運動視のメカニズムmotion mechanisms時空間周波数フィルター処理

spatiotemporal filter１．動きの知覚 motion perception２．仮現運動 apparent motion３．時空間表現とフィルター

spatiotemporal filter階層処理と高次の運動検出器

multistage processes and high level motion process１．相対運動 relative motion２．大域運動 global motion３．２次運動 second order motion４．パターン運動 pattern motion

動きの知覚 motion perception

運動視（動きの知覚）は，視覚の特性motion perception is a property of vision

　物理的な運動との不一致not necessary to be consistent with physical motion運動検出メカニズムの存在を示す現象　運動残効（滝の錯視）

motion aftereffect (water fall illusion)　運動対比（誘導運動）

motion contrast(induced motion)

物理的な運動との不一致not same as physical motion時計：長針の動き minute hand扇風機：羽の回転 fan仮現運動：踏切の信号 traffic lightApparent motion

運動残効：滝 water fallMotion aftereffect

知覚

刺激

右向きに運動 静止刺激

運動残効 motion aftereffect

運動刺激を３０秒程度観察後、静止刺激をみると逆方向に動いてみえる。平行な運動のみではなく，拡大，縮小回転などにも顕著な効果がある。Afterwatchingmovingstimulus,

motionisseeninastationaryfield.

Rightward motion Static field

perception Motion aftereffect

運動残効

運動残効

知覚

刺激

右向きに運動 静止刺激

運動残効 motion aftereffect

速度０の刺激に対する各チャンネルの出力

運動刺激を３０秒程度観察後、静止刺激をみると逆方向に動いてみえる。平行な運動のみではなく，拡大，縮小回転などにも顕著な効果がある。Afterwatchingmovingstimulus,

motionisseeninastationaryfield.

異なる方向に感度を持つ検出器の選択的な順応によって、運動残効が説明可能。上の例では（右図）、左右の運動に感度を持つ検出器（L,R）に加えて静止刺激に感度を持つチャンネル(S)も仮

定している(多くの方向の検出器を考えても説明可能)。Sensitivitylossofmotiondetectorinonedirectioncausestheunequalresponsesforstaticstimulus.

Rightward motion Static field

perception Motion aftereffect

感度

速度右左

順応Ｌ Ｒ

感度

速度右左

順応Ｌ Ｒ

順応による一方向に対する感度低下が，静止刺激に対する感度のバランスをくずす． Sensitivitylossofmotiondetectorinonedirectioncausestheunequalresponsesforstaticstimulus.

○各方向の運動検出器が静止刺激に感度を持つ事が前提． Assumption: Motion detectors are sensitive to stationary stimulus ○他の説明も可能。Other explanations are possible

運動対比 motion contrast周辺の運動によってより速く運動が感じられる

周辺の運動によって静止対象が逆方向に動いて見えるStaticimageisseeentomoveintheoppositeofthesurroundmotion

誘導運動 induced motion

速く感じるappearedtobefaster

遅く感じるappearedtobeslower

速度分布

運動対比

運動対比

運動対比

誘導運動

運動残効 誘導運動

仮現運動 apparent motion

静止画像の連続呈示 sequential presentation of static images

　テレビ，映画，パラパラ漫画 TV, Movie点滅光源 flickering lights　踏切の信号，ネオンサイン

traffic lights, neon sign仮現運動の種類 types of apparent motion　古典的仮現運動 classical apparent motion　ショートレンジとロングレンジ

short and long range motion　実際運動と仮現運動

real motion and apparent motion

仮現運動の種類types of apparent motion

　古典的仮現運動 classical apparent motion２刺激のオン／オフ on/off of 2 lights

Time1 Time2

classical apparent motion

仮現運動の種類 　ショートレンジとロングレンジ

short range and long rangeランダムドット刺激と古典的刺激

Random dots classical stimulus

短距離，短時間Short distanceShort delay

長い距離，長い時間long distancelong delay

Random dots kinematogram

短時間:長いISI(interstimulus interval)で知覚されないLong delay (long ISI) -> no motion

長時間:長いISI(interstimulus interval)でも知覚されるLong delay (long ISI) -> motion can be seen

