不同目标特征下多目标视觉追踪的注意策略

1. 课题 不同目标特征下多目标视觉追踪的注意策略 小组成员：马林夕 卢 娜 刘 璐 路 立

2. 必要性 在日常生活中，我们时常会遇到这种情况，即需要同时注意并跟踪多个物体的运动，简称多目标追踪（Multiple Object Tracking. MOT）。例如，家长带着小孩过红绿灯的时候，不仅需要观察红绿灯的变化，而且要注意小孩的位置，还必须注意过往的车辆从而保证安全过马路；足球队员在比赛过程中带球时，也必须同时注意其他多名队员的跑动位置从而寻找最佳的传球路线。

3. 正因为如此，多目标追踪成为当今非常热门的一个研究领域，它不仅是人类视觉研究，而且是机器视觉研究中重要问题之一，它涉及注意、工作记忆等认知过程。它是研究运动物体注意追踪的一种经典范式，被用于追踪视野范围内随机运动的对象时，对目标的空间或非空间特征变化进行反应。正因为如此，多目标追踪成为当今非常热门的一个研究领域，它不仅是人类视觉研究，而且是机器视觉研究中重要问题之一，它涉及注意、工作记忆等认知过程。它是研究运动物体注意追踪的一种经典范式，被用于追踪视野范围内随机运动的对象时，对目标的空间或非空间特征变化进行反应。 对多目标追踪的研究，比如对动态环境下多个目标的注意选择、分配和保持的研究，不仅有助于更加全面的认识视觉注意的加工机制，还对鉴别运动知觉障碍、注意缺陷有极大的帮助。

4. 国内外研究现状 关于多目标追踪的内在认知加工机制的解释，主要有早期的视觉索引理论、知觉组织模型、客体档案理论以及近期的多焦点注意模型和多身份捆绑模型。（张滨熠&丁锦红，2010）

5. 1.视觉搜索理论 由Pylyshyn（2001）等人研究提出，该理论最初认为视觉追踪处于早期视觉加工的前注意阶段，它是一个自动化的平行加工过程，通过视觉系统中存在的索引机制，为运动物体分配4,5个索引，从而进一步认知加工所有被索引的运动物体。当索引被分配给视觉追踪的物体后，将对该物体进行绑定，而不会因为追踪目标的运动变化而丢失，它将一直依附于所绑定的目标上。但是，索引只对目标物体的空间位置信息起作用，而忽略目标物体的其他属性信息。

6. 后来，他们有进一步提出了新的理论，认为追踪过程是由两个独立的阶段组成：一个是平行追踪阶段，在该阶段完成对视觉索引的自动加工；另一个是序列反应选择阶段，在这一阶段将受到追踪目标数量的影响，主要完成对追踪目标进行检查并作出相应的反应。随着研究的逐步深入，Pylyshyn等又发现，若要保证在追踪的过程中分配给每个追踪物体的索引不丢失，需要注意的参与，来顶起的更新索引的状态，以保证索引和运动目标的绑定关系。后来，他们有进一步提出了新的理论，认为追踪过程是由两个独立的阶段组成：一个是平行追踪阶段，在该阶段完成对视觉索引的自动加工；另一个是序列反应选择阶段，在这一阶段将受到追踪目标数量的影响，主要完成对追踪目标进行检查并作出相应的反应。随着研究的逐步深入，Pylyshyn等又发现，若要保证在追踪的过程中分配给每个追踪物体的索引不丢失，需要注意的参与，来顶起的更新索引的状态，以保证索引和运动目标的绑定关系。

7. 2.知觉组织模型 由Yantis（1992）研究提出，该模型认为，被试基于自上而下的策略完成追踪任务，在追踪过程中，目标被认知为单一的几何物体，并通过它与运动物体当前时刻画面进行比较进而对心理表征进行更新。基于这一模型，知觉组织过程被分为两个阶段:一是形成知觉组织阶段，这一阶段主要完成对前注意、刺激驱动的自动加工；二是保持知觉组织阶段，这一阶段需要注意的参与，完成目标驱动过程。

