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计算机视觉注意模型的研究与分析_数学教学论文

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简介摘要:物体的选择与识别是当前计算机视觉研究的热点,对计算机识别技术的展开主要通过模仿人的视觉识别机制,并建立相应的视觉注意模型来实现。本文在介绍视觉注意机制研究的基础上介绍了计

摘 要: 物体的选择与识别是当前计算机视觉研究的热点  ,对计算机识别技术的展开主要通过模仿人的视觉识别机制 ,并建立相应的视觉注意模型来实现 。本文在介绍视觉注意机制研究的基础上介绍了计算机视觉注意模型的研究方法  ,分析了计算机视觉注意模型的研究现状  ,并指出了当前计算机视觉注意模型的研究趋势  。
  关键词: 计算机 视觉注意机制 计算机视觉注意模型
  
  1.引言
  随着信息技术的不断发展 ,数据处理量剧增  ,以及用户不断扩大的个性化需求 ,对计算机信息处理能力提出了越来越高的要求  。如何在场景中快速准确地找到与任务相关的局部信息 ,即物体选择与识别 ,已经成为计算机信息处理领域的一个研究热点  。随着在心理学领域注意机制研究的不断发展  ,将注意机制引入信息处理领域来解决物体识别问题 ,已经不再是纸上谈兵  。
  人类视觉系统进行视觉信息处理时 ,总是迅速选择少数几个显著对象进行优先处理  ,忽略或舍弃其他的非显著对象 。进入人类视野的海量信息  ,通过注意选择机制进行筛选  ,就能使我们有选择地分配有限的视觉处理资源 ,保证视觉信息处理的效率 ,这就是视觉选择注意机制的原理  。依据人类视觉选择注意的基本原理 ,开发能够进行智能图像信息处理的计算机系统  ,就成为一大任务  。我们研究的主要方向是使计算机处理对象时 ,能够具备与人类相似的视觉选择注意能力  。
  2.视觉注意机制
  研究视觉注意机制是个多学科交叉的问题  ,目前多个领域的研究人员都取得了研究成果 ,并且对视觉注意的理论都形成了一些共识  。目前普遍认为注意既可以是按自底向上(自下而上)的图像数据驱动的 ,也可以是安自顶向下(自上而下)的任务驱动的  。其中  ,自下而上的研究主要来自图像中物体数据本身的显著性 。例如  ,在视觉搜索实验中  ,显著的物体会自动跳出  ,如图1中的圆点通过特征对比 ,以形状跳出的形式获得注意  。自上而下的引导主要来自当前的视觉任务 ,以及场景的快速认证结果 ,即我们可以“故意”去注意任何一个“不起眼”的物体  ,如我们可以在图书馆浩如烟海的藏书中  ,找到自己感兴趣的那本书  。
  
  研究视觉注意机制的重要方法是研究眼睛在搜索目标时的表现 。显著图中的各目标在竞争中吸引注意点 ,注意点在各个注意目标间转移 。根据注意点转移时是否伴随眼动  ,视觉注意也分为隐式注意和显式注意  。隐式注意的中央凹不会随着注意点的转移而移动  ,而显式注意的中央凹随每次注意点的转移而运动  。
  对视觉注意机制的研究为计算机视觉的发展提供了可能  。计算机视觉借鉴人类视觉的注意机制  ,建立视觉注意的计算模型  。通过“注意点”的选择与转移 ,实现对复杂场景中任务的搜索与定位  ,最终来实现实时信息的响应处理 。在计算机视觉的研究中  ,显式注意应用较多 。
  3.计算机视觉注意模型
  从人的角度来看 ,人类视觉系统通过视觉  ,选择注意在复杂的场景中迅速将注意力集中在少数几个显著的视觉对象上  。从场景的角度来看  ,场景中的某些内容比其他内容更能引起观察者的注意  ,我们称之为视觉显著性  ,两者其实是从不同的角度对视觉选择注意过程的描述  。
  我们把引起注意的场景内容定义为注意焦点FOA(Focus of Attention)  。Treisman的特征整合理论中将视觉信息处理过程划分为前注意和注意两个阶段 ,各种视觉特征在前注意阶段被以并行的方式提取出来  ,并在注意阶段以串行方式整合为视觉客体  ,即注意的特征和客体是通过不同方式进行的  。在注意焦点的选择和转移上  ,Koch[2]进行了深入的研究  ,他提出注意焦点FOA的变化具有四个特征 ,即单焦点性:同一时刻只能存在一个FOA;缩放性:FOA的空间范围可以扩大或者缩小;焦点转移性:FOA能够由一个位置向另一个位置转移;邻近优先性:FOA转移时倾向于选择与当前注视内容接近的位置 。同时注意焦点具有抑制返回的特点  ,即FOA转移时抑制返回最近被选择过的注视区域 。在此基础上  ,视觉注意的研究人员提出了多种视觉注意模型 。
  4.视觉注意模型的研究现状
  人类的视觉注意过程包括两个方面:一方面是对自下而上的初级视觉特征的加工  ,另一方面是由自上而下的任务的指导  ,两方面结合 ,共同完成了视觉的选择性注意 。与此对应 ,当前的计算机视觉注意研究也分为这两个方面  。
  4.1自下向上的数据驱动注意模型研究及分析
  在没有先验任务指导的情况下  ,视觉注意的目标选择主要是由场景中自下而上的数据驱动的  ,目标是否被关注  ,由它的显著性决定 。现在  ,自下而上的注意研究主要基于Treisman的特征整合理论和Koch
      

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