運動視のメカニズム - 東北大学 電気通信...
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運動視のメカニズムmotion mechanisms時空間周波数フィルター処理
spatiotemporal filter1.動きの知覚 motion perception2.仮現運動 apparent motion3.時空間表現とフィルター
spatiotemporal filter階層処理と高次の運動検出器
multistage processes and high level motion process1.相対運動 relative motion2.大域運動 global motion3.2次運動 second order motion4.パターン運動 pattern motion
動きの知覚 motion perception
運動視(動きの知覚)は,視覚の特性motion perception is a property of vision
物理的な運動との不一致not necessary to be consistent with physical motion運動検出メカニズムの存在を示す現象 運動残効(滝の錯視)
motion aftereffect (water fall illusion) 運動対比(誘導運動)
motion contrast(induced motion)
物理的な運動との不一致not same as physical motion時計:長針の動き minute hand扇風機:羽の回転 fan仮現運動:踏切の信号 traffic lightApparent motion
運動残効:滝 water fallMotion aftereffect
知覚
刺激
右向きに運動 静止刺激
運動残効 motion aftereffect
運動刺激を30秒程度観察後、静止刺激をみると逆方向に動いてみえる。平行な運動のみではなく,拡大,縮小回転などにも顕著な効果がある。Afterwatchingmovingstimulus,
motionisseeninastationaryfield.
Rightward motion Static field
perception Motion aftereffect
運動残効
運動残効
知覚
刺激
右向きに運動 静止刺激
運動残効 motion aftereffect
速度0の刺激に対する各チャンネルの出力
運動刺激を30秒程度観察後、静止刺激をみると逆方向に動いてみえる。平行な運動のみではなく,拡大,縮小回転などにも顕著な効果がある。Afterwatchingmovingstimulus,
motionisseeninastationaryfield.
異なる方向に感度を持つ検出器の選択的な順応によって、運動残効が説明可能。上の例では(右図)、左右の運動に感度を持つ検出器(L,R)に加えて静止刺激に感度を持つチャンネル(S)も仮
定している(多くの方向の検出器を考えても説明可能)。Sensitivitylossofmotiondetectorinonedirectioncausestheunequalresponsesforstaticstimulus.
Rightward motion Static field
perception Motion aftereffect
感度
速度右左
順応L R
感度
速度右左
順応L R
順応による一方向に対する感度低下が,静止刺激に対する感度のバランスをくずす. Sensitivitylossofmotiondetectorinonedirectioncausestheunequalresponsesforstaticstimulus.
○各方向の運動検出器が静止刺激に感度を持つ事が前提. Assumption: Motion detectors are sensitive to stationary stimulus ○他の説明も可能。Other explanations are possible
運動対比 motion contrast周辺の運動によってより速く運動が感じられる
周辺の運動によって静止対象が逆方向に動いて見えるStaticimageisseeentomoveintheoppositeofthesurroundmotion
誘導運動 induced motion
速く感じるappearedtobefaster
遅く感じるappearedtobeslower
速度分布
運動対比
運動対比
運動対比
誘導運動
運動残効 誘導運動
仮現運動 apparent motion
静止画像の連続呈示 sequential presentation of static images
テレビ,映画,パラパラ漫画 TV, Movie点滅光源 flickering lights 踏切の信号,ネオンサイン
traffic lights, neon sign仮現運動の種類 types of apparent motion 古典的仮現運動 classical apparent motion ショートレンジとロングレンジ
short and long range motion 実際運動と仮現運動
real motion and apparent motion
仮現運動の種類types of apparent motion
古典的仮現運動 classical apparent motion2刺激のオン/オフ on/off of 2 lights
Time1 Time2
classical apparent motion
仮現運動の種類 ショートレンジとロングレンジ
short range and long rangeランダムドット刺激と古典的刺激
Random dots classical stimulus
短距離,短時間Short distanceShort delay
長い距離,長い時間long distancelong delay
Random dots kinematogram
短時間:長いISI(interstimulus interval)で知覚されないLong delay (long ISI) -> no motion
長時間:長いISI(interstimulus interval)でも知覚されるLong delay (long ISI) -> motion can be seen
短距離:長い移動距離で知覚されないlong distance -> no motion
短距離:長い移動距離で知覚されないlong distance -> no motion
短距離:長い移動距離で知覚されない: これは見えるlong distance -> no motion: This is not the case
短距離:長い移動距離で知覚されない: これは見えるlong distance -> no motion: This is not the case
その他,古典的仮現運動はあいまいさを伴う classical apparent motion -> ambiguous perception不連続の知覚を伴う motion & static perception
色の同一性の影響大きくない
Break
白黒図形に色が見える主観色(ベンハムトップ)
視覚情報処理ハンドブック(日本視覚学会編,朝倉書店)より�作成:作内亜樹子・鵜飼一彦(日本福祉大学情報社会科学部)�
Cavanagh & Anstis 1986�
時空間表現とフィルター spatiotemporal diagram and filter
運動と時空間座標表現 spatiotemporal diagram 運動刺激 時空間座標での傾き検出としての運動検出器Motion detector :
orientation detector in spatiotemporal diagram 錯視的運動視の説明 some illusory motion 仮現運動の検出 detecting apparent motion コントラスト反転逆転運動
contrast reversal motion -> reverse motion その他大脳視覚野の方向選択性細胞 direction sensitive cell of visual cortex 時空間受容野 spatiotemporal receptive field 受容野の形成 organizing the receptive field
