(接上期)

二、本項(xiàng)構(gòu)想的建設(shè)內(nèi)容、建設(shè)目標(biāo)及擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題

1.建設(shè)內(nèi)容

本構(gòu)想擬研究的主要內(nèi)容包括以下六個(gè)方面:

(1)生物視覺(jué)信息的共軛關(guān)系。任一視覺(jué)圖像信息的構(gòu)成都有其共軛的物理元素,有些是眼睛即時(shí)看到的,有些是眼睛曾經(jīng)看到的,有些是眼睛將要看到的,尤其是數(shù)字語(yǔ)言的出現(xiàn),使得這一研究領(lǐng)域更加復(fù)雜化。但如果我們集中尋找一種共同有效的元素,而不是分散地研究,就可以使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化和明了,使討論更加集中和深入。也就是說(shuō)任何生物視覺(jué)信息都有其共軛的物象,它們是嚴(yán)格與特定對(duì)象相適應(yīng)的,對(duì)其共扼關(guān)系的研究是建立生物視覺(jué)信息模型的基礎(chǔ)。

(2)視覺(jué)界面的主要屬性。視覺(jué)界面具有與生俱來(lái)的生物特性,又兼?zhèn)淞宋锢砼c心理的雙重表征特性,而視覺(jué)界面語(yǔ)言既有指涉性、象征性、類比性特征,又具有痕跡性特征。對(duì)視覺(jué)界面主要屬性的研究是確立可分類的視覺(jué)系譜的依據(jù)。

(3)視覺(jué)系譜軸的量度標(biāo)準(zhǔn)。前文已經(jīng)提到的視覺(jué)系譜軸均為定性指標(biāo),需要將其精確量化方可轉(zhuǎn)化為一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題,這是運(yùn)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論和方法求解的前提。這里擬研究的系譜軸包括顏色系譜軸(Color Paradigm)、運(yùn)動(dòng)系譜軸(Motion Paradigm)、形狀系譜軸(Form Paradigm)和場(chǎng)深系譜軸(Depth Paradigm)。根據(jù)分類和識(shí)別的需要,系譜軸量化工作包括以下幾點(diǎn):

1)研究同一個(gè)系譜軸里的各單元的共同之處,確定使它們同屬于一個(gè)系譜軸所共有的性質(zhì),包括物理、生理和心理特征,抽象出其固定不變的物理成分和其凸顯本質(zhì)特征的因子;

2)研究系譜軸里每一個(gè)單元與其他單元的關(guān)系,嚴(yán)格劃分出相互之間的界限,保證系譜軸將生物視覺(jué)類型的劃分產(chǎn)生的高維識(shí)別空間具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)形式;

3)研究各個(gè)軸線的刻度標(biāo)準(zhǔn),使得視覺(jué)識(shí)別空間模型中的任意對(duì)象都有其特定的位置,具備可進(jìn)行數(shù)值量化的識(shí)別特征。

(4)視覺(jué)毗鄰軸的量度標(biāo)準(zhǔn)。視覺(jué)毗鄰軸的構(gòu)建是為了輔助視覺(jué)系譜軸進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別。本項(xiàng)目的研究方法不同于一般的視覺(jué)處理建模,它融入了大科學(xué)(Big Science)視野下社會(huì)科學(xué)和自然科學(xué)對(duì)人類視覺(jué)的綜合性研究成果,這里的毗鄰軸主要是指與視覺(jué)相關(guān)聯(lián)的觸覺(jué)毗鄰軸(Sense Syntagm)、嗅覺(jué)毗鄰軸(Olfaction Syntagm)、味覺(jué)毗鄰軸(Gustation Syntagm)、聽(tīng)覺(jué)毗鄰軸(Auditory Syntagm)、幻覺(jué)毗鄰軸(Hallucination Syntagm)和精神毗鄰軸(Spirit Syntagm)。毗鄰軸的量化包括以下幾點(diǎn):

1)研究生物視覺(jué)識(shí)別所需要的除視覺(jué)信息之外的輔助特征,根據(jù)視覺(jué)信息處理要求選擇相應(yīng)的單元,同時(shí)毗鄰軸用法必須符合單元中用以組合的規(guī)則慣例;

2)研究擬運(yùn)用的輔助特征相互之間的關(guān)系,對(duì)每個(gè)特征抽象出其本質(zhì)的物理因子,減少冗余(redundancy)的信息,降低噪音(noise);

