| 科目名 |
知覚と認識 |
| 担当教員 |
篠森 敬三 |
| 対象学年 |
2年 |
クラス |
学部：専門001 |
| 講義室 |
Ａ１０６ |
開講学期 |
２学期 |
| 曜日・時限 |
火４,金４ |
単位区分 |
選択 |
| 授業形態 |
一般講義 |
単位数 |
2 |
| 準備事項 |
|
| 備考 |
|
| 授業の詳細1 |
講義の目的
感覚とは感覚受容器に固有の単独刺激が与えられたときに生じる受容過程であり，心理現象としてこれ以上単純化できない要素的なレベルを指す。これに対して知覚とは対象刺激の形態，色，大きさ，など明瞭に対象の構造がわかるレベルのことを指す。そして知覚された対象刺激を既に経験したり学習したりして記憶されたパターンと照合して刺激の持つ概念を理解することが認識である。
情報の処理・伝達する情報の最初の出発点と最終的な到達点は現在のところ（そして当分の間）人間である.そして我々が認識する情報は，その物理的状態を直接示すものではなく，人間内部の情報処理の結果を反映したものになる。従ってトータルな情報システムを理解するためには，人間情報処理についての理解が欠かせない。本講義では，特に情報システム工学科の応用コースにおける『画像処理』，『コンピュータグラフィックス』などでの学習の前提となる人間の視覚系の情報処理について，幅広くかつ深く学習するものであり通常の情報工学科では教えられていない内容を多く含む。
授業の進め方
本講義では，人間において感覚器官からの入力がいかに知覚として統合されるかについて視覚系に焦点を当てて学習する.視覚系の構造や視覚系の初期情報処理過程についてまず理解する。さらに，視覚系における特殊な情報処理を学習する。また視覚系の高次情報処理過程として特に，色覚，および3次元知覚と立体視を集中的に学習する。また研究に用いられる心理物理学的手法や，心理物理学的手法による人間応答の定量化について学ぶ。また視覚情報の認識に対する影響についても学習する。最後に，人間の感覚である輝度や色を工業規格として取り扱う方法である色彩工学を学ぶ。
講義の目標
本講義により今後の情報システム工学科における画像処理やコンピュータグラフィックス，あるいはインタフェイスの開発などに重要である視覚系の基本構造，視覚系の初期処理過程，色覚，3次元知覚と立体視，知覚量の測定および色彩工学の各分野についてその基礎を修得する。またインタフェイスの評価などにおいて，今後必要となる心理物理学的実験方法や人間応答の定量化などの手法について理解を深める。さらに色彩工学によって画像表示や画像通信，あるいは印刷機器等における色や輝度の計算方法の基本を身につけることを目標とする。
|
| 授業の詳細2 |
講義計画
授業と演習の日程（予定）も記載する。変更などは3Qでの最初の授業の時に説明する。
A 導入
１ なぜ知覚と認識が重要か？（10月２日を予定）
この講義の導入として，人間の知覚と認識を知ることが情報処理や情報通信について考える上でどのように有用であるかについて考え，例えば視覚による情報取得および呈示に重要である点を理解する。また人間における情報処理のモデルが，コンピュータによる情報処理の一つのモデルとしても有効である点について学ぶ。また授業のやり方や今後の学習計画についての説明を受ける。視覚系の全体像をまず学習して次回以降の学習の流れをつかむ。
B 視覚系の仕組みを理解する
2 視覚系の初期情報処理過程-1（10月６日を予定）
生理学的な観点から，人間の視覚系の下部構造に焦点をあてて理解を深める。眼球光学系の構造，光受容器での電気信号の発生，網膜上での神経回路網について学習する。特に人間の視覚系が電磁波である光をどのように感覚情報として取り込んでいくかについて自ら説明できるレベルまで深く理解する。
(トピックス)
・光を網膜に取り込む(眼光学的構造) 眼球の断面図，水晶体の分光濃度，黄斑色素の分光濃度
・網膜での光化学反応(光受容体) ディスクの構造と細胞の再生(貧食)
・最初の神経回路網 人間の網膜の解剖学的・生理学的構造，網膜の断面図と各組織の名称
・網膜から外側膝状体を経て大脳への第1次視覚野へ(投射関係) 網膜よりの神経が大脳までどのように接続されているか。
3 視覚系の初期情報処理過程-2（10月９日を予定）
網膜上の光受容体について，3種類の錐体と1種類の桿体が存在する点に焦点を当てて詳細に学習する。特に，この光受容体の相違がどのように視覚系に影響を与えているかについて自ら説明できるレベルまで深く理解する。
(トピックス)
・光受容体の種類について
・3種類の錐体と1種類の桿体 暗所視，薄明視，明所視，暗順応時間の違い(アウベルト関数(コールラウシュ屈曲))，分光感度の違い，錐体の色覚に対する寄与，感度限界の相違と無色域
|
| 授業の詳細3 |
4 視覚系の初期情報処理過程-3（10月13日を予定）
網膜上での視覚系神経網の構造，視覚系神経網による情報処理について学習する。特に，神経回路網の生理学的構造の必然性や，輪郭の抽出，運動の検出がどのような神経回路網で実現されているかについ自ら説明できるレベルまで深く理解する。
(トピックス)
・網膜での神経回路網(各細胞間の接続) なぜ神経回路網が光が来る側にあるのか?
