視覺系統(tǒng)對外部世界的感知主要是通過對圖像的分離及組合,即知覺組織(Perceptual organization)。首先是圖形與背景的分離,其中一個非常重要的信息就是對比度。當(dāng)物體的亮度與背景亮度差值達(dá)到一定程度時,即可被視覺系統(tǒng)察覺。視覺系統(tǒng)對對比度的感知能力可以用對比敏感度來表示。知覺組織另一個重要過程是組合(grouping),比如我們通常把連續(xù)的對比度相同的物體看成是一個整體。然而視覺系統(tǒng)還有個更高級的功能是視覺完形(visual completion),即可以通過產(chǎn)生錯覺輪廓將物體沒有呈現(xiàn)在視野中的部分補(bǔ)齊。對對比敏感度與視覺完形的研究是視知覺研究中兩大重要的課題,我在博士期間在這兩個方向都開展了一些具體的研究工作。 我的第一部分的工作是對兒童對比敏感度發(fā)育狀態(tài)的探究。前人對兒童對比敏感度的發(fā)育在何時成熟的研究結(jié)果不一致：有人認(rèn)為兒童對比敏感度在8歲左右就已經(jīng)達(dá)到成人水平,也有人認(rèn)為對比敏感度的發(fā)育一直持續(xù)到青少年時期。但這些研究都沒有考慮到高階像差對兒童對比敏感度的影響。而研究證明高階像差在不同的個體之間差異很大,對對比敏感度也有著不可忽略的影響。多項研究都發(fā)現(xiàn)兒童的高階像差比成人的要大,但是高階像差對兒童對比敏感度的影響卻不是很清楚。因此只有去除高階像差的影響,才能更直接的探查兒童神經(jīng)系統(tǒng)的對比敏感度發(fā)育水平。本研究的目的就是通過自適應(yīng)系統(tǒng)排除高階像差的影響后,探索8歲左右兒童的視覺神經(jīng)系統(tǒng)的對比敏感度發(fā)育狀態(tài)。 我們測量了在矯正與不矯正高階像差這兩種情況下兒童和成人的高階像差(HOAs)、調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)以及對比敏感度(CSF)。我們發(fā)現(xiàn)在矯正了高階像差后兒童和成人的MTF和CSF都有提高,但兒童的對比敏感度仍然低于成人水平。這說明兒童與成人對比敏感度的差異不是由光學(xué)系統(tǒng)的差異導(dǎo)致的。 然而這一差別也可能受到其他非視覺因素的影響,比如說頭動、眼動以及較差的注意等。這些非神經(jīng)因素會導(dǎo)致閾值的上升以及被試內(nèi)變異性的增大。通過計算我們發(fā)現(xiàn)兒童測試CSF(矯正后的)時的變異性確實大于成人。因此我們又對兒童進(jìn)行了為期10天的訓(xùn)練,以期降低其變異性。訓(xùn)練之后,兒童的變異性降低至成人水平,但他們的對比敏感度仍然低于成人。這說明兒童和成人對比敏感度的差異也不能完全歸因于非視覺因素的差異。 由此我們得出結(jié)論：8歲左右兒童視覺神經(jīng)系統(tǒng)的對比敏感度尚未發(fā)育成熟。這一研究對兒童視功能研究方法的改進(jìn)以及兒童視覺功能損傷(比如說弱視)的發(fā)現(xiàn)和治療都有指導(dǎo)性意義。 我的第二部分的工作是對立體錯覺輪廓完形機(jī)制的研究�？崴_圖形是視覺完形研究中時常被用到的刺激圖形,通常有兩種類型：一種是modal,一種是amodal。當(dāng)感知到的卡尼薩方形在四個圓盤之上時被叫做modal,當(dāng)感知到的卡尼薩方形是通過四個洞看到的時被叫做amodal。這兩種完形的機(jī)制是否相同以及完形是發(fā)生在神經(jīng)通路的哪個水平,對這兩個問題研究所獲得的結(jié)果都不太一致。近年來,分類圖像成為視覺辨別任務(wù)中探索被試所使用的策略的常用的方法。研究者通過計算分類圖像直觀地證明了大腦是通過輪廓插值感知錯覺輪廓的。但是modal和amodal完形的插值強(qiáng)度是否一致還尚未可知。為了探索這個問題,我們需要通過立體呈現(xiàn)刺激,保持modal和amodal完形在二維刺激形狀上相同。另一方面,考慮到對關(guān)于輪廓完形與雙眼整合關(guān)系的研究很少,在立體呈現(xiàn)時,我們還可以探索一個問題,即輪廓完形是在雙眼整合之前完成的還是雙眼整合之后。 本研究通過采用立體錯覺輪廓刺激辨別任務(wù)測量被試的閾值以及分類圖像,以此來探索modal和amodal完形機(jī)制的異同以及完形與雙眼整合之間的關(guān)系。我們采用cluster test定量地分析分類圖像。本研究總共包括兩個實驗：對比度(在對比度閾值處)實驗以及角度(高對比度)實驗。每個實驗都有兩種噪聲條件：噪聲與卡尼薩圖像不在同一平面：噪聲與卡尼薩圖像在同一平面。我們的假設(shè)一是,從整體來看：如果完形發(fā)生在雙眼整合前,那么只要刺激輸入在二維水平上一樣,即使從三維上看有所不同,被試完成各項任務(wù)的結(jié)果都應(yīng)該一致：相反,如果完形發(fā)生在雙眼整合后,那么立體感覺上的不同可能會影響到被試完成不同任務(wù)的結(jié)果,即使不同任務(wù)中的刺激在二維輸入上一模一樣。假設(shè)二是,從分類圖像的形狀和位置來看：如果完形機(jī)制發(fā)生在雙眼之前,那么分類圖像均與單眼的卡尼薩圖形輪廓重合,而分屬兩眼的分類圖像沒有統(tǒng)計正相關(guān)；如果完形機(jī)制發(fā)生在雙眼整合之后,那么分類圖像(1)或是沒有(因為噪聲在不同深度),(2)位于兩眼輪廓線之間,(3)其位置在主視眼圖形上與卡尼薩圖形邊緣輪廓重合。 我們的研究發(fā)現(xiàn)modal和amodal完形的機(jī)制不完全相同,這表現(xiàn)為空白處cluster的大小以及對主眼的依賴性不同。在對比度閾值處,完形多發(fā)生在雙眼整合前,但立體的形成對完形也有一定的影響。在高對比度下,完形既有單眼處理也有雙眼整合后的處理。我們的研究為揭示人類視知覺行為過程的奧秘提供了有力的數(shù)據(jù),并將會對計算機(jī)視覺提供理論支持。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：R339.146
【部分圖文】：

第2-4階Zernike多項式三維地形圖(摘自Applegate,2003)

可以將一個光點成像成一個緊密的高對比度的網(wǎng)膜圖像，即艾里斑而一個存在像差的眼睛會將一個光點在網(wǎng)膜上成像為一個不太緊密的低對比的像。一個光點所成的像即為點擴(kuò)散函數(shù)PSF，所有對有像差的眼PSF的度(如斯特列爾比Strehl ratio)都是為了獲取其緊密性和對比度的特征。

圖注：三條虛線為三個被試的測量值。細(xì)實線為根據(jù)這三個被試的測量值用最小二乘法擬合的MTF，粗實線為衍射極限處的MTF? (源自Williams etal, 1994)1.2.3在人群中的高階像差研究

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本文編號：2827112