Ciências da Linguagem e da Cognição Reconhecimento visual Princípios Gestalt Modelos de Reconhecimento As apresentações power-point resultam de contribuições de:! António Branco! Helder Coelho! Luis Antunes! João Balsa 1
Percepção Nós vivemos e experimentamos as coisas à nossa volta num rio de tempo. Isto significa que a percepção procede suavemente desde o nosso despertar até ao momento em que colocamos a cabeça no travesseiro ao deitar. Mas esta continuidade da consciência pode ser uma outra ilusão. Christof Koch, 2005. 2
Filme na Cabeça A nossa percepção parece ser o resultado de uma sequência de fotos individuais, uma sequência de momentos, como os fotogramas individuais e discretos de uma filme, quando colocados a correr diante de nós e como se estivessem em movimento contínuo. Christof Koch, 2005. 3
Percepção " Os nossos corpos são equipados com sensores para detectarem vistas, sons, cheiros e contactos físicos. A informação sensorial é processada por biliões de neurónios e depois enviada aos centros superiores do cérebro. " Este grande processamento de informação cria um problema para o cérebro: Como decidir o que levar em linha de conta (objectivo da atenção) de todo esse processamento? " Nesta aula vamo-nos concentrar na identificação pelos sensores do que está no mundo em redor dos nossos corpos. 4
Percepção " Várias regiões cerebrais processam a côr, o som, a velocidade e a direcção de um objecto, com diferentes atrasos, embora o cérebro obtenha rapidamente uma impressão unificada, porque não tem nenhum mecanismo para registar a assincronia. " Quando uma luz vermelha é seguida imediatamente por uma verde, o cérebro não vê qualquer côr, apenas uma única imagem amarela. " Esta interferência mostra que a nossa percepção pode desviar-se significadamente da realidade, embora não a 5 notemos!
Da Percepção (processamento da informação visual) Reconhecimento de Objectos Porque é o reconhecimento difícil? " A percepção é ambígua e exige interpretação: combinamos informação dos nossos sentidos com o nosso conhecimento sobre o que deve ser, em particular do que deve ser num certo contexto. 6
Reconhecimento " O sistema visual extrai informação que é correlacionada com os actuais objectos no ambiente, sob três assunções acerca dos objectos:! Fronteiras contínuas, " Superfícies que mudam de textura, cor e brilho suavemente, se a superfície é contínua, ou de repente quando a superfície é descontínua,! Mobilidade de unidades,! Rigidez (ou deformação de modo regular). 7
Reconhecimento de Padrões " Processamento da Informação Visual! Organizar o mundo visual em objectos! Ver o mundo " Identificar o que são estes objectos = Reconhecimento de Padrões " Reconhecer Padrões! Reconhecer letras! Reconhecer objectos " Modos de Reconhecer Padrões! Template Matching! Feature Analysis 8
Reconhecimento visual de objectos " Informação visual primitiva! informação acerca de valores de intensidade luminosa e cor num plano particionado em pequenas áreas receptoras (células foto-receptoras). " Processamento de informação visual! diferentes níveis encadeados,! diferentes características em paralelo,! elicitação de "contrastes" individuadores,! manutenção da individuação através da variação dos Estímulos. " Reconhecimento de objectos e cenas! integração a jusante dos resultados de processamento de informação visual (binding problem). 9 Russel e Norvig, p72
Interpretação de info visual " Integração/Interpretação da informação visual! Evidência empírica: ambiguidade visual " percepção de diferentes objectos a partir da mesma informação visual. " uma interpretação de cada vez. 10
Interpretação de info visual " Princípios gestalt: descrição de pendores básicas de associação e diferenciação " como se obtém! a percepção de objectos como uma unidade a partir da informação visual dos seus fragmentos e partes! a percepção de um grupo de objectos como um todo a partir da percepção dos objectos componentes Gestalt=forma Sternberg, p125p144 11