・輪郭の抽出 錐体や桿体からの信号を神経節細胞で集める回路，側抑制，受容野，マッハバンド現象(輪郭の強調)
・運動の検出 運動のみを検出できる神経回路の原理
「演習1」（10月13日の5限を予定）
学習の理解度・到達度を確認する演習を実施する。（主に講義1〜４の範囲）
5 視覚系における特殊な情報処理（10月16日を予定）
カメラなどとは大きく異なる，光受容体や網膜構造を反映した人間(生物)に独特な視覚情報処理の方法について学習する。特に，中心窩と周辺視の違いやサッケード及び照度レベルの影響について自ら説明できるレベルまで深く理解する。
(トピックス)
・中心窩重点主義
・中心窩重点主義と眼球運動 絵を見るための眼球運動，読書時の眼球運動，跳躍眼球運動(サッケード)
・照度レベルの影響
6 色覚-1(視覚系の高次情報処理過程-1) （10月20日を予定）
視覚系が下部構造からの入力をどのように処理しているかについて考える。最初に色覚に焦点を当てる.色覚の1回目は，3種類の錐体が存在することでなぜ色が区別できるのかについて自ら説明できるレベルまで深く理解する。
(トピックス)
・3種類の錐体
・色度座標の定義 3錐体出力で色と輝度を表記する色空間，感度曲線が重なっていることの意義.色空間を2次元に投影，実際の色度図との比較
|
| 授業の詳細4 |
「演習2」（10月20日の５限において実施予定）
学習の理解度・到達度を確認する演習を実施する（主に講義5-6の範囲）。
7 中間試験（10月23日を予定）
視覚系の初期情報処理過程，視覚系における特殊な情報処理，および色覚（やったところまで）についての試験を受けることにより，これらの修得状況について確認する。
8 色覚-2(視覚系の高次情報処理過程-2) （10月27日を予定）
色覚の2回目は，色覚メカニズムの構造に焦点をあて，視覚系における輝度チャンネルと色チャンネルの存在について学習する。さらに，色チャンネルが Red-Green反対色チャンネルとYellow-Blue反対色チャンネルにより構成されていることと，そのチャンネルが各錐体に対してどのような回路接続をしているかについて自ら説明できるレベルまで深く理解する。
(トピックス)
・輝度チャンネルと色チャンネル
・輝度チャンネル 明るいところ(明所視)=錐体，L+Mの入力，形の処理・運動・立体視に利用
暗いところ(暗所視)=桿体
明所視から暗所視に移る際の視覚特性の変化(プルキンエシフト)
・反対色チャンネルとは? YB反対色チャンネルとその回路，RG反対色チャンネルとその回路
9 色覚-3(視覚系の高次情報処理過程ー3) （10月30日を予定）
色覚の3回目は，人間が色をどのように見ているか，また色をどのように認識しているかに焦点を当てて学習する。特に，人間が色の見えをもとにどのように色を分類しているのか，また色の見えと各言語における色名との関連，人間の色の認識の表現であるカテゴリカルカラーについて自ら説明できるレベルまで深く理解する。さらに人間が色を知覚する上で重要な色恒常性について自ら説明できるレベルまで深く理解する。
(トピックス)
・人間の色の見え
・色相・彩度・明度 色相環
・基本色 基本11色，基本色と言語発達
・カテゴリカルカラー カテゴリカルカラーの分類，猿のカテゴリカルカラー，カテゴリカルカラーの発生，色の記憶
・色恒常性 色恒常性とは，von Kries型順応
|
| 授業の詳細5 |
10 3次元知覚と立体視ー1(視覚系の高次情報処理過程ー4) （11月６日を予定）
視覚系が下部構造からの入力をどのように処理しているかについて考える.。2番目のテーマとして，3次元知覚と立体視に焦点を当てる。3次元知覚と立体視の1回目は，何が立体視に必要かについて学んだ後，調節，輻輳，両眼視差という知覚レベルでの立体視の要因について自ら説明できるレベルまで深く理解する。
(トピックス)
・物体の距離と物体の大きさ どちら一つと網膜像(視角)から3次元を構成可能
・調節 ピントを合わせることによりおおよその距離が求められる.限定的な効果
・輻輳 1m以下では有用，3m位までは有効.距離と輻輳角について
・両眼視差(網膜像の差を取り出す) 両眼視差，人間の両眼立体視処理系の概念図，ステレオグラム
