圖像中輪廓結(jié)構(gòu)的視覺(jué)特征研究

師晟+孫蓀+王書(shū)利

（上海工程技術(shù)大學(xué)，上海 201620）

摘要：在《構(gòu)成基礎(chǔ)》課程中，研究圖像中輪廓結(jié)構(gòu)的視覺(jué)特征應(yīng)側(cè)重于空間中輪廓線(xiàn)的表現(xiàn)、輪廓層次和形式之間的聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)輪廓的視覺(jué)識(shí)別需要關(guān)注靜態(tài)輪廓和動(dòng)態(tài)輪廓、圖像的紋理和質(zhì)地與輪廓的紋理和質(zhì)地之間的轉(zhuǎn)化過(guò)程，從而通過(guò)輪廓的整體特征和對(duì)輪廓區(qū)域的劃分來(lái)獲得圖像中輪廓信息與圖像識(shí)別的視覺(jué)關(guān)聯(lián)。

關(guān)鍵詞：圖像視覺(jué)特征；輪廓線(xiàn)和空間；輪廓信息的圖像識(shí)別

中圖分類(lèi)號(hào)：G423.04 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）52-0069-02

識(shí)別不同圖像類(lèi)別的視覺(jué)基礎(chǔ)首先需要研究圖像中輪廓結(jié)構(gòu)的視覺(jué)特征，因?yàn)檩喞鎯?chǔ)著圖像信息的概貌，同時(shí)也是提升圖像識(shí)別過(guò)程中最基本的視覺(jué)特征之一。它不僅對(duì)計(jì)算機(jī)學(xué)科中機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的圖像識(shí)別具有一定的幫助，同時(shí)也強(qiáng)化了圖像設(shè)計(jì)的基本要素和應(yīng)用要素的視覺(jué)識(shí)別性。

一、圖像中輪廓的視覺(jué)特征

（一）輪廓線(xiàn)和空間

圖像的輪廓結(jié)構(gòu)在空間中受到多因素的作用呈現(xiàn)出變化性，而輪廓結(jié)構(gòu)依從于輪廓線(xiàn)的表現(xiàn)。百度百科中輪廓線(xiàn)指物體的外邊緣界線(xiàn)，認(rèn)為同一個(gè)物體在空間中的不同觀(guān)察角度會(huì)表現(xiàn)出不同的輪廓形狀，并指出在電影創(chuàng)作中，選擇適當(dāng)?shù)臄z影角度能夠表現(xiàn)出物體最具特點(diǎn)、最具表現(xiàn)力的輪廓形狀。

首先，空間中不同角度的輪廓線(xiàn)相疊現(xiàn)象，會(huì)出現(xiàn)多重輪廓線(xiàn)以及因輪廓線(xiàn)之間的交錯(cuò)所形成的多樣輪廓線(xiàn)。同時(shí)，輪廓線(xiàn)在受環(huán)境、光照的影響，又呈現(xiàn)出實(shí)際存在的輪廓線(xiàn)和理想狀態(tài)下的補(bǔ)充輪廓線(xiàn)現(xiàn)象，猶如百度百科中的輪廓度指出，被測(cè)的實(shí)際輪廓相對(duì)于理想輪廓之間的變動(dòng)情況。

其次，根據(jù)1824年英國(guó)羅葛特教授在《移動(dòng)物體的視覺(jué)暫留現(xiàn)象》報(bào)告中指出視覺(jué)存在著暫留現(xiàn)象——視覺(jué)在有限時(shí)間內(nèi)的反應(yīng)速度會(huì)導(dǎo)致影像遺留。而視覺(jué)在跟蹤規(guī)則或非規(guī)則化的輪廓線(xiàn)時(shí)會(huì)受到視覺(jué)暫留影像的影響，會(huì)使視覺(jué)識(shí)別輪廓線(xiàn)的過(guò)程始終處于調(diào)和輪廓線(xiàn)和視覺(jué)影像遺留之間的關(guān)系中。

再次，視覺(jué)存在識(shí)別上的主動(dòng)選擇性，視覺(jué)對(duì)某一區(qū)域進(jìn)行注意選擇，會(huì)忽視該范圍內(nèi)的其余信息，從而獲得有效的知覺(jué)分析，即主動(dòng)視覺(jué)中強(qiáng)調(diào)視覺(jué)系統(tǒng)在獲取和處理視覺(jué)信息過(guò)程中的主動(dòng)性和選擇性[1]。那么，視覺(jué)在輪廓線(xiàn)上也存在主動(dòng)輪廓線(xiàn)和被動(dòng)輪廓線(xiàn)的影響并形成不同的視覺(jué)吸引力。

（二）輪廓層次和形式

輪廓的層次和形式依據(jù)自相似表現(xiàn)中相似關(guān)系在于尋找過(guò)程：尋找局部與局部、局部與整體之間的自相似程度來(lái)進(jìn)行聚類(lèi)。聚類(lèi)是合并不同層次的不同特征，來(lái)構(gòu)造其層次中的共性和特殊性。輪廓區(qū)域中紋理、色彩、圖案等多種元素的相似聚類(lèi)過(guò)程，會(huì)呈現(xiàn)出輪廓層次的聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，有平面和立體層次的輪廓聯(lián)動(dòng)，有柔性和剛性層次的輪廓聯(lián)動(dòng)等。不同輪廓層次的聯(lián)動(dòng)會(huì)形成輪廓的形式，形式是一種有序化的排列狀態(tài)。輪廓依據(jù)輪廓線(xiàn)的有序化走勢(shì)又表現(xiàn)出輪廓層次的分類(lèi)。

