为图形识别实验生成严格控制的刺激

本文介绍了一种用于随机识别研究的严格控制和客观定义的刺激数字生成方法。刺激被称为 (6点, n线) 或 (6, n) 数字。A (6, n) 图形由 n 条线段组成, 这些线段位于位于不可见的正六边形顶点上的n对点之间。图 1显示了一个 (6, 4) 数字的示例, 该图由四个对标签为一个不可见的规则六边形的顶点指定。标签指定图形的线段 (参见图 1)。让我们把这个图形的规格称为线规范格式。

以前, 作者计算了 (6, n) 图 (称为不变特征, 或者更具体地说图形不变 1) 和非不变性质 (称为表面特征) 的图形理论结构属性。n = 1 到6的数字, 并将要素值存储在数据库中。不变特征反映了结构 (更准确地说, 拓扑) 特性, 表面特征反映了给定图形的非拓扑特性和主要是度量特性。

数据库中的记录号唯一标识行规范格式中的图形。因此, 通过在数据库中详尽搜索固定和 (或表面特征值) 的特定值, 可以检索满足 (6, n) 数字总量中的条件的数字的记录编号。检索到的数字可以作为实验的刺激。数据库中的每个记录都包含包含图形所属的同构集的变量;各种图形不变性, 如周期数、周长数、点覆盖数、临界点数、半径、中心点数、分量数、最大度、最大度点数、隔离点数、端点数;非图形特征值, 如交叉点的数量, 以及顶点和交叉点定义的轮廓的锯齿;和表面特征值, 如不变特征的位置和 (在有复数位置的情况下) 由复数位置形成的方向。例如, 循环表示线段的闭合序列, 点的程度是与该点发生的线段数, 孤立点是具有0度的点, 终结点表示具有1度的点。使用数据库的不变特征值, 可以将 n = 1 到6中的所有 (6, n) 数字排序为附录 1 1 所示同构集的数字.有关每个记录中存储信息的示例, 请参见图 2 。

请注意, 尽管形状不同, 但属于每个同构集的图形在拓扑上是等效的。一些研究声称, 拓扑结构是^{在图 2、3、4、5}的更具体性质之前才能感知的。通过系统地改变刺激图, 作者指出, 在对表面特征进行检测和比较之前, 对不变特征的检测和比较^{是 6}。本实验试图澄清, 在不变特征值在图形对 (即相互同构) 之间都是等价的条件下, 线长的表面特征在识别图形对的情况下是否至关重要。

实验中使用的刺激数字类型对于数字识别研究至关重要。有两种类型的刺激数字: 一种是随机生成的, 一类是为研究目的而临时产生的。为了减少与不受实验控制的因素有关的混淆, 使用随机生成的数字通常被认为是比较合适的。随机图有几种类型, 例如随机直方图⁷和随机矩阵⁸, 但在心理学视觉识别研究中最常用的随机数字是随机多边形⁹。制作随机多边形的一般规则是将正方形区域中 n 点的随机分布位置与线段连接, 这样线段的周长大多是凸的, 然后是周长内的颜色。随机多边形的一个常用的目标索引是多边形周长的 flections 数, 它表示图^{10、11、12 的}复杂性。当图形的内部被着色时, 其周边的结构属性仅限于浮形的数量。此外, 除了 flections 的数量外, 没有提供有关整个随机多边形集或不同随机多边形之间关系的信息。

在确定给定的数字对是否旋转到相同 (id) 13, 14, ¹⁵. idr 对中的两个图和 ax 对中的数字是相互同构的, 具有相同长度的对应线段。然而, 与 a x 对相比, 两个数字之间的线长是否相同, 是否会增加不相同对的识别难度尚不清楚。在本实验中, 比较了 Ax 对和非相同的非轴对称 (Nd) 对的参与者判别性能。对这两个数字之间的线长差异进行了实验控制。由于在图形识别⁵过程中, 在表面特征值差异之前检测不变特征值差异的优先性, 因此 nd 图形对被设置为相互同构, 因此线长差异不会被设置为同构。与不变特征值的差异混淆。

实验1在授权使用的 (6, 5) 图对, 以检查假设, 缺乏线长度差异影响的难度水平的数字在 ax^对15。结果表明, 与 Ax对相比, nd 0 (即配对数字之间的总行长度) 的延迟时间较短, 这表明该假设是不可支持的。有人认为, 不在实验控制下的表面特征值差异更有可能出现在复杂的数字中, 参与者可能会利用这些差异。有趣的是, 几项研究声称, 一个周期的存在是预先被怀疑^{检测到的 16,17}。相比之下, Julesz 声称, 在将数字与背景18隔离的早期阶段就发现了端点的存在.

为了解决这个问题, 选择了更简单 (6, 4) 的数字对来检验假设。在9组 (6, 4) 数字中, 属于两个同构集的数字被用作刺激。这两组数字共享的两个很容易检测到 (a) 端点和一个周期 (即三角形) 的不变特征。请参见图 3中九个同构集的示例图。此外, 请参阅附录¹1 中的 p = 6 和q = 4 列。

生成了三种基本对类型: Idr、Ax 和 nd 对。对于所有对类型, 每个对中的两个数字之间的总直线长度 (更具体地说, 是三角形) 是相等的。使用此约束, 图形对的各自三角形在形状上变得相互相同或 Ax。Nd 对根据每个对中两个数字之间的端线长度的差异进行了进一步的分类, 长度单位设置为一个看不见的规则六边形的一侧。这产生了 Nd 0、nd 0.27、Nd 0.27和 nd 1对 (即, 线长差异从0到1不等)。由于已知线段交叉点的存在被预先检测到¹⁹, 因此将具有相交线段的图形排除在刺激之外。请参阅图 4中的 idr、ax、nd 0、nd 0.73和 nd 1对的示例。为了避免参与者有偏见的期望, Idr (“相同”) 对的数量设置为与 ax (“不同”) 和 nd (“不同”) 对的总和相同。