數字媒體理解的理論與方法研究/視覺認知的層次性與整體性機制進展報告

俞洪波

摘 要：在當前的信息化社會中，數字媒體已成為主要的信息載體，并正在滲透到經濟發展、國家安全、社會穩定和人民生活的眾多方面，“數字媒體內容平臺”是《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》的優先主題。當前隨著數字媒體應用的廣泛化和深入化，數字媒體理解面臨著媒體對象復雜性、媒體數據規模化、應用需求多樣化等挑戰問題，已成為制約數字媒體應用發展的瓶頸。為了解決這些難題，必須研究媒體內容的有效表示、建立符合人類媒體認知的計算模型、充分利用計算機處理的優勢，并且實現三者的有機結合。為達到上述研究目標，需要重點解決3個關鍵科學問題：針對媒體認知具有的層次性、整體性，構建符合媒體理解層次性和整體性的理論框架；針對媒體對象固有的多義性、多態性，發展刻畫媒體對象多義性和多態性的表示體系；針對媒體計算應有的協同性、高效性，突破制約媒體處理協同性和高效性的技術瓶頸。該研究圍繞該項目的三大科學問題之一——“媒體認知具有的層次性、整體性──如何符合媒體認知的特點”，開展共性基礎科學問題研究，從視皮層細胞與網絡水平的信息加工機理、雙光子成像手段、理論建模、計算機仿真等幾個方面研究視皮層神經機制是如何支撐視覺認知層次性與整體性的，建立模擬視皮層神經機制的算法模型，研究如何在算法層次實現認知層次性與整體性的理論與方法，建立神經科學與計算科學在視覺問題上的相互促進關系，并進行實驗驗證，為提高數字媒體理解的理論與技術水平奠定基礎。

關鍵詞：數字媒體 視覺認知 層次性

Abstract：Digital media is the major information source in current world， and it influences the economy， national security and the welfare of the people. Thus it is one of the key issue in 973 projects. When more and more digital media is provided， the understanding and utilization of these information become a huge challenge， as well as a bottle neck， considering it complexity， data size， and diversified needs. It is urgent to establish the computational model based on human cognition， to set up an effective representation， and to highlight the speed of computer， and integrate them together. It is highly demanding to investigate the following scientific questions.（1）To establish a theoretical framework to reflect the hierarchy and integration of the visual system.（2）To establish a representation system to reflect the diversity of the objects.（3）To break the technical bottle neck for more effective computation. We aimed to investigate the first scientific question， by using multiple techniques， including two photon imaging， computational model， simulation. In detail， we studies the information processing from retina to visual cortex， how the top-down feedback and bottom-up feedforward projections work as a whole， how a computational model simulates this process， and how this computation improves the feature representation. Importantly， the experimental and simulation studies will be compared side by side， to speed up this well-integrated project.

Key Words：Vision；Hierarchy；Top-down；Bottom-up

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