3)研究毗鄰軸各軸線的刻度標(biāo)準(zhǔn),如同系譜軸,這是為了使得識(shí)別對(duì)象在毗鄰軸建立的空間有其唯一的位置,從而輔助視覺(jué)目標(biāo)識(shí)別。

(5)數(shù)據(jù)庫(kù)視覺(jué)信息的研究。從圖10的視覺(jué)系譜軸和毗鄰軸的基本模型可以看到,對(duì)各軸線精確量化建立的數(shù)學(xué)問(wèn)題模型,其維數(shù)必然是高維,處理的數(shù)據(jù)量巨大,視像空間中的每個(gè)對(duì)象屬于空間中的某一點(diǎn),搜索其位置(即對(duì)其進(jìn)行識(shí)別)非常困難。我們擬采用的研究方法是通過(guò)演化計(jì)算(Evolutionary Computation)理論的遺傳程序設(shè)計(jì)(Genetic Programming)的編碼方法對(duì)潛在解進(jìn)行編碼,通過(guò)協(xié)作演化對(duì)識(shí)別對(duì)象在基因型水平上進(jìn)行分解,逐次求精完成目標(biāo)識(shí)別。

(6)多目標(biāo)問(wèn)題的優(yōu)化方法。視覺(jué)識(shí)別具有廣泛的用途,在求解具體問(wèn)題時(shí)會(huì)受到多方面的約束,如何根據(jù)問(wèn)題特征和建立的識(shí)別模型完成目標(biāo)識(shí)別也是研究?jī)?nèi)容的一方面,主要就是多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的求解。

2.建設(shè)目標(biāo)

通過(guò)對(duì)生物視覺(jué)信息共軛關(guān)系的研究,提取基于生物視覺(jué)物理和生理機(jī)制的系譜軸和毗鄰軸特征,用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述各特征的主要參數(shù),運(yùn)用遺傳程序設(shè)計(jì)的編碼方法和多目標(biāo)優(yōu)化算法計(jì)算優(yōu)化這些參數(shù),構(gòu)建相應(yīng)的生物視覺(jué)信息處理機(jī)制模型,并運(yùn)用到實(shí)際的中華藝術(shù)視覺(jué)信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)中。

3.擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題

基于本構(gòu)想的研究?jī)?nèi)容和基本思路,擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題如下:

(1)研究解決共扼關(guān)系的數(shù)學(xué)描述問(wèn)題。我們討論的共扼關(guān)系很多時(shí)候是概念性的,而要對(duì)生物視覺(jué)信息處理機(jī)制建模必須要有定量的分析,這是建模的關(guān)鍵。

(2)研究解決視覺(jué)系譜軸和毗鄰軸各屬性的量化問(wèn)題。顏色系譜軸、運(yùn)動(dòng)系譜軸、形狀系譜軸和場(chǎng)深系譜軸,以及觸覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、幻覺(jué)和精神毗鄰軸,都是我們用來(lái)建模的主要屬性,其量化的精度直接影響了模型的精確性,但是過(guò)于精細(xì)又會(huì)導(dǎo)致求解的困難,如何在精確度和復(fù)雜度之間求得平衡是另一關(guān)鍵。

(3)研究解決優(yōu)化算法的設(shè)計(jì)問(wèn)題。如前所述,最后的建模必然是個(gè)復(fù)雜的優(yōu)化問(wèn)題,合理的優(yōu)化算法是建模能否具有實(shí)用價(jià)值的關(guān)鍵。

三、本項(xiàng)構(gòu)想的建設(shè)方案及可行性分析

本構(gòu)想擬根據(jù)研究?jī)?nèi)容中考慮的幾個(gè)方面,通過(guò)對(duì)研究?jī)?nèi)容中相關(guān)問(wèn)題的理論分析,結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真的數(shù)值結(jié)果來(lái)開(kāi)展研究。

(1)針對(duì)視覺(jué)界面的主要屬性,分析發(fā)掘物理與生理的雙重表征特性,確立可分類的視覺(jué)系譜族。

(2)依據(jù)擬研究的視覺(jué)界面系譜軸和毗鄰軸的各個(gè)項(xiàng)目,分析其特征,包括尋找其共同之處和各單元之間的間隔。

(3)量化視覺(jué)界面系譜軸和毗鄰軸的各屬性,將其綜合為視覺(jué)處理機(jī)制模型的各項(xiàng)參數(shù),進(jìn)而將建模轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。

(4)分析數(shù)學(xué)模型的各項(xiàng)參數(shù)的特點(diǎn),將模型的求解轉(zhuǎn)化為一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題,同時(shí)確定約束條件,為實(shí)用化奠定基礎(chǔ)。

