视觉信息认知计算理论

视觉信息认知计算理论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:罗四维
出品人:
页数:222
译者:
出版时间:2010-7
价格:39.00元
装帧:
isbn号码:9787030281340
丛书系列:
图书标签:
  • 认知
  • 视觉
  • 神经科学
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具体描述

《视觉信息认知计算理论》内容简介:在众多的生物系统中,人脑被认为是最高级的生物智能系统,它具有感知、识别、学习、联想、记忆、推理等功能。而在人脑感知的信息中,大部分来自视觉。视觉是人类获取信息的重要途径,也是人类对自身研究认识最深刻的部分。因此,研究生物体的视知觉功能,解析其内在机理,并用机器来实现,成为科学研究领域的一个重要方面,它可以为提高机器的智能与解决问题的能力提供新的思路。

《视觉信息认知计算理论》系统地讨论了基于视觉感知和有效编码假说的特征表示、计算模型,从认知心理学出发讨论了半监督学习、聚类、知觉组织,从人类视觉的注意机理角度讨论了模拟视觉注意机制的视觉感知模型等。

《视觉信息认知计算理论》可作为计算机科学领域人工智能、模式识别等专业的研究生教材,也可供相关专业的研究人员参考。

《视觉信息认知计算理论》图书简介 面向前沿,探索人机视觉的交互与智能 本书旨在全面深入地探讨视觉信息认知与计算的交叉学科领域。它立足于当前人工智能、认知科学和计算机视觉研究的前沿,构建一个系统化、理论化的框架,用以理解人脑如何处理和理解视觉信息,并在此基础上设计出更高效、更智能的机器视觉系统。 核心内容与结构: 本书的结构围绕“感知-认知-计算”这一核心逻辑展开,分为五个主要部分:基础理论、感知模型、认知机制、计算实现与前沿应用。 第一部分:视觉信息处理的基础理论 本部分奠定了全书的理论基石。我们首先回顾了经典信号处理理论在视觉信息处理中的应用,重点分析了傅里叶变换、小波分析等数学工具如何描述图像的频域特征。随后,我们将视角转向神经科学基础,详细介绍了视网膜、外侧膝状体核(LGN)以及初级视皮层(V1)的神经生物学结构与功能。重点阐述了感受野的构建原理,以及特征提取的早期阶段是如何在生物系统中完成的。 本部分还探讨了信息论在视觉系统中的作用,解释了视觉信息是如何被编码、压缩和传输的,以最小的冗余度实现最大的信息效能。 第二部分:视觉感知的计算模型 本部分着重于如何将生物学的感知机制转化为可计算的模型。我们深入探讨了边缘检测、纹理分析和色彩恒常性等基础视觉任务的计算实现。 早期视觉处理: 详细介绍了基于Gabor滤波器、墨西哥草帽滤波器等算子在边缘和角点检测中的经典应用。同时,我们也分析了它们在处理噪声和光照变化时的局限性。 立体视觉与深度感知: 对双目视差的计算方法进行了详尽的阐述,包括视差图的估计、匹配算法的优化(如Block Matching和Semi-Global Matching),以及三维重建的基础几何原理。 运动感知: 探讨了光流法的原理及其在连续运动估计中的应用,并对比了基于时间差分和基于能量模型的不同方法。 第三部分:高级视觉认知机制 这是本书最具原创性的部分之一,它超越了单纯的图像处理,进入了高层语义理解的领域。本部分的核心目标是模拟人类如何从低级特征构建对世界的理解。 目标识别与场景理解: 阐述了从局部特征到全局场景的认知转换过程。我们详细分析了原型理论、特征集成理论在目标识别中的建模尝试。重点比较了基于几何特征的结构分析与基于统计模型的识别方法的优劣。 注意力机制的建模: 深入研究了视觉注意力的计算机制,包括自上而下的(基于任务驱动的)和自下而上的(基于显著性的)模型。我们引入了Top-down预测在引导视觉搜索中的作用,以及预测误差如何驱动认知更新的理论框架。 记忆与学习在视觉中的作用: 探讨了短期记忆(工作记忆)和长期记忆(情景记忆)如何影响实时的视觉信息处理和决策制定。通过对联想记忆模型的分析,揭示了知识结构如何加速新信息的学习和识别。 第四部分:计算架构与实现 本部分关注如何将上述理论模型高效地部署到实际的计算硬件和软件架构中。我们系统地对比了基于传统机器学习(如SVM、Boosting)和基于深度学习(DNNs)的视觉计算范式。 深度神经网络的拓扑结构: 对卷积神经网络(CNNs)的层级结构、池化操作的数学意义进行了深入剖析。特别关注了残差连接(Residual Connections)和注意力模块(Attention Modules)如何解决深层网络中的梯度消失问题,并提升特征表征能力。 可解释性计算: 鉴于现代视觉模型的“黑箱”特性,本部分专门开辟章节讨论可解释性方法(XAI)。我们介绍了梯度可视化、特征图激活分析等技术,用以揭示模型内部的决策依据,增强模型的可靠性和可信度。 能效比与硬件加速: 讨论了在资源受限的边缘计算设备上部署复杂视觉模型所面临的挑战,包括模型剪枝、量化技术,以及如何利用特定硬件(如FPGA或ASIC)优化计算效率。 第五部分:前沿应用与未来展望 本部分将理论与实践紧密结合,展示了视觉认知计算在关键领域取得的突破,并展望了未来的研究方向。 人机交互中的视觉反馈: 分析了如何利用眼动追踪数据和生理信号,实时调整计算系统的输出,以实现更自然、更符合人类直觉的交互界面。 跨模态信息的融合: 探讨了视觉信息如何与听觉、触觉等其他感官信息进行高效整合,以构建更鲁棒、更全面的环境感知系统。例如,在机器人导航中,视觉数据与触觉反馈的融合策略。 生成模型与创造性计算: 介绍了生成对抗网络(GANs)和扩散模型(Diffusion Models)在视觉内容生成中的最新进展,它们不仅是对现有信息的重组,更是对潜在视觉空间的探索与模拟。 本书的特色: 本书的最大特点在于其跨学科的深度整合。它不仅仅是关于计算机视觉的教科书,也不是单纯的认知心理学专著,而是致力于构建一个统一的理论框架,用计算的语言描述认知的过程。书中包含了大量严谨的数学推导、清晰的算法描述,以及对关键实验案例的批判性分析,旨在培养读者从底层生物学机制到高层认知逻辑的全面理解能力。 目标读者: 本书适合于计算机科学、人工智能、认知神经科学、人机交互等相关领域的研究人员、博士及高年级本科生。同时,对于希望深入理解现代AI视觉系统工作原理的工程师和从业人员,本书也是一本不可多得的参考资料。通过阅读本书,读者将能够掌握解析和设计下一代智能视觉系统的核心理论工具。

