视觉感觉信息微加工过程方法.pdf

中南民族大学硕士学位论文
摘要

大脑具有的信息加工能力,远远优于计算机。如果能够模拟仿生大脑的信息
加工,将极大地促进计算机信息科学。要实现对大脑的信息加工的仿生,就必须
研究大脑的信息加工规律。大脑的信息加工主要的一个部分就是视觉感觉信息加
工。但是视觉感觉信息加工过程研究面临着巨大的困难:即使是一个很简单的视
觉信息加工试验现象,也往往出现多个相互矛盾的理论假说。
究其原因,我们发现,自 1960 年 Sperling 证明视觉感觉记忆以来,对视觉感
觉信息加工的研究(整合,掩蔽,似动,及立体视觉等等),涉及的实际上都是“宏
时间”过程,即刺激物持续时间和加工时间在几十毫秒以上的那些加工过程。而
20 世纪以来指导自然科学研究,并由此取得丰富成果的“简化归纳”思想,在视
觉感觉信息加工研究体现甚少。
为此,本文将“简化归纳”思想移植视觉感觉信息加工过程研究中,并设想
“宏时间”过程是由“微时间”过程决定的,把“微时间”过程研究清楚,找到
规律,就能了解“宏时间”过程。在此基础上,本文进一步发展了一种研究视觉
感觉信息“微时间”加工过程的方法。
在这种微加工过程研究方法中,需要视觉刺激的呈现时间以及刺激间隔时间
十分短暂,以研究在很短时间内,视觉感觉的信息处理机制。然而,在减少视觉
刺激的呈现时间和间隔时间的时候,刺激显示以及对其计时的精度会大大降低,
甚至严重的干扰了视觉感觉信息处理的研究。因此,确保刺激显示以及对其计时
的精度,成为人们必须解决的首要技术问题。
现今研究表明,计算机操作系统,监视器,以及鼠标键盘等输入设备都影响
着实验精度。研究人员在这些方面进行了大量的研究,通过各种方法来提高实验
精度,并提出了一些的测量方法来验证这些成果。Hamm JP 的研究小组致力于解
决 DOS 系统下刺激显示计时的精度问题,通过设计专门的显示驱动来提高显示计
时的精度。而 Forster KI 和 Forster JC 则利用 DirectX 技术在 Windows 系统下提高
视觉刺激呈现以及鼠标键盘的精度。为了减少监视器的带来误差,研究人员建议
提高显示器的刷新速度。
随着计算机软件和硬件的技术发展,试验误差正在减少,但是监视器所带来
的问题依然存在,无论哪一种显示器都存在同样的问题,即显示内容通过串行方
式在显示设备上输出,这将带来的很大的误差。产生这个问题的原因是,通过串
I
视觉感觉信息微加工过程研究方法
行方式将图像呈现在监视器屏幕上,在计算机执行显示函数时,数据指针一般并
不正好处于对应的刺激物显示的区域,它们有可能还远未到达该区域,也有可能
已经从该区域离开。因此监视器不一定同步显示刺激物。这个误差在刷新率为
100Hz 的监视器上,最大可达 10ms。
为了解决监视器所带来的问题,在本文利用软件减少误差的方案中,通过
DirectX 来实时获取对应于监视器扫描线位置的数据指针,实现了单屏显示,准确
确定刺激在屏幕上出现的时刻,实现了以刺激在屏幕上出现的时刻为计时起点,
将视觉刺激显示的计时精度提高到几十微秒。
综上所述,本文首次将“简化归纳”和“整体统一”思想应用到视觉感觉信
息加工研究中,并提出了一系列全新的方法,解决了“简化归纳”和“整体统一”
在具体应用中的相关难题。主要包括以下内容:
1. 根据“简化归纳”思想提出刺激显示的微持续和微间隔技术。利用微持续
技术,实现由计算机控制使图像显示的持续时间少到 1ms 左右的技术。利用微间
隔技术,实现由计算机控制使先后呈现的图像间的间隔少到 4ms 左右的技术。
2. 根据“整体统一”思想提出逐次综合比较法。逐次综合比较法,指的是由
计算机控制,将微过程逐渐变大,并将变大的微过程与变大前的微过程进行比较。
它是“整体统一”法在视觉感觉信息加工研究中的具体应用。
3. 实现视觉刺激的单屏显示。单屏显示是指,通过 DirectX 来实时获取监视
器扫描线的位置,实现视觉刺激只在监视器 1 个刷新周期内显示。它是微持续和
微间隔技术实现的关键技术。
4 实现视觉刺激呈现与计时起点的高度同步。通过 DirectX 能够直接访问硬
件的性能,实时获取监视器扫描线的位置,从而确定视觉刺激真正呈现在监视器
上的时刻,并以此为计时起点,或以此产生触发信号,使得视觉刺激呈现与计时
起点精确同步,或视觉刺激呈现与外部其他设备(如数据采集设备)精确同步,
同步的误差仅为几十微秒。
5. 提出多种实验精度检测方法。为了准确直接测量视觉刺激呈现的误差,以
及鼠标键盘等输入设备的延时,我们提出一系列准确可行的测量方法。
6. 获