(5)開(kāi)展對(duì)現(xiàn)代優(yōu)化方法和計(jì)算智能等理論及其算法實(shí)現(xiàn)方面的研究,尋求將確定性算法和隨機(jī)搜索算法結(jié)合的途徑,在保證模型精度的同時(shí),計(jì)算復(fù)雜度可以接受。

(6)開(kāi)展對(duì)演化計(jì)算理論的遺傳程序設(shè)計(jì)的研究,對(duì)潛在解進(jìn)行線性編碼,研究協(xié)作演化對(duì)識(shí)別對(duì)象在基因型水平上進(jìn)行分解的方法,以便逐次求精完成目標(biāo)識(shí)別。

(7)運(yùn)用小型計(jì)算機(jī)模擬實(shí)際的視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng),檢驗(yàn)算法對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的有效性,根據(jù)分析結(jié)論實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)地調(diào)整模型的某些關(guān)鍵參數(shù)。

四、本項(xiàng)構(gòu)想研究的特色與創(chuàng)新之處

(1)本研究擬建立的視覺(jué)界面系譜軸以及輔以毗鄰軸的形式是其他方法所沒(méi)有的,這樣的研究方法是認(rèn)識(shí)生物視覺(jué)信息處理機(jī)制的全新視角。

(2)本研究對(duì)生物視覺(jué)信息處理機(jī)制的建模沒(méi)有局限于某一具體的識(shí)別算法,也沒(méi)有局限于某一具體的應(yīng)用,而是通過(guò)發(fā)掘視覺(jué)系統(tǒng)的物理和生理特征,以建立普適的高維視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)為目標(biāo),拓寬模型的應(yīng)用范圍,避免研究結(jié)論側(cè)重于問(wèn)題的某一方面所造成的理論性強(qiáng)而工程價(jià)值不足的缺陷。

(3)本研究對(duì)生物視覺(jué)信息處理機(jī)制建模問(wèn)題的研究,融合了自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)對(duì)生物視覺(jué)的理解。自Marr視覺(jué)計(jì)算理論提出以來(lái),絕大多數(shù)學(xué)者均注意到了其人工智能符號(hào)論,即理論計(jì)算機(jī)科學(xué)方面的性質(zhì),但極少學(xué)者考慮到Marr作為心理學(xué)家對(duì)計(jì)算機(jī)視覺(jué)的多視角理解,本項(xiàng)目研究充分考慮到了這一點(diǎn),為生物視覺(jué)信息處理機(jī)制的研究提供了新思路。

(4)使用自然科學(xué)最新的研究成果量化藝術(shù)科學(xué)的研究數(shù)據(jù),從而完成中華藝術(shù)視覺(jué)信息的譜系建構(gòu),部分繪出中華的“文化DNA”。

五、結(jié)束語(yǔ)

世界上每一種樣式藝術(shù),都有其固定不變的物理成分,都有其凸顯本質(zhì)特征的文化因子。如果將研究的視點(diǎn)錨固在中華藝術(shù)視覺(jué)信息的元素上,通過(guò)對(duì)視覺(jué)界面的深入研究,就可以約簡(jiǎn)出構(gòu)成視覺(jué)元素的最小公分母。因?yàn)槿魏我曈X(jué)信息都有其共軛的物象,而共軛關(guān)系是可以建模討論的。最嚴(yán)密的科學(xué)研究應(yīng)是任何人都無(wú)法對(duì)其自身的特征提出異議,而只能考慮其可能性。該項(xiàng)構(gòu)想的攻關(guān)研究就是確定可能性和不可能性之極限!人文科學(xué)和自然科學(xué)的基礎(chǔ)都在于感官的認(rèn)知,通過(guò)建立其表述藝術(shù)特征的視、聽(tīng)、觸、味、嗅、心理等軸向數(shù)值,可以將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字式的分析量值,在定性的前提下取得定量的表征數(shù)據(jù)。

該項(xiàng)構(gòu)想的最終目標(biāo)是,建設(shè)具有“中華藝術(shù)元素”的視覺(jué)信息數(shù)據(jù)庫(kù),建構(gòu)具有“中華藝術(shù)風(fēng)格”的視覺(jué)表現(xiàn)形態(tài),創(chuàng)建具有“中華藝術(shù)氣派”的文化藝術(shù)精神。

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(本文系蘇州科技項(xiàng)目《基于智能識(shí)別的媒體內(nèi)容管理平臺(tái)的研發(fā)》研究成果,項(xiàng)目號(hào):SYJG0933。)

(編輯:金冉)