Princípios Gestalt / Proximidade " Elementos próximos uns dos outros são percebidos como uma unidade 12
Princípios Gestalt / Semelhança " Elementos semelhantes uns aos outros são percebidos como uma unidade 13
Princípios Gestalt / Continuidade " Elementos que se continuam uns dos outros são percebidos como uma unidade " O olho é impelido a deslocar-se de um object para outro 14
Princípios Gestalt / Fechamento " Percepção da unidade completando partes em falta 15
Princípios Gestalt / Simetria " percebemos uma unidade a partir de elementos que se dispõem de forma equidistante de um ponto ou eixo 16
Princípios de gestalt " Proximidade " elementos próximos uns dos outros são percebidos como uma unidade. " Semelhança " elementos semelhantes são percebidos como uma unidade. " Continuidade " elementos que se continuam uns aos outros são percebidos como uma unidade. " Fechamento " percebemos uma unidade através do fechamento de elementos que estão abertos. " Simetria " percebemos um unidade a partir de elementos que se dispõem de froma equidistante de um ponto ou eixo. Sternberg, p125; Anderson, p.46 17
Modelos explicativos " Teoria da conformação a padrões (Template Matching)! padrões estão arquivados cognitivamente! reconhecimento opera-se por conformação da informação visual ao padrão arquivado! insuficiência explicativa para robustez e persistência da percepção apesar da alteração de perspectiva, etc 18
Conformação de Padrões 19
Modelos explicativos " Teoria das características (Feature Analysis)! arquivado para um objecto: características elementares e suas relações! reconhecimento opera-se por extracção dessas características e relações da informação visual! menos sobrecarga de "arquivo", mais robustez no processamento Anderson, p50 20
Feature Analysis (FA) " Por causa das dificuldades colocadas pela adequação aos representantes (templates) dos padrões, os psicólogos propuseram a FA em vez da TM. " Na FA, os estímulos são pensados como combinações de aspectos elementares ou componentes. 21
Feature Analysis (FA) " Na FA 1. reconhecem-se os componentes separados que fazem um padrão (extracção dos componentes), e depois 2. a sua combinação (combinação dos componentes). " As operações de extracção e de combinação dos componentes não são conscientes. " Só temos consciência dos padrões. 22
23
Teoria do reconhecimento por componentes " Rationale! objectos: reconhecidos a partir do reconhecimento de componentes/objectos básicos (geons)! geons (geometric ions): reconhecidos a partir de figuras muito simples a da sua deslocação no espaço! geons: Biederman (1987): 36 geons, componentes objectuais primitivos 24
Teoria do reconhecimento por componentes " Dificuldades explicativas! como se processa o reconhecimento da individualidade e não apenas da "espécie"? " objectos únicos " cenas " faces! como explicar o impacto do contexto?,anderson, p.54,55 25
Impacto do contexto " Ambiguidade de novo! a mesma informação visual (estímulo) em H e A mas percepção de dois objectos distintos! o que muda é o contexto " Informação de elementos para ajudar " Reconhecimento de faces/caras 26
Impacto do contexto " Reconhecimento de cenas! Experiência, Biederman et al. (1973) " Dispositivo experimental: sujeitos observam brevemente a cena; cena substituída por uma seta; sujeitos devem identificar objecto que na cena estava no local da seta " Condição 1: exposição a (a) " Condição 2: exposição a (b) " Resultado: melhor desempenho da condição 1 Anderson, pp63, 65, 66 27
Reconhecimento das caras " As caras são uma das categorias de estímulos visuais mais importantes, e por isso nós temos mecanismos especiais para as reconhecer. " Existem células, que respondem às caras, localizadas nos lobos temporais. 28