短距離:長い移動距離で知覚されないlong distance -> no motion

短距離:長い移動距離で知覚されないlong distance -> no motion

短距離:長い移動距離で知覚されない:　これは見えるlong distance -> no motion: This is not the case

短距離:長い移動距離で知覚されない:　これは見えるlong distance -> no motion: This is not the case

その他，古典的仮現運動はあいまいさを伴う classical apparent motion -> ambiguous perception不連続の知覚を伴う motion & static perception

色の同一性の影響大きくない

Break

白黒図形に色が見える主観色（ベンハムトップ）

視覚情報処理ハンドブック（日本視覚学会編，朝倉書店）より�作成：作内亜樹子・鵜飼一彦（日本福祉大学情報社会科学部）�

Cavanagh & Anstis 1986�

時空間表現とフィルター spatiotemporal diagram and filter

運動と時空間座標表現 spatiotemporal diagram 　運動刺激　時空間座標での傾き検出としての運動検出器Motion detector :

orientation detector in spatiotemporal diagram 錯視的運動視の説明 some illusory motion　仮現運動の検出 detecting apparent motion　コントラスト反転逆転運動

contrast reversal motion -> reverse motion　その他大脳視覚野の方向選択性細胞 direction sensitive cell of visual cortex　時空間受容野 spatiotemporal receptive field　受容野の形成 organizing the receptive field

運動と時空間座標表現spatiotemporal diagram 　運動刺激 motion stimulus

t

y

等速運動は時空間座標では傾いた直線

x

yt

x

y

上向きに運動

運動刺激は，xytの３次元で表現できる．Motion can be expressed in xyt 3D diagram空間を１次元とすると２次元の時空間座標で表現できるSimlified version is xt or yt diagram

運動と時空間座標表現spatiotemporal diagram 　時空間座標での傾き検出としての運動検出器

Motion detector : orientation detector in spatiotemporal diagram

運動刺激は時空間的な傾きに感度をもつ細胞によって運動検出可能

t

y

t

y

運動と時空間座標表現　時空間座標での傾き検出としての運動検出器Motion detector :

orientation detector in spatiotemporal diagram

仮現運動は時空間的な傾きに感度をもつ細胞によって運動検出可能Apparentmotioncanalsobedetected

t

y

仮現運動刺激

t1 t2仮現運動刺激の時空間表現

錯視的運動視の説明　　仮現運動の検出 detecting apparent motion

時空間フィルターは，形状の影響を受けないNo effect of stimulus shapes

形の同一性の影響大きくない，注意による追跡が可能No effect of shapes in coherent motion, attentive tracking causes motion Besed on item shapes

サンプルによる画像の劣化：サンプル周波数が十分高いとき，画像の変化が視覚によって検出されない discontinuity is not detected when sampling rate is high enough

不連続の知覚 perception of discontinuity

粗いサンプル

細かいサンプル

オリジナル 刺激 motion stimulus 視覚応答 visual response 刺激の周波数特性

Frequency domain

時空間座標での傾き検出で説明できる現象空白間隙刺激による運動の逆転

（Shioiriら1989）

コントラストを反転->逆方向運動 Time 1 Time 2

残像によるコントラスト反転->逆方向運動

動きの知覚と形の知覚の並列処理

大脳視覚野の方向選択性細胞Direction sensitive cell in visual cortex

視覚１次野の運動方向選択性：同じ刺激でもある方向に運動すると、大きな応答が得られるが、逆方向では応答しなくなる。Strongresponseinonedirectionbutnotintheopposite

