Alternative TitleComputational study of visual i nformation for depth completion
Note (General)I proposed a new computational model that is consistent with human perception of depth in "ambiguous regions". This region has no information of binocular disparity as seen in black and white papers. However, human can perceive surfaces in ambiguous region. Then, a simple question confronts us: "how do we estimate the depth of a no-texture image?" In such ambiguous regions, mathematical solutions of binocular disparities are not indefinite or unique. Psychological view points, Ishikawa and Geiger revealed that human perceives flat surface in ambiguous region. I examine a mathematical description for depth completion that is consistent with human perception of depth in ambiguous regions. Using computer simulation, I show that resultant depth-maps qualitatively reproduce human depth perception of two kinds: concave and convex surfaces. The resultant depth-maps produced using proposed model depend on the initial depth in the ambiguous region. Considering this dependence from psychological viewpoints, I conjecture that human perceives completed surfaces that are determined by pre-stimuli corresponding to the initial condition of depth in ambiguous region. I designed psychological experiments to verify the model prediction. An ambiguous stimulus as post stimulus was presented after a prior-stimulus removed ambiguity from post stimulus. The inter-stimulus interval (ISI) was inserted between the prior-stimulus and post-stimulus. Results show that correlation of perception between the prior-stimulus and post-stimulus depends on the ISI duration. Correlation is positive, negative, and nearly zero in the respective cases of short (0-200 ms), medium (200-400 ms), and long ISI (>400 ms). Furthermore, based on proposed model, I propose a computational model that can explain the perceptual alternation. Then,the computational model that I proposed in this article have psychologically and physiologically high validity. Additionally, based on the depth completion model, a novel completion model of visual information, for example optical flow inside object of uniform color, will be proposed. ヒトは左右両眼像から得られる情報を脳の視覚神経系で処理することで，物体の色や奥行などを知覚する．左右両眼像のずれである両眼視差は奥行知覚の重要な情報の一つであるが，均一色の紙や壁のようなパターン内部（以降，「不定領域」と呼ぶ）では左右像の対応点候補が無数存在する．したがって不定領域では両眼視差量を一意に決定することができず，奥行も知覚されないはずである．しかしながらヒトは不定領域に対しても特徴的な奥行（フラットな面）を知覚することが心理物理実験によって明らかにされている．一方で，この奥行知覚特性を説明する視覚数理モデルの検討は行われていない．そこで本研究では不定領域におけるヒトの奥行知覚を記述・説明する(i)神経生理学的に妥当性が高く，ヒトの奥行知覚結果と整合性がある視覚数理モデルを構築し，(ii)心理物理実験により提案モデルから予想される視覚特性について検証し，さらに新たな奥行き知覚特性を見出し，その特性に対するモデルを基盤とした計算論的考察を行った． 上記(i)については，数学的考察によりフラットな面が2種類の曲率情報から計算できることを示す定理を新たに示し，視覚神経系の領野の１つであるCIP細胞が示す面曲率選択性と合わせて，不定領域における奥行計算を行う神経回路モデルを示した．また，数値シミュレーションによって，凹凸2種類の面が知覚される1組のステレオ画像をモデルに入力すると，ヒトが知覚するのと同様の凹凸2種類の面が出力されることを示した．この結果は不定領域内部の条件による．心理物理的観点からは，不定領域における奥行きは事前に与えられた奥行き情報に依存して凹凸が決定されると予想が得られる．そこで上記(ii)について，事前に凹凸いずれか一方が一意に知覚される面を被験者に提示した後，不定領域において凹凸2種類の面が知覚される視覚刺激を一定時間経過後（刺激時間間隔と呼ぶ）に提示する実験を行った．結果，不定領域における知覚は，200ms未満の時間経過後の場合には前刺激が凹（凸）面の場合は前刺激と同じ面である凹（凸）面を知覚し，200ms-400ms時間経過後の場合には前刺激として，凹（凸）面を提示した場合，前刺激とは反対である凸（凹）面を知覚することがわかった．これは，前刺激と後刺激の知覚の間には相関関係の正負が刺激時間間隔（ISI）の長さに依存していることを示している．この結果に対してモデルを基盤とする計算論的考察および実験結果を再現可能な数理モデルの提案とその神経回路網への実装可能性についても示した．なお本論文で提案する奥行知覚モデルは，すでに提案されている盲点補完モデルを数学的に包含している．すなわち，不定領域や盲点領域などの視覚的欠損情報の補完を統一的に記述・説明できる可能性を示している． 以上の結果から，本論文で提案する奥行知覚モデルは，神経生理学的にも妥当性が高いモデルであることがわかった．また，均一色物体内のオプティカルフロー計算など，視覚的欠損情報の補完モデルへ拡張できる可能性を示している．
2017
Collection (particular)国立国会図書館デジタルコレクション > デジタル化資料 > 博士論文
Date Accepted (W3CDTF)2018-05-04T12:13:37+09:00
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