8. 此外，Fehd和Seiffert（2008）通过记录基于眼动分析发现，当多目标追踪任务中目标数为3个时，被试倾向于关注由以这三个目标为顶点的三角形的中心，即采用目标中心注视策略；而Zelinsky和Neider（2008）却研究认为，当追踪目标数大于2的时候，被试采用目标间转移策略，而非中心加工策略；另外，还有研究者发现，当目前刺激物的特征完全不同时，则很难形成知觉组织，这一结果表明知觉组织形成与物体的数量及特征属性相关。此外，Fehd和Seiffert（2008）通过记录基于眼动分析发现，当多目标追踪任务中目标数为3个时，被试倾向于关注由以这三个目标为顶点的三角形的中心，即采用目标中心注视策略；而Zelinsky和Neider（2008）却研究认为，当追踪目标数大于2的时候，被试采用目标间转移策略，而非中心加工策略；另外，还有研究者发现，当目前刺激物的特征完全不同时，则很难形成知觉组织，这一结果表明知觉组织形成与物体的数量及特征属性相关。

9. 3.客体档案理论 由Kahneman等（1992）提出，其中，客体档案将运动中的客体根据时空特性组合成一个单一连续的客体知觉，用于存储和更新客体特征信息。在课题被追踪注意时，其相关的客体档案将被打开，从而将该课题的特征信息，如位置、特征、语义等信息存储到相应的客体档案中。客体档案的保持需要视觉工作记忆的参与，因而受记忆容量的限制，一般可同时保持4~5个客体档案。客体档案理论中客体档案是一种有内容信息的表征形式，它与客体特征信息的编码和特征信息与记忆的联系有关，这一点是该理论与视觉索引理论最大的不同（蒋怀滨，2008）。

10. 4.多焦点注意模型 由Alvarez等（2005）研究提出，大脑左右半脑各自拥有有限并相互独立的注意资源，在追踪目标的过程中，追踪容量受到注意资源的限制，而不是受限于追踪目标的数量。因此，他们认为在追踪过程中，每个目标必须匹配多个注意焦点，而仅通过一个注意中心完成对多个目标的追踪是不可能的。实际上，Fehd等（2008）提出的中心注视策略，也说明了注意是可以被分配到多个目标上，因为只有这样，由注意引导的眼动才有可能实现首先注视多个不同位置目标，进而逐渐转移到中心位置，而如果只存在一个注视中心，则眼动将无法实现对多个未知目标的同时选择。

11. 5.多身份捆绑追踪模型 由Oksama和Hyn（2008）基于多身份追踪（multiple identity tracking，MIT）范式的研究结果所提出，该模型与前述各模型存在着较大的不同，他认为在跟踪任务中的追踪机制是以短时记忆为基础的序列加工过程，而并非一个容量有限的，平行加工机制。此模型主要由五部分构成：1）身份信息分析；2）空间信息分析；3）短时记忆系统；4）控制系统；5）情景缓冲器。

12. 创新之处 前人的研究都是基于各自的理论上进行的，而我们认为，可以将前人的理论进行综合：通过探讨刺激物运动时间、运动速度与目标个数对被试在多追踪过程中产生的影响，来验证注视策略其实是在追踪过程中，每个目标必须匹配多个注意焦点，而这个追踪机制是以短时记忆为基础的序列加工过程，并非一个容量有限的，平行加工机制。

13. 课题研究的具体内容 眼睛是人类大脑获取外界信息的重要通道，据研究统计，大脑约有80%-90%的外界信息是通过眼睛获得的。视觉生理学的研究表明，眼动是一种受中枢神经系统控制的有规律运动，正常人的眼动受视觉任务的影响，能够通过调整获取更全面的信息。眼球运动客观地反映了大脑的信息处理过程。由此可认为，视觉加工的一些特征可由眼动指标反应，为探讨多目标视觉追踪策略和视觉加工特性提供了有效手段。