11 3次元知覚と立体視ー2(視覚系の高次情報処理過程ー5) （11月10日を予定）
3次元知覚と立体視の2回目は，片目でも発生する3次元知覚に焦点を当てる。特に，網膜像の計算過程で生じる知覚レベルでの立体視や認識レベルで生じる立体視について自ら説明できるレベルまで深く理解する。また大きさの恒常性という現象について基本的な理解を得る。
(トピックス)
・片目でも発生する3次元知覚
・運動視差
・遠近法 遠近法を利用した錯覚，エイムズの部屋
・きめの勾配
・重なり合い
・陰影(クレーター錯視)
・大きさの恒常性 見えの大きさが一定に見える，見えの距離から計算
「演習３」（11月13日の４限の通常の授業時間を予定）
学習の理解度・到達度を確認する演習を実施する（主に講義8ー11の範囲）。
（注：2009年11月13日は担当教員が企業向け大学説明会へ出席の予定なので演習を実施する予定）
|
| 授業の詳細6 |
C 知覚量の測定
12 心理物理学的手法による人間応答の定量化（11月17日を予定）
人間の視覚系を研究フィールドに乗せるためには，科学的に厳密な手法を導入する必要がある。有力な手法の一つに，刺激の物理量を制御するとともに，その刺激によって生じる心理量を，物理量に置き換えて計測する心理物理学的手法がある。視覚研究で用いられる心理物理学的手法について学習するとともに，具体的にどのように被験者の応答を取り出し，結果として得られる心理応答関数を解析していくのかについて自ら説明できるレベルまで深く理解する。
またその過程で求められたフェヒナー則，ウェーバー則について学習し，実際の実験結果をこれら法則を用いて説明できるレベルまで深く理解する。
(トピックス)
・感度の測定 感度の定義，ぎりぎり見える点(閾値)はどうやって求めるのか?
・確率の利用 何%見えたかで考える，その時の確率の変化から心理測定関数を導出
・応答は常に正しいのか? 被験者の曖昧さをどのように処理するか
・信号検出理論 信号があるー>HitとMiss，信号がないー>False alarm，Correct Negative
・心理学的に考えた刺激強度 心理応答関数で確率表現する場合に，刺激強度をどのようにとればよいか?
・刺激強度と応答との関係(尺度)を考える どのような尺度をとればただしく表現されるか
・感覚的に区別できる(弁別)差をスケールにする ウエーバーの法則，フェヒナーの法則
13a 心理物理学的実験（11月20日を予定）
心理物理学実験の計画，実行，データ解析についての概説を受け，各種心理物理学的実験手法について理解する。特に，それぞれの手法における応答の検討と精度評価について考える。さらにインタフェイスの評価法など，今後必要となるであろう心理物理学的実験の方法などについても学習して，自ら説明できるレベルまで深く理解する。
(トピックス)
・閾値測定法 調整法，極限法，恒常法，強制応答法
・数値評価法(マグニチュードエスティメーション法) カラーネーミング法
|
| 授業の詳細7 |
D 知覚から認識へ
13b 視覚情報の認識に対する影響（11月20日を予定）
さまざまな付帯的な視覚情報が最終的な認識に影響を与える。ここでは影の知覚，経験による学習効果（ありうる刺激とありえない刺激）を伴う知覚，透過と重なり，物体形状の知覚などの刺激の知覚が，立体構造や形の認識，距離の判断などにどのように影響を与えるかについて，実際の視覚刺激を見ながら学習する。これらから，知覚された視覚情報からどのように認識が形成されていくのかについて自ら説明できるレベルまで深く理解する。
トピックス
・影の知覚(錯視)
・経験による学習効果
・透過と重なり
・物体形状の認識 ゲシュタルト
(注：13a,bは同じ回に行う)
「演習4」（11月20日の５限を予定）
学習の理解度・到達度を確認する演習を実施する（主に講義12〜13の範囲）。
|
| 授業の詳細8 |
E 工学との関わり(技術論)
14 色彩工学（11月24日を予定）
