圖像中輪廓結構的視覺特征研究

師晟+孫蓀+王書利

（上海工程技術大學，上海 201620）

摘要：在《構成基礎》課程中，研究圖像中輪廓結構的視覺特征應側重于空間中輪廓線的表現、輪廓層次和形式之間的聯動狀態，對輪廓的視覺識別需要關注靜態輪廓和動態輪廓、圖像的紋理和質地與輪廓的紋理和質地之間的轉化過程，從而通過輪廓的整體特征和對輪廓區域的劃分來獲得圖像中輪廓信息與圖像識別的視覺關聯。

關鍵詞：圖像視覺特征；輪廓線和空間；輪廓信息的圖像識別

中圖分類號：G423.04 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）52-0069-02

識別不同圖像類別的視覺基礎首先需要研究圖像中輪廓結構的視覺特征，因為輪廓存儲著圖像信息的概貌，同時也是提升圖像識別過程中最基本的視覺特征之一。它不僅對計算機學科中機器視覺系統的圖像識別具有一定的幫助，同時也強化了圖像設計的基本要素和應用要素的視覺識別性。

一、圖像中輪廓的視覺特征

（一）輪廓線和空間

圖像的輪廓結構在空間中受到多因素的作用呈現出變化性，而輪廓結構依從于輪廓線的表現。百度百科中輪廓線指物體的外邊緣界線，認為同一個物體在空間中的不同觀察角度會表現出不同的輪廓形狀，并指出在電影創作中，選擇適當的攝影角度能夠表現出物體最具特點、最具表現力的輪廓形狀。

首先，空間中不同角度的輪廓線相疊現象，會出現多重輪廓線以及因輪廓線之間的交錯所形成的多樣輪廓線。同時，輪廓線在受環境、光照的影響，又呈現出實際存在的輪廓線和理想狀態下的補充輪廓線現象，猶如百度百科中的輪廓度指出，被測的實際輪廓相對于理想輪廓之間的變動情況。

其次，根據1824年英國羅葛特教授在《移動物體的視覺暫留現象》報告中指出視覺存在著暫留現象——視覺在有限時間內的反應速度會導致影像遺留。而視覺在跟蹤規則或非規則化的輪廓線時會受到視覺暫留影像的影響，會使視覺識別輪廓線的過程始終處于調和輪廓線和視覺影像遺留之間的關系中。

再次，視覺存在識別上的主動選擇性，視覺對某一區域進行注意選擇，會忽視該范圍內的其余信息，從而獲得有效的知覺分析，即主動視覺中強調視覺系統在獲取和處理視覺信息過程中的主動性和選擇性[1]。那么，視覺在輪廓線上也存在主動輪廓線和被動輪廓線的影響并形成不同的視覺吸引力。

（二）輪廓層次和形式

輪廓的層次和形式依據自相似表現中相似關系在于尋找過程：尋找局部與局部、局部與整體之間的自相似程度來進行聚類。聚類是合并不同層次的不同特征，來構造其層次中的共性和特殊性。輪廓區域中紋理、色彩、圖案等多種元素的相似聚類過程，會呈現出輪廓層次的聯動狀態，有平面和立體層次的輪廓聯動，有柔性和剛性層次的輪廓聯動等。不同輪廓層次的聯動會形成輪廓的形式，形式是一種有序化的排列狀態。輪廓依據輪廓線的有序化走勢又表現出輪廓層次的分類。

輪廓的層次和形式受到并列關系的共同作用，來調解主觀意圖并指引出視覺興趣區域，如主光源和輔助光源層次、近景和中景以及遠景層次等并列關系的共同作用來加強層次和形式的吸引區域，避免因視線跟蹤輪廓層次和形式而出現分散視線點的軌跡。

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

二、圖像中靜態輪廓和動態輪廓的相互轉化

（一）靜態輪廓和動態輪廓

圖像的視錯覺讓靜態和動態輪廓依從不同曲、直輪廓線上的不同視線起點，如在曲線中“托蘭斯肯彎曲幻覺”，通過對相同曲線弧度的比較來產生不同彎曲度的錯覺，從而導致曲線指引視覺發生弧度延伸的動、靜印象。

圖像的運動軌跡和運動速度會導致其輪廓發生靜態和動態的變化，如曲線之一的擺線，通過不同速度的定點在圓周上呈現直線滾動的軌跡，使擺線在弧線下的面積產生旋轉圓面積的三倍，而且擺線的非勻速現象也將影響視線的跟蹤速度，形成輪廓線的多重印象而導致動、靜感。同時，圖像的輪廓線與背景的交互關系也容易出現“埃冰斯幻覺”現象中的移動變化。

