索之问的相互作用及其对深度知觉的影响，但每个 模型都无法适用于所有场景。r a m a e h a n d r a n 等人就曾为此感叹说：“不存在一一个真正的视觉 模型，而只是一箩筐的处理技巧。”( r a m a c h a n d r a n a n s t i s ，1 9 8 6 ) 另一点值得注意：上述模型讨论的大多是各深度线索在充分加工以后形成的作用与交互 作用。对于线索的动态作用过程，则鲜有涉及。只有在l a n d y 的改进型弱融合模型中，才提 出线索权重变化的思想。 1 3 深度知觉加工的脑机制 视网膜接受光刺激后产生电信号，电信号沿着视神经传入大脑，如图l4 所示。传递机 制经由三级神经元实现：第一级为网膜双极细胞；第二级为视神经节细胞，由视神经节发出 浙江大学博士学位论文深度知觉线索冲麦及其知觉填补的机制 的神经纤维，在视交叉处实现交叉，鼻侧束交叉至对侧，和对侧的颗侧束合并，传垒厄脑的 外侧膝状体( l g n ) ；第三级为l g n 神经元，其纤维从l g n 发出，终止于大脑枕叶初级视 觉皮层的纹状区。 视觉系统在视网膜到皮层的通路中存在多个平行加工通道( z e k i ，1 9 9 3 ) 。通道的分离始于 视网膜上两种不同类型的神经节细胞：大神经节细胞( m a g n og a n g l i o n ) 和小神经节细胞( p a r v o g a n g l i o n ) 。大神经节细胞对刺激的快速运动以及明度差异极为敏感，但对空间分辨率以及颜 色差异则缺乏敏感性。相反，小神经节细胞对静止的视像和颜色较为敏感。在l g n i ， 第 l 、2 层大细胞只接受大神经节细胞的传八；第3 - 6 层小细胞层只接受视网膜小神经节细胞的 输入。这样，在视网膜至l g n 的通路r n 不同的视觉信息就已明确地形成分离，并由不同的 细胞机制进行平行处理( 寿天德，1 9 9 9 ) 。 图1 4 视觉神经生理通路( 资料来源：v a ne ss e n ，19 94 ) l g n 大细胞层的树1 经元首先投射到1 7 医皮层的4 c a 层内，然后再依次地投射到4 b 层钏 胞，形成m 通路( m a g n o c e l l u l a tp a t h w a y ，见图i 4 ) 。另方面，l g n 小细胞层的钠经元 则直接投射到1 7 区皮层的4 c b 层内，然后再依次从4 c p 分别投射到第2 、3 层的细胞色素氰 化酶染出的斑点和斑点间隙空间，即成p 通路( p a r v o c e l u l a rp a t h w a y s ，见图i 4 ) 。m 通路 参与知觉视像变化的调整，p 通路负责颜色与细节的加工。m 通路经4 b 层后，再投射到v 2 区和m t 区等高级视觉皮层区域，形成项通路( d o r s a lp a t h w a y ) 。顶通路主要负责处删环境 中的运动、深度、朝向等信息，因而也叫“位置”( w h e r e ) 系统。p 通路经2 、3 层后，投 浙江大学博士学位论文 深度知觉线索冲突及其知觉填补的机制 射到v 4 区，再至颞叶组成腹通路( v e n t r a lp a t h w a y ) 。它主要负责处理物体的颜色、形状、 深度等信息，因而也叫“是什么”( w h a t ) 系统( l i v i n g s t o n e h u b e l ，1 9 8 8 ) 。 由于通道的分离，与双眼性立体视觉相关的信息只有到了初级皮层后才进行处理。深度 知觉在顶通路与腹通路中如何加工一直是近年来学界争论的焦点。有神经生理学研究发现， 视差敏感细胞大多集中于m 通路，特别是v l 区4 b 层，而p 通路( 如v l 的第2 、3 层、v 2 的薄层和灰层和v 4 区) r q , o t a 少有视差敏感细胞的存在( g o n z a l e z p r e z ，1 9 9 8 ) 。l u 等人经过 研究，认为在等亮度的随机点图上知觉不到深度感( l u f e n d e r ，1 9 7 2 ) 。l i v i n g s t o n e 等人总结 前人的研究，提出深度知觉只与m 通路相关，而与p 通路无关( l i v i n g s t o n e h u b e l ，1 9 8 7 ， 1 9 8 8 ) 。