Ultraschnelle Objekterkennung innerhalb natürlicher Szenen

Autor	Torsten Stemmler
Verlag	Diplomica Verlag GmbH
Erscheinungsjahr	2009
Seitenanzahl	82 Seiten
ISBN	9783836622530
Format	PDF
Kopierschutz	kein Kopierschutz/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	53,00 EUR

Wenn wir umherblicken, dann sehen wir in der Regel verschiedene Objekte, die wir ohne Mühe, in dem Bruchteil einer Sekunde verschiedenen Kategorien zuordnen können. In Anbetracht, dass unser Gehirn aus Abermilliarden von Neuronen besteht, die über Abermilliarden Nervenfasern miteinander in Verbindung stehen, eine unglaubliche Leistung. Doch wie kommunizieren nun miteinander?In der aktuellen Literatur stehen sich zwei Seiten gegenüber, diejenigen die Überzeugt sind, der neuronale Kode ist nichts weiter als die Frequenz der Aktivität der Neurone und diejenigen, die überzeugt sind, dass der Zeitpunkt der Aktivität der Träger der Information ist Beide Modelle postulieren über verschiedene Kodierungsprinzipien Annahmen über die Reizweiterleitung und Interpretation. Sollet eine von beiden Annahmen richtig sein, so sollte man in der Lage sein durch geschickte Bildpräsentation und Manipulation, dem System falsche Information liefern, die dann als visueller Eindruck interpretiert wird. Ist die Objektkategorisierung erfolgreich gestört oder behindert, führt das zu einer messbar schlechteren Zuordnung innerhalb komplexer natürlicher Szenen und einer Zunahme von Reaktionszeiten. Trotz verschiedener Versuche war es nicht möglich das visuelle System so zu manipulieren, dass eine klare Entscheidung für bzw. gegen eine der beiden Kodierungsformen gefunden werden konnte. Lediglich der Ausschließlichkeits- Anspruch beider Kodierungsformen kann nicht aufrecht erhalten werden. Besonders beeindruckend an den Befunden ist dabei der hohe Grad der Robustheit, der der schnellen Objekterkennung und Kategorisierung zugrunde liegt.

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Leseprobe

Kapitel 4.1 Experiment 1: Erkennbarkeit in Abhängigkeit von der Bildinformation

Die Versuchspersonen im ersten Experiment waren noch bei einer Reduktion der Bildinformation auf einen Wert von 6,25 % in der Lage, die Bilder mit einer Wahrscheinlichkeitoberhalb der Rateschwelle zu erkennen (˜ 75 % korrekt). Der Anstieg der Reaktionszeiten betrug dabei ungefähr 60 ms für den Modalwert relativ zu 100% Bildinformation. Diese Ergebnisse sind vergleichbar mit den Resultaten der Studie von Mace und Kollegen [MACE ET AL, 2005]. Hier wurde die Bildinformation nicht durch das Entfernen von Bildpunkten reduziert, sondern der Kontrast wurde abgesenkt. Selbst bei einer Kontrastabsenkung auf ungefähr 6 % lagen die Ergebnisse der Versuchspersonen noch über der Ratewahrscheinlichkeit. Die maximale Reaktionszeitzunahme lag ebenfalls bei ungefähr 60 ms [MACE ET AL, 2005]. Mit vereinfachter Objektrepräsentation (Strichzeichnungen) lässt sich zeigen, dass die Erkennbarkeit bei einem Kontrast von 10 % absinkt [AVIDAN ET AL, 2002]. Die Ergebnisse geben also eine ungefähre Vorstellung von der Robustheit und der Verarbeitungseffizienz selbst verfremdeter oder stark reduzierter Bilder. Das ist überraschend angesichts der Tatsache, dass es sich bei den Reizen um komplexe Szenen handelte, die sich von Bild zu Bild stark unterschieden. Selbst wenn man in Betracht zieht, dass die Tierbilder Charakteristika aufwiesen, die seltener in den Distraktorbildern vorkamen, wie zum Beispiel Augen, zentral ausgerichtetes Objekt und Kontext (die Tierbilder waren meist innerhalb einer natürlichen Umgebung aufgenommen), erklärt dies nicht, warum ein Kontrast bzw. ein Bildanteilswert von 6 % noch ausreicht, um ein Tier in einer natürlichen Szene zu erkennen. (Zumal zwei Bilder parallel verarbeitet werden mussten und damit die Schwierigkeit der Aufgabe erhöht war.)