已存圖像的視覺記憶投射到圖像的輪廓特征點上，使復雜的輪廓交錯線、斷續的輪廓線和被遮擋的輪廓線，在視覺估計或推測中尋找與原視覺記憶配準的輪廓特征類型，并發生相互之間的補償從而造成輪廓的動、靜感變化。

（二）輪廓的紋理和質地

圖像的紋理和質地以及輪廓的紋理和質地之間的交織，它們像彭羅斯階梯中無限循環的階梯，在循環中表現出質地的反射特性和紋理中紋路的錯視現象，形成輪廓中復合性現象的紋理和質地效果。

輪廓的紋理和質地既在閉合和敞開的輪廓特性中得到加強，也在前景、中景和遠景中既保持其相關性又存在其獨立性。從物理學科中“各向同性”的描述中——物體的物理、化學等方面的性質不會因方向的不同而改變其特性，來理解與輪廓有關的紋理和質地不僅與輪廓形狀，以及與背景中紋理形狀、序列、數量、透視和錯視等保持其相關性，而且也存在其獨立性的表現。

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

三、圖像中輪廓信息和圖像識別的視覺關聯

（一）整體輪廓和分段輪廓

輪廓的整體性通常依據遺留的記憶來賦予視覺識別上的主觀性，如通過對荷蘭蒙德里安《灰樹》中樹的整體輪廓的識別，可以理解為是介于具象和抽象之間的概念樹。同時，在視覺識別過程中存在同化和補償差異性的功能，形成符合整體認知的視覺指向。美國數學家加德納在“失蹤的正方形”中，通過對三角形分割后進行重組，表達出相似三角形特點的輪廓信息。雖然三角形輪廓區域缺少一部分，但在視覺識別上依然完成對三角形整體輪廓特征的理解。

輪廓區域的劃分是進行輪廓線段的區域劃分，形成分段輪廓之間的相切和相交，它是引導視覺識別輪廓特征點的依據。第一，分段輪廓如數學中表示大小和方向指引、力擴張等指向性線段之間的結合過程，其過程會產生德國心理學家黑林的黑林錯覺所形成的彎曲方向感，以及伯根道夫環形幻覺中直線對曲線圓分割后的連接錯位等現象；第二，分段輪廓中輪廓線的轉折形成的凸點和凹點會引導視線的貫連，猶如射影幾何中一條直線上的所有點集合的點列現象；第三，分段輪廓中由于視覺存在對周邊的參照習慣和識別經驗，會在視覺“自適應過程”中偏好于具有不同特點的輪廓。

（二）輪廓信息和圖像識別

圖像的輪廓信息不僅加強了圖像識別的過程，而且附加了社會環境中特定信息的主觀內容。如畢加索的“牛”，在簡化和夸張形式下排除了多余特征的因素，最終呈現出特定輪廓特征的指示符號，來引導視覺和心理對“牛”特征的信息識別。它如同美國信息論之父香農運用數學表達式，來計算排除了冗余后的平均信息量的“信息熵”問題。因此，美化圖像輪廓的邊緣特點、修復出現的“摩爾紋”形狀和“偽色彩”等因素干擾，以及弱化圖像紋理的細節對圖像特征點的削弱，從而構造出圖像識別的信息具有普適性的特點。

識別圖像的輪廓信息也伴隨著“虛假記憶”，并帶動著視覺注意力去迎合圖像識別的需要，以及為記憶而完成視覺需要的“圖像增強”，這些都是為了識別圖像的內隱語義來理解圖像中的信息。美國社會心理學家格林沃德提出內隱社會認知：認知主體無意識過程會對個體行為和判斷產生潛在的影響。因此，圖像識別通過內隱認知的需要，讓視覺去主動選擇理想中的目標輪廓所具有的信息。

識別圖像的輪廓信息也需要體現識別過程中的理解和信任。20世紀40年代德國邏輯學家亨佩爾在“烏鴉悖論”中就理解和記憶的信任度問題，指出從一類事物中具有的某種性質，可以推導出這類事物都具有這種性質的推理結果。其中，關于推理的信任度問題也包含著社會認知心理學中特征整合理論“特征整合階段”：知覺系統把彼此分開的特征合適地聯系起來，形成對物體表征的認識。這其中就存在著主動和被動的信任度問題。同時，圖像的輪廓信息與圖像環境中各要素之間的關聯方式也存在著圖像識別上的多義性理解和歧義效應。

參考文獻：

[1]劉瓊梅，等.主動視覺研究的進展與展望[J].武漢理工大學學報，2009，（1）：36-339.