運動と時空間座標表現spatiotemporal diagram 運動刺激 motion stimulus
t
y
等速運動は時空間座標では傾いた直線
x
yt
x
y
上向きに運動
運動刺激は,xytの3次元で表現できる.Motion can be expressed in xyt 3D diagram空間を1次元とすると2次元の時空間座標で表現できるSimlified version is xt or yt diagram
運動と時空間座標表現spatiotemporal diagram 時空間座標での傾き検出としての運動検出器
Motion detector : orientation detector in spatiotemporal diagram
運動刺激は時空間的な傾きに感度をもつ細胞によって運動検出可能
t
y
t
y
運動と時空間座標表現 時空間座標での傾き検出としての運動検出器Motion detector :
orientation detector in spatiotemporal diagram
仮現運動は時空間的な傾きに感度をもつ細胞によって運動検出可能Apparentmotioncanalsobedetected
t
y
仮現運動刺激
t1 t2仮現運動刺激の時空間表現
錯視的運動視の説明 仮現運動の検出 detecting apparent motion
時空間フィルターは,形状の影響を受けないNo effect of stimulus shapes
形の同一性の影響大きくない,注意による追跡が可能No effect of shapes in coherent motion, attentive tracking causes motion Besed on item shapes
サンプルによる画像の劣化:サンプル周波数が十分高いとき,画像の変化が視覚によって検出されない discontinuity is not detected when sampling rate is high enough
不連続の知覚 perception of discontinuity
粗いサンプル
細かいサンプル
オリジナル 刺激 motion stimulus 視覚応答 visual response 刺激の周波数特性
Frequency domain
時空間座標での傾き検出で説明できる現象空白間隙刺激による運動の逆転
(Shioiriら1989)
コントラストを反転->逆方向運動 Time 1 Time 2
残像によるコントラスト反転->逆方向運動
動きの知覚と形の知覚の並列処理
大脳視覚野の方向選択性細胞Direction sensitive cell in visual cortex
視覚1次野の運動方向選択性:同じ刺激でもある方向に運動すると、大きな応答が得られるが、逆方向では応答しなくなる。Strongresponseinonedirectionbutnotintheopposite
方向選択性directionselectiveresponses
刺激stimulus
時空間受容野 spatiotemporal receptive field
t
y
ネコの視覚野の細胞の受容野DirectionsensitiveRFincatvisualcortex
受容野の形成
+ =
x
t
x
tx
tx
t
方向選択性のない細胞の出力から方向選択性を形成する方法(ひとつのモデル)Directionnon-selectiveRF->selectiveRF
運動視のメカニズムmotion mechanisms時空間周波数フィルター処理
spatiotemporal filter1.動きの知覚 motion perception2.仮現運動 apparent motion3.時空間表現とフィルター
spatiotemporal filter階層処理と高次の運動検出器
multistage processes and high level motion process1.相対運動 relative motion2.大域運動 global motion3.2次運動 second order motion4.パターン運動 pattern motion
2次運動 second order motion
1次運動と2次運動 first and second order motion 運動エネルギー motion energy 様々な2次特徴の動き various second order features2次運動の特徴 second order motion 検出特性 detection property 検出機構 detction mechanism
1次運動と2次運動 運動エネルギー
様々な2次特徴の動き
t
y
仮現運動刺激
t1 t2仮現運動刺激の時空間表現
t
y
時空間的輝度変化が運動方向への偏りを示せば,運動検出器により検出可能 (輝度変化の波の振幅の二乗和の検出という意味で運動エネルギーという言葉を使う)
運動エネルギーの変化がない刺激でも運動は知覚される
T1
T 2
x
t
動きの方向による時空間フィルターの出力に差はない
2次特徴 コントラスト変化 両眼視差 時間変化 速度変化 テクスチャー変化など
右図:テクスチャーの例
Second order motion
コントラスト変調 second order motion: contrast modulation
速度の変調 second order motion: motion modulation
時間変化の変調second order motion: temporal change modulation
2次運動の特徴 検出特性 低感度,低解像度,周辺視での激しい劣化 静止刺激に対する運動残効がほとんどない 背景からの分離,運動による立体視は困難 検出機構
x
t方位選択性フィルター 絶対値/二乗
運動検出器へ
パターン運動 pattern motion
運動視の窓問題 aperture problem運動方向のあいまい性 ambiguity of motion information 複雑なパターンの運動 motion of complicated patternプラッド刺激 plaid motion 要素運動とパターン運動 element and pattern motion パターン運動の計算過程 model of pattern motion mechanism
運動視の窓問題運動方向のあいまい性ambiguity of motion information
複雑なパターンの運動 motion of complicated pattern
?
?
?
受容野の中の縞の動きからは実際の縞の動きはわからない。
実際の動き
知覚される動き
人間もわからないことがある(barber pole illusion)
局所的な運動信号だけでは予測できない
Receptive field of a cell
プラッド刺激 plaid motion 要素運動とパターン運動element and pattern motion
単独の成分の運動方向 Motion direction
各要素の可能性のある動き方向 Possible direction
パターン運動の計算過程motion of complicated pattern
ベクトル和の可能性 Vector summation
制約線の交点の可能性 Intersection of constraint
プラッド:2つの格子縞を重ねる 要素運動:各縞の運動の知覚 パターン運動:全体の運動の知覚
同一周波数,同一コントラストでパターン運動周波数かコントラストが異なると要素運動
動画に関連するその他の問題 other issues related movies
眼球運動: eye movements静止画ではサッカードのみ動画では追従眼球運動が生じる追跡対象の網膜像は静止像になる(動きは知覚)静止背景の網膜像は運動する
運動によるぼけ:blur by motion運動することによって網膜像がぼける(しかし,物理的な予測よりもぼけは少ないこともあり,運動処理機構によるぼけの減少(motion de-blur)効果と呼ばれる)
速度情報の視知覚への貢献:use of motion signals速度の評価そのものの他に,図形の分離,立体の知覚,自己運動などがある
恒常性に関連して
図と地に関連して
図と地に関連して
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