人間の感覚である輝度や色を工業規格として取り扱う方法を学習する。画像処理や画像通信，あるいは印刷機器等で用いられる色について，工学的な取り扱いが色彩工学として確立している。さまざまな分野に従事するにあたって必要であるので，色をどのように工学的に取り扱うかについてJIS規格なども含めて自ら説明できるレベルまで深く理解するとともに，実際に数値表を見ながら自分で計算できるようになる。
また最終試験についての説明を受ける。
トピックス
・色を数値化して表現する 色のメカニズムモデルには全く依存しない，どのように数値化するか，3変数で表記する
・簡便な表記法 どのように3変数を取るか，原刺激3色とのメタメリックマッチ
・標準化 原刺激の標準化と相対比，三刺激値の計算，単色光の標準値が等色関数，単色光以外の場合
・色度図・色度座標 RGB(三刺激値)の計算，rg色度図の問題点，新しい原刺激XYZの導入
・CIExy色度図 どう変わるか=等色関数のみ入替，計算
15．最終試験試験（11月27日を予定）
講義で取り上げた項目の全範囲から出題される試験を受けることにより，これらの修得状況について確認する。特に，視覚系の基本構造，視覚系の初期処理過程，色覚，3次元知覚と立体視，知覚量の測定および色彩工学の各分野について，今後の情報システム工学科における画像処理やコンピュータグラフィックス，あるいはインタフェイスの開発などに重要であると考えられる内容を中心として出題される。
|
| 授業の詳細9 |
教科書
視覚Ｉ ―視覚系の構造と初期機能―
内川惠二 総編集／篠森敬三 編 朝倉書店
ISBN978-4-254-10631-2
授業のテキストと参考書
テキスト：ノート講義（というかPowerPoint主体の講義）であるが，適宜資料を配付する。
参考書：必要に応じて以下の参考書を参照することを推奨する。
・視覚系の基本構造，視覚系の初期処理過程について
『視覚の心理物理学』，池田光男著（森北出版）
『色覚のメカニズム』，内川惠二著（朝倉書店）
・色覚について
『色覚のメカニズム』(重複)
・3次元知覚と立体視について
『視覚心理学への招待 見えの世界へのアプローチ』，大山正著
（サイエンス社）
・人間応答の定量化について
『視覚心理学への招待 見えの世界へのアプローチ』(重複)
・心理物理学的実験について
『視覚の心理物理学』(重複)
・色彩工学について
『色彩工学の基礎』，池田光男著（朝倉書店）
『色の性質と技術』，応用物理学会 光学懇話会編（朝倉書店）
・何でも出ている事典として
『視覚ハンドブック』，日本視覚学会編（朝倉書店）
|
| 授業の詳細10 |
成績評価
本講義では，中間試験と最終試験の成績により評価する。重みづけを，中間試験 35%，最終試験65%（得点比率は変更になる場合がある）として評価する。なお出席点は加算しない。それらの得点は，以下の到達度判定に用いられる。最終的な成績評価は到達度によって決められる。
F判定 C判定で定める到達度に到達していない場合で，単位取得は認めない。
C判定 講義内容の基本は理解して，人間視覚系における知覚過程に対する基本的な概念を持つことができる能力に到達した。
B判定 C判定の内容に加えて，個々の知覚現象において人間視覚系がおおよそどのように働いているかを説明することが出来る能力に到達した。
A判定 B判定の到達度に加えて，人間の視覚系によって知覚された刺激情報が，最終的にどのように認識形成されるのかを理解し，個々の視覚刺激に対する処理過程をきちんと説明することの出来る能力に到達した。
AA判定 A判定の到達度に加えて，講義内容12・14の内容をよく理解し，視覚刺激の物理的特性とそれに対する視覚応答との間の計算論的関係を，実際に計算式を含めて記述することができる能力に到達した。
F判定ではあるが一部特定領域（ある一部の講義内容）を除けばC判定到達度を満たしていると考えられる学生については，その領域に関する追加レポート課題を与え，そのレポートの得点を到達度判定に加える場合がある。
演習では自主採点方式を用い，成績評価には加味しない.また講義では出席は取らない。
科目の位置付け
JABEE対応「情報ネットワークシステムコース」
専門-履修登録必修科目
専門-情報処理領域選択必修科目(14単位中８単位)
履修前の受講あるいは同時履修が望ましい科目：
履修の前提となる科目および同時履修が必要な科目はありません
以上
|