场景内、外物体与场景的关联机制研究

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1、场景内、外物体与场景的关联机制研究Astudyontheassociationmechanismbetweensceneandobjectsinandoutofthescene领域：计算机技术作者姓名：王松楠指导教师：刘宝林教授企业导师：倪红艳研究员天津大学计算机科学与技术学院二零一五年十二月摘要利用计算机视觉技术看懂图像仍是一件非常复杂的事情，而利用计算机完成对场景的识别更是一项极具困难的挑战，但人脑却能够轻松看懂图片、识别场景。因此，通过借鉴人脑的视觉信息加工机制，为计算机构建模拟人类视觉和脑部工作机制的算法和模型，将有助于推动计算机视觉领域的发展

2、和进步。本文旨在通过研究人脑视觉场景认知过程中，场景内、外物体和场景之间的关联机制，为计算机视觉的发展提供理论和方法上的依据。本文使用四类场景图片（包括两类室内场景和两类室外场景）、每类场景内的两个显著性物体图片、不在场景中出现但和场景语义相关的两个物体图片作为刺激材料。利用功能磁共振（fMRI）记录受试在观看这些刺激材料时的大脑活动信号。通过对场景内、外物体和场景的激活模式在不同感兴趣区域进行多体素模式相关分析和回归分析发现，在LOC（两侧枕部复杂区域）的两个子区LO（两侧枕部区域）、pF（梭状回后部区域）和PPA（海马旁回区域）脑区，物体与场景的激

3、活模式显著正相关，且场景外物体与场景的关联强度显著小于场景内物体与场景的关联强度。对比脑区之间关联强度发现LO和pF脑区所表征的关联强度显著强于PPA脑区。进一步分析发现，LO和pF表征的物体与场景关联强度对于室内、室外场景存在差异，PPA区域没发现该差异。上述发现在RSC（扣带回皮层）脑区域均没有观察到。基于上述结果推测，LO、pF和PPA脑区参与了场景内、外物体与场景相关联的信息加工，共同完成物体与场景关联关系处理的过程。其中LO和pF主要的表征语义关联，PPA主要表征场景空间特征和语义关联，且均对场景的开阔程度敏感，RSC不表征场景与物体的关联关

4、系。关键词：LOC，PPA，物体，场景，关联机制ABSTRACTItisverycomplextounderstandthemeaningofimagesbyusingthetechnologyofcomputervision,anditisalsoanextremelydifficultchallengetorecognizescenesbycomputer.Incontrast,humanscanunderstandimagesandrecognizesceneeasily.Thus,buildingamodelthatcanimitatetheh

5、umanvisionandbrainbyreferringthevisualinformationprocessingmechanismsofthebrainwillpromotethedevelopmentofcomputervision.Inthisthesis,weaimstoinvestigatetheassociationmechanismbetweenobjectsinandoutofscenesandscenesinthehumanbrainduringtheprocessingofscenecognition,soastoprovide

6、theoreticalandmethodologicalbasisforthedevelopmentofcomputervision.Inordertorevealtheproblemsabove,inthisstudy,weusedfourkindsofimagesscenes(twokindsofindoorscenesandtwokindsofoutdoorscenes),twokindsofsignificantobjectsineachsceneandtwokindsofobjectswhichhavesemanticcorrelationw

7、itheachsceneasthestimulus.AndweusedfMRItorecordthesignalofbrainactivitieswhensubjectswerewatchingstimulus.Throughtheanalysisofpatternsofobjectsinscenes,objectsoutofscenesandscenesindifferentregionsofinterestbyMVPA(multi-voxelpatternanalysis)andregressionanalysis,wefoundthatpatte

8、rnsofobjectsandscenesaresignificantpositivecorr