輪廓的層次和形式受到并列關(guān)系的共同作用，來(lái)調(diào)解主觀(guān)意圖并指引出視覺(jué)興趣區(qū)域，如主光源和輔助光源層次、近景和中景以及遠(yuǎn)景層次等并列關(guān)系的共同作用來(lái)加強(qiáng)層次和形式的吸引區(qū)域，避免因視線(xiàn)跟蹤輪廓層次和形式而出現(xiàn)分散視線(xiàn)點(diǎn)的軌跡。

輪廓的層次和形式也受到輪廓線(xiàn)的透視變化所形成的體積感，以及與之伴隨的光感效應(yīng)對(duì)空間中輪廓線(xiàn)的作用。

二、圖像中靜態(tài)輪廓和動(dòng)態(tài)輪廓的相互轉(zhuǎn)化

（一）靜態(tài)輪廓和動(dòng)態(tài)輪廓

圖像的視錯(cuò)覺(jué)讓靜態(tài)和動(dòng)態(tài)輪廓依從不同曲、直輪廓線(xiàn)上的不同視線(xiàn)起點(diǎn)，如在曲線(xiàn)中“托蘭斯肯彎曲幻覺(jué)”，通過(guò)對(duì)相同曲線(xiàn)弧度的比較來(lái)產(chǎn)生不同彎曲度的錯(cuò)覺(jué)，從而導(dǎo)致曲線(xiàn)指引視覺(jué)發(fā)生弧度延伸的動(dòng)、靜印象。

圖像的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)速度會(huì)導(dǎo)致其輪廓發(fā)生靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的變化，如曲線(xiàn)之一的擺線(xiàn)，通過(guò)不同速度的定點(diǎn)在圓周上呈現(xiàn)直線(xiàn)滾動(dòng)的軌跡，使擺線(xiàn)在弧線(xiàn)下的面積產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)圓面積的三倍，而且擺線(xiàn)的非勻速現(xiàn)象也將影響視線(xiàn)的跟蹤速度，形成輪廓線(xiàn)的多重印象而導(dǎo)致動(dòng)、靜感。同時(shí)，圖像的輪廓線(xiàn)與背景的交互關(guān)系也容易出現(xiàn)“埃冰斯幻覺(jué)”現(xiàn)象中的移動(dòng)變化。

已存圖像的視覺(jué)記憶投射到圖像的輪廓特征點(diǎn)上，使復(fù)雜的輪廓交錯(cuò)線(xiàn)、斷續(xù)的輪廓線(xiàn)和被遮擋的輪廓線(xiàn)，在視覺(jué)估計(jì)或推測(cè)中尋找與原視覺(jué)記憶配準(zhǔn)的輪廓特征類(lèi)型，并發(fā)生相互之間的補(bǔ)償從而造成輪廓的動(dòng)、靜感變化。

（二）輪廓的紋理和質(zhì)地

圖像的紋理和質(zhì)地以及輪廓的紋理和質(zhì)地之間的交織，它們像彭羅斯階梯中無(wú)限循環(huán)的階梯，在循環(huán)中表現(xiàn)出質(zhì)地的反射特性和紋理中紋路的錯(cuò)視現(xiàn)象，形成輪廓中復(fù)合性現(xiàn)象的紋理和質(zhì)地效果。

輪廓的紋理和質(zhì)地既在閉合和敞開(kāi)的輪廓特性中得到加強(qiáng)，也在前景、中景和遠(yuǎn)景中既保持其相關(guān)性又存在其獨(dú)立性。從物理學(xué)科中“各向同性”的描述中——物體的物理、化學(xué)等方面的性質(zhì)不會(huì)因方向的不同而改變其特性，來(lái)理解與輪廓有關(guān)的紋理和質(zhì)地不僅與輪廓形狀，以及與背景中紋理形狀、序列、數(shù)量、透視和錯(cuò)視等保持其相關(guān)性，而且也存在其獨(dú)立性的表現(xiàn)。

圖像的輪廓區(qū)域也受到色彩三要素的影響，如輪廓邊緣的明度、純度所呈現(xiàn)出遞增或遞減的色差變化以及色彩心理對(duì)紋理和質(zhì)地的影響。

三、圖像中輪廓信息和圖像識(shí)別的視覺(jué)關(guān)聯(lián)