Blick ins Buch

Inhaltsverzeichnis

Ultraschnelle Objekterkennung innerhalb natürlicher Szenen	1
Inhaltsverzeichnis	3
1. Einleitung	5
1.1 Reaktionszeiten	6
1.2 Neuronale Kodierung	9
1.3 Ultraschnelle Objekterkennung	13
1.4 Hypothesen	15
2. Material und Methoden	18
2.1 Versuchspersonen	18
2.2 Gerätschaften	20
2.2.1 Sakkaden – Reaktionszeiten	20
2.2.2 Manuelle Reaktionszeiten	21
2.3 Bildersatz	22
2.4 Software	23
2.4.1 Software für die sakkadische Reaktionszeiterhebung	24
2.4.2 Software für die manuelle Reaktionszeiterhebung	25
2.5 Versuchsinstruktionen für Versuchspersonen	25
2.5.1 Instruktionen im EOG-Versuch	25
2.5.2 Instruktionen für manuelle Versuche	26
2.6 Versuchsdesign	26
2.6.1 Experiment 1: Erkennbarkeit und Reaktionszeiten bei Reduktion der präsentierten Bildinformation	27
2.6.2 Experiment 2: Erkennbarkeit und Reaktionszeiten bei Reduktion und Aufteilung der Bildinformation	28
2.6.3 Experiment 3: Erkennbarkeit und Reaktionszeiten bei Aufteilung der Bildinformation entsprechend der Leuchtdichte	30
2.6.4 Experiment 4: Erkennbarkeit und Reaktionszeiten bei Aufteilung der Bildinformation entsprechend der Leuchtdichte in diskreten Stufen (Graustufen)	32
2.6.5 Experiment 5: Erkennbarkeit und Reaktionszeiten bei Aufteilung der Bildinformation auf verschieden große Schachbrettfelder	33
3. Ergebnisse	34
3.1 Experiment 1: Auswirkung auf die Erkennbarkeit und Reaktionszeiten bei Reduktion der präsentierten Bildinformation	34
3.2 Experiment 2: Auswirkung auf die Erkennbarkeit und Reaktionszeiten (sakkadische und manuelle) bei Reduktion und Aufteilung der Bildinformation	37
3.2.1 Sakkadische Reaktionszeiten	40
3.2.2 Sakkadische Reaktionszeiten - Wiederholung	44
3.2.3 Manuelle Reaktionszeiten	46
3.3 Experiment 3: Auswirkung auf die Erkennbarkeit und Reaktionszeiten bei Aufteilung der Bildinformation entsprechend der Leuchtdichte	50
3.4 Experiment 4: Auswirkung auf die Erkennbarkeit und Reaktionszeiten bei Aufteilung der Bildinformation entsprechend der Leuchtdichte in diskreten Stufen (Graustufen)	51
3.5 Experiment 5: Auswirkung auf die Erkennbarkeit und Reaktionszeiten bei Aufteilung der Bildinformation auf verschieden große Schachbrettfelder	53
4. Diskussion	56
4.1 Experiment 1: Erkennbarkeit in Abhängigkeit von der Bildinformation	56
4.2 Experiment 2: Erkennbarkeit in Abhängigkeit von der Bildinformation und der Aufteilung	57
4.3 Experiment 3: Erkennbarkeit in Abhängigkeit von der Aufteilung und Präsentationsrichtung	60
4.4 Experiment 4: Erkennbarkeit in Abhängigkeit von der Aufteilung und Präsentationsrichtung in diskreten Graustufen	61
4.5 Experiment 5: Erkennbarkeit in Abhängigkeit von der Aufteilung in Quadrate	62
4.6 Bedeutung für die neuronale Kodierung	63
4.7 Ausblick	64
Anhang A - Reaktionszeitanalyse	73
Anhang B - Beispielbilder	75
B.1 Tierbilder	75
B.2 Distraktoren	77
Anhang C - Versuchsinstruktionen	79
C.1 Manuell	79
C.2 EOG	80
Der Autor	81

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