方向選択性directionselectiveresponses

刺激stimulus

時空間受容野 spatiotemporal receptive field

t

y

ネコの視覚野の細胞の受容野DirectionsensitiveRFincatvisualcortex

受容野の形成

+ =

x

t

x

tx

tx

t

方向選択性のない細胞の出力から方向選択性を形成する方法（ひとつのモデル）Directionnon-selectiveRF->selectiveRF

運動視のメカニズムmotion mechanisms時空間周波数フィルター処理

spatiotemporal filter１．動きの知覚 motion perception２．仮現運動 apparent motion３．時空間表現とフィルター

spatiotemporal filter階層処理と高次の運動検出器

multistage processes and high level motion process１．相対運動 relative motion２．大域運動 global motion３．２次運動 second order motion４．パターン運動 pattern motion

２次運動 second order motion

１次運動と２次運動 first and second order motion　運動エネルギー motion energy　様々な２次特徴の動き various second order features２次運動の特徴 second order motion　検出特性 detection property　検出機構 detction mechanism

１次運動と２次運動　運動エネルギー

様々な２次特徴の動き

t

y

仮現運動刺激

t1 t2仮現運動刺激の時空間表現

t

y

時空間的輝度変化が運動方向への偏りを示せば，運動検出器により検出可能　（輝度変化の波の振幅の二乗和の検出という意味で運動エネルギーという言葉を使う）

運動エネルギーの変化がない刺激でも運動は知覚される

T1

T 2

x

t

動きの方向による時空間フィルターの出力に差はない

２次特徴 コントラスト変化 両眼視差 時間変化 速度変化 テクスチャー変化など

右図：テクスチャーの例

Second order motion

コントラスト変調 second order motion: contrast modulation

速度の変調 second order motion: motion modulation

時間変化の変調second order motion: temporal change modulation

２次運動の特徴　検出特性　　低感度，低解像度，周辺視での激しい劣化　　静止刺激に対する運動残効がほとんどない　　背景からの分離，運動による立体視は困難 検出機構

x

t方位選択性フィルター 絶対値／二乗

運動検出器へ

パターン運動 pattern motion

運動視の窓問題 aperture problem運動方向のあいまい性 ambiguity of motion information　複雑なパターンの運動 motion of complicated patternプラッド刺激 plaid motion　要素運動とパターン運動 element and pattern motion　パターン運動の計算過程 model of pattern motion mechanism　

運動視の窓問題運動方向のあいまい性ambiguity of motion information 　

複雑なパターンの運動 motion of complicated pattern

?

?

?

受容野の中の縞の動きからは実際の縞の動きはわからない。

実際の動き

知覚される動き

人間もわからないことがある（barber pole illusion）

局所的な運動信号だけでは予測できない

Receptive field of a cell

プラッド刺激 plaid motion　要素運動とパターン運動element and pattern motion

単独の成分の運動方向 Motion direction

各要素の可能性のある動き方向 Possible direction

パターン運動の計算過程motion of complicated pattern

ベクトル和の可能性 Vector summation

制約線の交点の可能性 Intersection of constraint

プラッド:２つの格子縞を重ねる　要素運動：各縞の運動の知覚　パターン運動：全体の運動の知覚

同一周波数，同一コントラストでパターン運動周波数かコントラストが異なると要素運動

動画に関連するその他の問題 other issues related movies

眼球運動： eye movements静止画ではサッカードのみ動画では追従眼球運動が生じる追跡対象の網膜像は静止像になる（動きは知覚）静止背景の網膜像は運動する

運動によるぼけ：blur by motion運動することによって網膜像がぼける（しかし，物理的な予測よりもぼけは少ないこともあり，運動処理機構によるぼけの減少（motion de-blur）効果と呼ばれる）

速度情報の視知覚への貢献：use of motion signals速度の評価そのものの他に，図形の分離，立体の知覚，自己運動などがある

恒常性に関連して

図と地に関連して

図と地に関連して

本日の講義感想を書いて提出　氏名，学籍番号をわすれずに Please write comments on the today’s lecture. Do not forget the name and student ID.