作者简介

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读后感

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用户评价

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书中对“计算”的定义,也让我耳目一新。它似乎不仅仅指的是数学上的运算,而是涵盖了信息在处理过程中所经历的各种转换、编码、解码、推理等一系列操作。作者将视觉信息的处理过程看作是一个“计算图”,其中节点代表不同的信息处理单元(可能是神经元群体,也可能是算法模块),边则代表信息流动的路径和转换规则。他可能还会探讨不同计算范式(如符号计算、连接主义计算)在视觉认知中的适用性,以及它们如何相互结合。我特别关注书中关于“动态视觉信息处理”的部分,因为现实世界中的视觉信息几乎无时无刻不在变化,物体在运动,光照在改变,我们自身的视角也在不断调整。大脑如何在如此动态的环境中保持对世界的稳定认知,这本身就是一个巨大的计算挑战。作者是否会提出一些模型来解释这种动态性,比如预测性编码或者运动估计?他对“因果推断”在视觉认知中的作用的阐述,也引起了我的好奇。我们的大脑是否不仅仅是被动地接收视觉信号,而是在主动地对原因和结果进行推测,从而更好地理解我们所看到的世界?

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我对书中对“计算的进化视角”的解读,也充满好奇。视觉能力是生物在漫长的进化过程中逐渐形成的,它必然遵循着某些“最优”的计算策略,以适应环境的挑战。作者是否会从进化的角度来解释,为什么视觉信息会被以特定的方式进行计算和表征?例如,对物体运动的感知和预测,为何在很多生物中都至关重要?书中对“计算的涌现性”的探讨,也让我觉得很有启发。某些复杂的视觉认知能力,是否并非直接由单个计算单元实现,而是从大量简单单元的相互作用中“涌现”出来的?这种涌现性的概念,对于理解复杂系统和人工智能的创造性能力,都具有重要的理论意义。我对书中关于“计算的鲁棒性”的分析也十分关注。即使在信息不完整、有噪声或者出现损坏的情况下,人类的视觉系统依然能够保持相对稳定的认知。这种鲁棒性,其计算上的机制是什么?它是否涉及到某种形式的容错机制或者纠错编码?