14. 本研究将采用多目标追踪范式，探讨刺激物运动时间、运动速度与目标个数对被试在多追踪过程中产生的影响。一方面，考查刺激物运动速度、运动时间与目标个数对于追踪正确率的影响。另一方面，研究目标个数、刺激物运动速度与运动时间对被试注视策略的影响。本研究将采用多目标追踪范式，探讨刺激物运动时间、运动速度与目标个数对被试在多追踪过程中产生的影响。一方面，考查刺激物运动速度、运动时间与目标个数对于追踪正确率的影响。另一方面，研究目标个数、刺激物运动速度与运动时间对被试注视策略的影响。 具体操作过程：我们将设计三组实验：

15. 1.探讨在固定时间下，刺激物运动速度与目标个数对于追踪正确率的影响以及在追踪过程中采取的注释策略。 2.使用MOT范式，探讨在固定速度下，刺激物运动时间与目标个数对于追踪正确率的影响以及在追踪过程中采取的注视策略。 3.探讨在固定目标数量下，刺激物运动时间与运动速度对于追踪正确率的影响以及在追踪过程中采取的注视策略。

16. 根据相关理论和前人研究以及我们设计预想，我们队本研究中的实验分别有以下六个假设：根据相关理论和前人研究以及我们设计预想，我们队本研究中的实验分别有以下六个假设： 假设1：采用MOT范式，刺激物运动时间不变，运动速度与目标个数的变化均会影响追踪正确率； 假设2：在固定时间下，改变刺激物运动速度会使被试选择不同的追踪策略，而目标个数的增加或者减少也会影响背时的注视策略。在多目标追踪中，背时的注视点可能是在多个目标间切换，或者注视目标群的动态中心； 假设3：采用多目标追踪范式，研究在刺激物运动速度固定的情况下，运动时间与目标个数的改变均会影响追踪正确率；

17. 假设4：固定刺激物运动速度，随着运动时间的变化，被试会采取不同的注视策略。在多目标追踪中，被试可能采取的是注视点在多个目标间切换，注视目标群的动态中心；假设4：固定刺激物运动速度，随着运动时间的变化，被试会采取不同的注视策略。在多目标追踪中，被试可能采取的是注视点在多个目标间切换，注视目标群的动态中心； 假设5：探讨在固定目标数两下，刺激物运动时间与运动速度均会对追踪正确率产生影响； 假设6：在固定目标个数（3个）的情况下，刺激物运动与运动速度均会影响被试的追踪策略。在追踪过程中，被试会选择注视目标群的动态中心或者采取注视点在多个目标间切换的策略；

18. 实验目的； 运用多目标追踪范式，探讨在固定时间下，刺激物运动速度与目标个数对追踪正确率的影响以及在追踪过程中采取的注视策略。目标个数与运动速度的改变，是否会对被试的注视策略产生影响。

19. 实验设计： 采用3*4被室内设计，两个自变量分别为：目标个数（2、3、4、5个）和刺激物的运动速度（0.03/s、0.09/s、0.15/s）。

20. 研究的可行性 已有研究基础 蒋怀滨.（2008）.客体档案的过去、现在和将来【J】.心理科学进展，16（2）：222-227 蒋怀滨，公艳艳，&杨立状.(2009).Pylyshyn的索引理论：视觉表征方式的新解释【J】.心理科学进展，17（5）：951-956 魏柳青，张学民，&刘冰等.（2010）.多目标视觉追踪的现象、规律和认知加工机制【J】.应用心理学，12（4）：291-296

21. 张滨熠，&丁锦红.（2010）.多目标视觉追踪的研究进展【J】.中华行为医学与脑科学杂志，19（4）.张滨熠，&丁锦红.（2010）.多目标视觉追踪的研究进展【J】.中华行为医学与脑科学杂志，19（4）. 张滨熠，&丁锦红.（2010）.多目标视觉追踪的注意策略及其眼动模式【J】.心理探新，30（4）.

22. 已具备的研究条件 实验场所：眼动仪 实验对象：班级同学

23. 谢谢大家！！！

24. 红色部分为修改之处，内容是上课时大家提出的欠缺的必要性。红色部分为修改之处，内容是上课时大家提出的欠缺的必要性。