（一）整體輪廓和分段輪廓

輪廓的整體性通常依據(jù)遺留的記憶來(lái)賦予視覺(jué)識(shí)別上的主觀(guān)性，如通過(guò)對(duì)荷蘭蒙德里安《灰樹(shù)》中樹(shù)的整體輪廓的識(shí)別，可以理解為是介于具象和抽象之間的概念樹(shù)。同時(shí)，在視覺(jué)識(shí)別過(guò)程中存在同化和補(bǔ)償差異性的功能，形成符合整體認(rèn)知的視覺(jué)指向。美國(guó)數(shù)學(xué)家加德納在“失蹤的正方形”中，通過(guò)對(duì)三角形分割后進(jìn)行重組，表達(dá)出相似三角形特點(diǎn)的輪廓信息。雖然三角形輪廓區(qū)域缺少一部分，但在視覺(jué)識(shí)別上依然完成對(duì)三角形整體輪廓特征的理解。

輪廓區(qū)域的劃分是進(jìn)行輪廓線(xiàn)段的區(qū)域劃分，形成分段輪廓之間的相切和相交，它是引導(dǎo)視覺(jué)識(shí)別輪廓特征點(diǎn)的依據(jù)。第一，分段輪廓如數(shù)學(xué)中表示大小和方向指引、力擴(kuò)張等指向性線(xiàn)段之間的結(jié)合過(guò)程，其過(guò)程會(huì)產(chǎn)生德國(guó)心理學(xué)家黑林的黑林錯(cuò)覺(jué)所形成的彎曲方向感，以及伯根道夫環(huán)形幻覺(jué)中直線(xiàn)對(duì)曲線(xiàn)圓分割后的連接錯(cuò)位等現(xiàn)象；第二，分段輪廓中輪廓線(xiàn)的轉(zhuǎn)折形成的凸點(diǎn)和凹點(diǎn)會(huì)引導(dǎo)視線(xiàn)的貫連，猶如射影幾何中一條直線(xiàn)上的所有點(diǎn)集合的點(diǎn)列現(xiàn)象；第三，分段輪廓中由于視覺(jué)存在對(duì)周邊的參照習(xí)慣和識(shí)別經(jīng)驗(yàn)，會(huì)在視覺(jué)“自適應(yīng)過(guò)程”中偏好于具有不同特點(diǎn)的輪廓。

（二）輪廓信息和圖像識(shí)別

圖像的輪廓信息不僅加強(qiáng)了圖像識(shí)別的過(guò)程，而且附加了社會(huì)環(huán)境中特定信息的主觀(guān)內(nèi)容。如畢加索的“?！?，在簡(jiǎn)化和夸張形式下排除了多余特征的因素，最終呈現(xiàn)出特定輪廓特征的指示符號(hào)，來(lái)引導(dǎo)視覺(jué)和心理對(duì)“?！碧卣鞯男畔⒆R(shí)別。它如同美國(guó)信息論之父香農(nóng)運(yùn)用數(shù)學(xué)表達(dá)式，來(lái)計(jì)算排除了冗余后的平均信息量的“信息熵”問(wèn)題。因此，美化圖像輪廓的邊緣特點(diǎn)、修復(fù)出現(xiàn)的“摩爾紋”形狀和“偽色彩”等因素干擾，以及弱化圖像紋理的細(xì)節(jié)對(duì)圖像特征點(diǎn)的削弱，從而構(gòu)造出圖像識(shí)別的信息具有普適性的特點(diǎn)。

識(shí)別圖像的輪廓信息也伴隨著“虛假記憶”，并帶動(dòng)著視覺(jué)注意力去迎合圖像識(shí)別的需要，以及為記憶而完成視覺(jué)需要的“圖像增強(qiáng)”，這些都是為了識(shí)別圖像的內(nèi)隱語(yǔ)義來(lái)理解圖像中的信息。美國(guó)社會(huì)心理學(xué)家格林沃德提出內(nèi)隱社會(huì)認(rèn)知：認(rèn)知主體無(wú)意識(shí)過(guò)程會(huì)對(duì)個(gè)體行為和判斷產(chǎn)生潛在的影響。因此，圖像識(shí)別通過(guò)內(nèi)隱認(rèn)知的需要，讓視覺(jué)去主動(dòng)選擇理想中的目標(biāo)輪廓所具有的信息。

識(shí)別圖像的輪廓信息也需要體現(xiàn)識(shí)別過(guò)程中的理解和信任。20世紀(jì)40年代德國(guó)邏輯學(xué)家亨佩爾在“烏鴉悖論”中就理解和記憶的信任度問(wèn)題，指出從一類(lèi)事物中具有的某種性質(zhì)，可以推導(dǎo)出這類(lèi)事物都具有這種性質(zhì)的推理結(jié)果。其中，關(guān)于推理的信任度問(wèn)題也包含著社會(huì)認(rèn)知心理學(xué)中特征整合理論“特征整合階段”：知覺(jué)系統(tǒng)把彼此分開(kāi)的特征合適地聯(lián)系起來(lái)，形成對(duì)物體表征的認(rèn)識(shí)。這其中就存在著主動(dòng)和被動(dòng)的信任度問(wèn)題。同時(shí)，圖像的輪廓信息與圖像環(huán)境中各要素之間的關(guān)聯(lián)方式也存在著圖像識(shí)別上的多義性理解和歧義效應(yīng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉瓊梅，等.主動(dòng)視覺(jué)研究的進(jìn)展與展望[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，（1）：36-339.