【摘要】：認知科學綜合了心理學、腦科學、電生理學、化學、語言學、計算機科學等多門科學,通過研究人類的認知系統(tǒng),并將其原理應用在人工系統(tǒng)中,一直是許多研究人員探索的重點。近年來,隨著腦科學的發(fā)展,人類對神經系統(tǒng)的研究取得了很大的進展,這些進展為工程上的仿真實現(xiàn)提供了重要的理論依據(jù)。首先,大腦的層級結構和信息處理機制反映出了一些重要的拓撲性質。Navon、陳霖等人在研究視覺初期對圖像信息的處理時,發(fā)現(xiàn)人類視覺系統(tǒng)具有優(yōu)先處理幾何圖形拓撲性質的特點,即大范圍優(yōu)先性原則和拓撲知覺理論。拓撲性質雖然最初是表征幾何圖形在連續(xù)變化下的不變性質,但究其本質還是變化中的不變性的體現(xiàn)。因此既然視覺具有拓撲性質,根據(jù)已有的經驗推而廣之,人類的整個認知系統(tǒng)應該也具有拓撲性質。本文的內容也是在驗證由我的導師提出的“認知統(tǒng)一結構存在性猜想”,即包括五種知覺在內的認知系統(tǒng)應當可以被包含拓撲不變性在內的認知結構統(tǒng)一起來。這也是對人工智能的第五個基本問題,所有的認知系統(tǒng)是否具有統(tǒng)一的結構的一個肯定回答,為智能科學(Intelligence Science)基礎理論確立打下了基礎。其次,本論文以拓撲性為切入點,結合視覺通路和聽覺通路的拓撲結構,將視覺的拓撲性質逐漸推廣到聽覺系統(tǒng)。利用點集拓撲學中拓撲空間的思想,對視覺、聽覺通路的信息處理過程進行了論證。接著對視覺、聽覺、語言這三者到心理空間的拓撲映射過程做了神經生物學上的剖析,并最終結合心理空間,將拓撲性質推廣到人類的整個認知系統(tǒng)中,構造了一個人類拓撲認知的結構圖。然后,本文以視覺的拓撲性質為切入點,結合早期視覺的計算模型,通過歸一化模型、能量模型來模擬視覺通路中相同層級之間細胞的信息交互機制。本文提出使用Gabor濾波器來模擬簡單細胞的響應過程作為視覺初期的局部幾何性質的計算模型,又使用卷積神經網(wǎng)絡來模擬視覺后期的整體幾何性質的計算過程。最后,結合Gabor濾波器、視覺信息交互模型、卷積神經網(wǎng)絡這三種模型,構造出了一個早期視覺的拓撲認知模型,并將此模型運用在手寫漢字識別上。本文提出細化漢字并去除角點的方式來提取漢字的整體拓撲結構。最終的實驗結果顯示,本文構造的視覺拓撲認知模型優(yōu)于單一的卷積神經網(wǎng)絡模型,在手寫漢字識別上具有更好的魯棒性。這表明了拓撲性應當是視覺系統(tǒng)處理信息的一個基本性質,從視覺層級上對“認知統(tǒng)一結構存在性猜想”做出了初步驗證,也開始了對人工智能的第五個基本問題的回應。
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP18;O189
【圖文】：

世紀 70年代，Navon（1977）等人首先通過兩個實驗論證設。在這兩個試驗中，都使用同一種類型的圖片，圖片構成的，并且大字母和小字母可能相同也可能不同。例H 或 S，或者大字母的形態(tài)為 H，但構成大 H 的為許多小態(tài)為 S，但構成大 S的為許多小的 H，如圖 1.1所示。

圖 1-2 陳霖的拓撲知覺實驗所用的圖形創(chuàng)新拓撲認知理論為基礎，主要從神經生物學構，并從點集拓撲學的角度論證它們在信拓撲性質推廣到聽覺認知上，然后從視覺。視覺、聽覺和語言作為人類接受和表達認知結構有著密切的聯(lián)系，因此這是本文的獨特性，使其有著不同于其他動物的心角度研究心理空間的拓撲結構，并將三大，解釋心象等心理現(xiàn)象產生的原因。通過學、點集拓撲學和計算機科學，希望能構

【參考文獻】

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1 呂公禮;宮英瑞;;語言的拓撲變換性與翻譯理論的本體建構[J];東方論壇;2013年04期

2 侯毅;周石琳;雷琳;趙鍵;;基于Gabor濾波器組的多特征尺度不變特征提取方法[J];電子學報;2013年06期

3 張海濤;韓宇;;視網(wǎng)膜水平細胞及相關神經元在視網(wǎng)膜變性過程中形態(tài)學變化的研究進展[J];臨床眼科雜志;2012年05期

4 張思俊;王樂樂;宦海;陸振宇;;基于自適應閾值的不規(guī)則光照下圖像提取方法[J];電子科技;2012年07期

5 王曉峰;張麗君;;基于拓撲知覺理論的人臉表情識別方法[J];計算機工程;2012年06期

6 孫華;;知覺整體優(yōu)先性及其影響因素[J];文學界(理論版);2010年11期

7 王莉麗;李銳君;;一種早期視覺計算模型的分析與改進[J];現(xiàn)代計算機(專業(yè)版);2010年09期

8 孫海艷;孫心德;張季平;;大鼠初級聽皮層神經元對聲音空間信息的編碼[J];生物化學與生物物理進展;2009年08期

9 苗靜;楊勇;谷欣超;孫爽滋;楊兆龍;張子銳;;不變矩及其在基于形狀特征圖像檢索中的應用[J];長春理工大學學報(自然科學版);2009年01期

10 陳霖;;“大范圍優(yōu)先”對象形成的神經關聯(lián)：前顳葉[J];生命科學;2008年05期

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1 張云;基于生物視覺認知機理的特征提取及其應用研究[D];華中科技大學;2014年

2 胡琦;基于計算聽覺場景分析的單信道語言分離[D];北京交通大學;2014年

相關碩士學位論文 前3條

1 李華;機器人視知覺系統(tǒng)的拓撲性質研究[D];吉林大學;2007年

2 李志方;聽覺下行纖維對豚鼠蝸神經核內聽覺信息處理的調控作用[D];第三軍醫(yī)大學;2005年

3 趙宗金;論心象的本質——心象理論研究的反思[D];吉林大學;2004年

本文編號：2738835