科學新知:依人類視覺系統設計超強電腦

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【大紀元8月15日訊】(大紀元記者林節編譯報導)自從1994年科學界提出運用DNA概念,創造速度更快、體積更小、功能更強的電腦以來,科學家一直不遺餘力地埋首研究,希望成功地將遺傳密碼應用到電腦計算方面。不過在這個過程中,一項以人類視覺神經來強化電腦的努力,已初具成果。

紐約倫斯勒理工學院(Rensselaer Polytechnic Institute)的認知科學助理教授馬克.錢次(Mark Changizi)是該項科研的帶頭人,他已研發出一套方法,可將人類的視覺神經系統電腦程式化,此研究結果已刊登在《感知》(Perception) 期刊上。

根據錢次的理論,若想妥善運用人類視覺系統的運算功能,就必須將電腦程式以下列方式視覺化:當某人一看到代表性的事物,視覺系統自然的就能計算出結果並產生一個感知。

在日常生活中,人們在瞥見複雜視覺信息的瞬間,視覺系統就可以自動且毫不費力地產生感知,並將計算結果通知我們大腦。錢次所開發的電腦系統也想達到這樣的效果,即電腦在檢測到視覺信息時,就自動地運算產生結果。

藉由將數位電路視覺表述化,錢次已成功地應用了他的理論,來達到上述目的。數位電路是用來執行大型且重要的邏輯運算,廣泛應用在計算機、電腦、電話、以及當今大多數電子產品中。數位電路是從數位邏輯閘(logic gate)的組合所衍生出來的,而且輸出的數值通常只為0或1。

錢次利用視覺刺激來誘發觀察者對物體的認知產生兩種結果:一、傾向觀察者(輸出數值為1);二、遠離觀察者(輸出數值為0)。如同數位電路需要電線來傳輸信號至電路的各個區域一樣,數位電路的視覺表述中所謂的「電線」就是圖像的一部份,圖像只能以兩種模式(傾向觀察者或遠離觀察者)被感知。在數位電路中,輸入值不是0就是1;同樣地,對視覺圖像化後的電路,其輸入值也是:0或1。

在錢次的方法中,他使用簡單、清晰盒子的圖案來作為圖像化後數位電路的輸入值。藉著盒子的位置與明暗程度,就能判斷出影像往哪個方向傾斜。

錢次同時也創造了以下幾個以視覺表示的數位邏輯閘:一、反閘(NOT GATE):可將電路狀態由1翻轉為0或由0翻轉為1;二、或閘(OR GATE):如果一個或二個輸入值都是1,那麼輸出值就為1;三、及閘(AND GATE):當二個輸入值同時為1時,其輸出值為1。

通過檢測錢次所設計的數位電路視覺圖像,從輸入一路到輸出,這一模擬人視覺的電腦認知系統會自動地計算出數值,所以電路的「輸出」就是類似人們所感知到的最後一個盒子的傾斜方向,可能是0或1。

錢次表示,該視覺電路在教學邏輯上也有許多發展的潛力。「許多人對邏輯性推理能力相當欠缺,有朝一日,視覺電路可以讓欠缺邏輯的人,經由複雜的電腦邏輯程式認清他們的道路。」

錢次的視覺模擬系統雖然成功地模擬了人們的知覺反應,不過,仍有嚴重的困難需要克服。目前該系統的視覺邏輯閘門還無法每次都能輸出恰當的知覺結果。也許需要訓練視覺系統來提高視覺電路輸出的精確度,錢次稱,這就像要經由教導才能學會閱讀一樣。

此外,發展出更大規模的電路,需要更小或更專業的視覺電路元件。錢次期望其他的感知與幻象專家能研發出更為新穎的視覺元件,來模擬一些數位電路的組件,那麼視覺電路的能力將更趨完善,而依賴人類視覺原理來設計超強電腦的努力也將會出現更大成效。
(http://www.dajiyuan.com)

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