然而有研究者则发现在体验随机点图深度知觉时，需要匹配高分辨率的随机点，即需 要p 通路中的神经元参7 ( h o w a r d r o g e r s ，1 9 9 5 ) 。另 些研究也表明，双眼刺激上存在适! 的颜色差异，也可产生生动的立体感觉( s t u a r t ，e d w a r d s ，c o o k ，1 9 9 2 ) 。研究人员在p 通路受 损的猴子身上发现，其精加工立体视觉严重受损，但并未对粗加t 立体视觉造成多大的影响。 相反，m 通路受损却不会引起立体视觉的损伤。以上证据均与l i v i n g s t o n e 的观点相矛盾。由 此看来，两条通路均能进行粗糙立体视觉加工，而只有p 通路才进行精细立体视觉加工 ( g o n z a l e z p r e z 19 9 8 ) 。 上述诸多研究表明，深度知觉加工是个多通道多阶段信息整合过程。符种深度知觉线 索在不同阶段不同通道中同时并行加工，由此逐步形成楚体的深度知觉。这种知觉的多通道 整合现象，一直是心理学家、神经生理学家关注的焦点。相应地，学界也先后涌现了诸如特 征整合、。祖母细胞”和同步化等诸多整合理论。近年来，同步化理论广为人们所接受。该 理论认为，多通道信息的整合是由各神经元细胞群之间同步性振荡实现的( c h a r l e s ，k o n i g ， a n d r e a s ，s i n g e r ，1 9 8 9 ；e c k h o r ne ta l ，19 8 8 ) 。 1 4 深度知觉加工的研究方法 、 深度知觉加工涉及视觉系统的各个层次内容极其丰富和复杂。因此，选取有效的研究 方法显得尤为重要。 传统的行为研究采用较多的是扰动分析法( p e r t u r b a t i o na n a l y s i s ) ，也即微润某线索的 量值，观察各深度线索所起作用的变化( l a n d ye ta 1 ，1 9 9 5 ) 。在完全加工范式下，扰动分析法 能较好地建立线索的线性平均与叠加模型，但对动态瞬时的深度知觉加工过程往往显得无能 浙江大学博士学位论文 深度知觉线索冲突及其知觉填补的机制 为力。随着近年来电生理分析方法的发展，分析深度知觉加工的动态过程成为了可能。电生 理分析方法按数据采集方法的不同可分为：颅内电极、脑功能成像( f m r l ) 、脑电( e e g ) 、正电 子发射层扫描( p e t ) ，等等。后三者为无创伤脑功能研究。 由于深度知觉加工时间相对较短，立体视觉更具前注意特征( h o l l i d a y b r a d d i c k ，1 9 9 1 ) - 因此，高时间分辨率的脑电方法是无创伤脑研究中的首选方法。本论文将采_ | 丰| j j | i i 电_ 【i f 究七法 研究深度知觉线索问题。由于e e g 数据极为复杂，分析方法较多并且相当灵活。在这里有必 要对e e g 分析处理方法作。简要1 j | 】介绍。 传统的e e g 分析以事件相关电位分析( e v e n t r e l a t e dp o t e n t i a l ，e r p ) 为主。事件相关电 位通常是指头皮记录到的与大脑对刺激反应相关的电位变化信息。e r p 成分分析法般认为， e r p 是由具有不同心理功能含义的e r p 成分叠加构成，通过分析各成分的差异可以阐明心理 认知活动上的异同( d o n c h i n ，1 9 7 9 ) 。由于单次e r p 信息比较微弱，传统e r p 分析多以3 i 均叠 加的方法来提高信噪l l ( d a w s o n ，1 9 5 1 ) 。传统e r p 成分是以叠加后e r p 波形的波峰( 波谷) 和潜伏期来命名的，如p 3 0 0 、n i 等( d o n c h i n ，1 9 7 9 ) ：或以相减法所得的差异命名，如负加t 波( h i l l y a r d h a n s e n ，19 8 6 ) 、非负匹配波m m n ( n a a t a n e n ，1 9 9 2 ) 等。有研究者发现，动态随 机点立体图诱发的e r _ i ) 主要为枕 附近的n 2 、顶枕i 卜| 区潜伏期在2 0 0 3 5 0 m s 问的加工负波 以及顶枕叶区潜伏期在3 0 0 5 0 0 m s 的加