Reconhecimento das caras " Estudos realizados com fmri revelaram que existe uma área particular do lobo temporal que responde quando as caras entram no campo visual. " Também se descobriu que somos melhores na identificação das caras (na posição normal) do que outros objectos (na posição normal), e no caso de partes da cara quando em contexto. " Estas aptidões foram adquiridas através da evolução. 29
Efeito de superioridade da palavra " Experiência! Reicher (1969) e Weeler(1970)! Condição 1: " sujeitos observam muito brevemente a letra "D" " sujeitos observam a seguir duas letras: D e K " indicam qual delas foi a que viram na primeira vez! Condição 2: " Resultado " sujeitos observam muito brevemente a palavra "WORD" (mesmo período que para as letras) " sujeitos observam a seguir as duas palavras: "WORD" e "WORK" " indicam qual delas foi a que viram na primeira vez! Na condição 2, com mais letras para memorizar, cerca de mais 10% de respostas certas que na condição 1 30
Efeito de superioridade da palavra 31
Abordagem FLMP " Rationale " contexto e estímulo fornecem duas fontes de informação independentes para a percepção (FLMP: Fuzzy Logic Model of Perception) " Experiência - Massaro (1979) " Objectivo: perceção da letra "e (versus c ) 32
Abordagem FLMP Só E C ee Só C nenhum 33
Abordagem FLMP " Experiência - Massaro (1979) " Modelo " Objectivo: perceção da letra "e versus c " 4 quadrantes = as 4 possibilidasdes de impacto do contexto: só aceita "e"; aceita ambos/não aceita nenhum; só aceita "c" " 6 formas em cada quadrante = da forma "c" à "e" " Contributo do estímulo (da forma da letra): Lc (0-1) " Contributo do contexto: Cc (0-1) " Modelo: P(e) = (Le x Ce) / (Le x Ce + Lc x Cc) " Conclusões " estímulo e contexto constituem fonte de informação independentes (cf. teoria de inferência estatística): processadas de forma funcionalmente independente " PROBLEMA: nenhuma explicação para o impacto do contexto Anderson, p.67,68 34
Abordagem FLMP 35
Abordagem PDP " Rationale " inspirado em processamento neuronal de informação excitatória e inibitória " contexto e estímulo influenciam-se mutuamente: # explicação para o impacto do contexto (PDP - Parallel Distributed Processing) " Funcionamento (McClelland & Rumelhart, 1981) " Rede de nós ligados por conecções excitatórios e/ou inibitórias " nós para características, letras e palavras " competição entre nós do mesmo nível " conecções com retroacção entre letras e palavras " Anderson, p71 36
PDP 37
38
39
Abordagem PDP " Teste: percepção de fala " Inglês: [r] pode seguir [t] mas não [s]; [l] pode seguir [s] mas não [t] " Condição 1: após [t] fazer variar num contínuo de [r] até [l] " Condição 2: após [s] fazer variar num contínuo de [r] até [l] " Resultado " FLMP: " impacto do contexto muito maior do que o exibido pelos dados! mais "adequação" aos dados! menos "explicação" do funcionamento subjacente;! PDP vice-versa Anderson, p71 40
Abordagem PDP 41
Processamento de Informação na Visão Ambiente externo Energia da luz MODELO DE MARR (1979) Extracção de aspectos Primeiro Esquisso 1º Estágio Informação em profundidade 21/2-D Esquisso 2º Estágio Princípios gestalt de organização Modelo 3-D 3º Estágio Combinação de aspectos, informação contextual Objecto Reconhecido 42
43
Modelo de Marr " A percepção começa com a energia da luz do ambiente externo. " Os receptores, como a retina, transformam esta energia em informação neuronal. " O processamento inicial captura o sentido inicial da informação. " 3 estágios: Primeiro esquiso, Esquisso 2 1/2-D e Esquisso 3-D. " Finalmente, os aspectos dos objectos e a informação contextual são combinados para reconhecer os objectos. 44
Modelo de Marr " O resultado final é o que estamos conscientes na percepção, isto é a representação do objecto e a sua localização no ambiente. Esta informação é a entrada do processo cognitivo de alto nível. " Uma grande parte do processamento de informação deve ter lugar antes de termos consciência dos objectos que estamos percepcionando. 45