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随着阅读的深入,我发现本书在梳理视觉信息处理的层次结构方面做得非常出色。它似乎将视觉信息从低级的特征提取(如边缘、颜色、纹理)逐步上升到高级的语义理解(如物体识别、场景理解、意图推断),并试图在每一层级之间建立起清晰的计算模型。作者在描述这些层次时,大量引用了神经科学的研究成果,同时也穿插了经典的计算机视觉算法,比如早期基于感受野的特征提取,到后来的深度学习模型。但关键在于,他并非简单地罗列这些成果,而是试图从中提炼出背后共通的计算原理,以及它们在认知过程中扮演的角色。例如,他可能在讨论视觉注意力机制时,会解释大脑是如何在海量信息中筛选出关键信息的,以及这种筛选过程是否可以被建模为一种计算上的“优先级排序”。我对书中关于“计算表征”的讨论尤其感兴趣,它试图回答,在大脑中,一个“椅子”究竟是以什么样的形式被存储和处理的?是三维模型?是特征集合?还是与“坐”这一行为的关联?这些关于表征的深入探讨,对于理解人类学习和记忆的本质,以及如何构建更具泛化能力的AI模型,都有着重要的理论意义。

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当我开始阅读这本书时,我首先被其开篇部分所吸引。作者并没有直接进入复杂的公式推导或者算法细节,而是从一个更为宏观的层面,阐述了为何研究视觉信息的认知计算理论至关重要。他提到了当前人工智能在理解复杂场景、进行常识性推理等方面仍然面临的巨大挑战,而这些挑战恰恰与人类视觉认知的强大能力形成了鲜明的对比。这一点让我产生了强烈的共鸣,因为作为普通人,我们似乎是“自然而然”地就能够理解图像中的物体、场景以及它们之间的关系,但要将这种能力赋予机器,却异常艰难。作者似乎在暗示,我们必须深入理解人类大脑是如何做到这一点的,才能真正突破人工智能的瓶颈。他引入了信息论、控制论等跨学科的视角,将视觉感知视为一个不断接收、处理、反馈的闭环系统,这让我对原本以为只是“看”和“识别”的简单过程有了全新的认识。这种将感知与行动、反馈结合起来的观点,对于我理解“认知”的全貌至关重要。我开始思考,我们的大脑在看到一个物体时,是否也在同时进行着关于如何与之交互的预测和规划?书中对“表征”这一概念的探讨,也尤为深入,它试图解释大脑如何将物理世界的连续信号转化为离散的、可操作的内部模型。

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我对书中关于“计算与创造力”的联系,也抱有极大的期待。人类的视觉认知不仅仅是对现实世界的被动反映,更能够进行想象、创造新的图像和场景。这种创造力,其背后的计算原理是什么?它是否涉及到对已有视觉信息的重组、变异和生成?书中对“计算与意义”的关联,也让我觉得非常重要。我们之所以能够理解视觉信息,是因为我们能够赋予它们意义,将它们与我们的知识、经验和情感联系起来。这种“意义化”的过程,其计算上的机制又是怎样的?它是否涉及到符号系统、语义网络或者其他更高级的计算模型?我对书中关于“计算与情感”的互动也颇为好奇。视觉信息往往能够引发我们的情感反应,而我们的情感状态也可能影响我们对视觉信息的感知和处理。这种情感与计算的相互作用,其背后的计算机制是什么?

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这本书的装帧设计本身就透露着一种严谨而又前沿的气息,厚实的纸张、精美的排版,无不让人心生期待。封面上的“视觉信息认知计算理论”这几个字,以一种冷静而有力的字体呈现,仿佛直接点明了本书的核心——将抽象的视觉过程与具体的计算模型相结合,去探寻我们大脑如何理解和处理我们看到的这个世界。作为一个对认知科学和人工智能都抱有浓厚兴趣的读者,我一直试图寻找一本能够将这两个看似独立的领域有机融合的著作,而这本书无疑提供了这样一个绝佳的视角。从标题上,我能预感到这本书将不会仅仅停留在对视觉生理机制的描述,或者对现有计算机视觉算法的简单介绍,而是会深入探讨“认知”这一层面的含义,即信息是如何被提取、组织、表征、推理,并最终转化为有意义的理解和行动。这种理论性的深度,对于我这种希望从根本上理解问题本质的读者来说,是极为吸引人的。我期待这本书能够提供一套系统性的理论框架,帮助我理解人类视觉系统在面对海量、复杂、动态的视觉信息时,是如何进行高效且富有创造性的“计算”的。它是否会涉及到学习、记忆、注意力和决策等认知功能的具体作用?是否会尝试用计算的语言来解释这些复杂的心理现象?这些疑问都让我迫不及待地想要翻开扉页,一探究竟。

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我对书中对于“计算模型”的具体形式的探讨,充满了期待。它是否会介绍基于概率图模型、统计学习模型,甚至是神经元网络模型来解释视觉信息处理?我希望能够看到一些具体的数学框架或算法描述,而不仅仅是概念性的阐述。例如,当大脑识别出一个“猫”时,它的内部表征是否可以被描述为一个高维向量,而这个向量的各个维度分别代表了猫的哪些特征?书中对“抽象”在视觉认知中的作用的分析,也让我觉得很有价值。我们的大脑似乎能够从大量的具体实例中提取出抽象的概念,比如“椅子”不仅仅是某一个具体的椅子,而是一类事物的总称。这种抽象能力,其背后的计算机制是什么?它是否涉及到某种形式的聚类或分类算法?我对书中关于“多模态信息融合”的观点也颇感兴趣。视觉信息往往不是孤立存在的,它会与听觉、触觉等其他感官信息相互作用,共同构成我们对世界的完整认知。大脑是如何将这些来自不同感官的信息有效地融合起来,形成一个统一的表征?这其中的计算过程又是怎样的?

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总而言之,这本书为我打开了一个全新的视角,让我从“计算”的维度去理解“视觉信息认知”这一复杂而迷人的课题。我期待它能够提供一套严谨而富有洞察力的理论框架,帮助我更深入地理解人类大脑的运作机制,同时也为人工智能的未来发展提供重要的理论启示。它不仅仅是一本关于科学的书,更是一次关于认知和智能的深度探索之旅。我迫不及待地想要继续阅读,去探索那些隐藏在视觉感知背后的精妙计算,以及它们如何共同构建了我们对这个丰富多彩世界的认知。这本书的价值,远不止于文字本身,它所激发的思考和探究,才刚刚开始。

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书中关于“学习”在视觉信息认知计算中的作用的论述,占据了相当大的篇幅,这让我感到非常欣慰。毕竟,人类的视觉能力并非天生就如此强大,而是通过后天的学习和经验不断完善的。作者是否会从计算的角度解释,我们是如何通过反复接触大量的视觉数据来学习识别物体的?这其中是否涉及到误差反向传播、梯度下降等机器学习的基本原理,但以一种更具生物学和认知学意义的方式来呈现?我对书中关于“模型构建”的讨论也充满了期待。大脑是否会主动构建关于世界运作规律的模型,并利用这些模型来预测和解释新的视觉输入?例如,当我看到一个杯子,我不仅能识别出它是杯子,还能预测到它可能会掉到地上摔碎。这种预测能力,其背后的计算机制是什么?书中对“推理”在视觉认知中的作用的阐述,也让我非常感兴趣。我们不仅仅是识别物体,还会根据看到的信息进行推理,比如推断一个人的情绪,或者一个场景的含义。这种推理过程,是否可以被看作是基于已有的视觉模型和知识库进行的一种计算?

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书中关于“计算的生物学基础”的讨论,也让我产生了浓厚的兴趣。作者是否会深入探讨,在人类大脑的神经元层面,是如何实现这些复杂的视觉信息计算的?例如,单个神经元的激活模式是否可以被看作是对某个视觉特征的“编码”?而神经元之间的连接强度,是否代表了某种“学习”或者“权重”?我对书中关于“大规模并行计算”的观点也颇为认同。人脑拥有海量的神经元,并以高度并行的方式进行信息处理,这与传统的串行计算有着本质的区别。大脑是如何利用这种并行性来高效地处理视觉信息的?书中对“计算的能量效率”的分析,也让我感到非常新颖。与当前人工智能模型相比,人类大脑在视觉信息处理上表现出了惊人的能量效率。大脑是如何在低功耗下完成如此复杂的计算任务的?这其中是否蕴含着重要的计算原理,可以借鉴到未来AI的设计中?

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是好书,只不过自己功力不够翻不太懂

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