Questions and Answers
En el ámbito de la percepción visual, ¿qué factor juega un papel primordial en el reconocimiento de objetos?
Las investigaciones sobre las primeras etapas del procesamiento de la forma se basan en tres enfoques principales. ¿Cuáles son estos enfoques?
En el capítulo, se explora la forma en que el sistema visual procesa la información. ¿Qué objetivo principal tiene este estudio?
Cada uno de los tres enfoques mencionados en el capítulo ofrece un punto de partida distinto para comprender el procesamiento visual inicial. ¿Qué enfoque se centra en la actividad neuronal del sistema visual?
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El capítulo se centra en el procesamiento de la forma. ¿Qué otra característica visual puede ser un factor relevante en el reconocimiento de objetos, aunque no sea el determinante principal?
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¿Qué premio recibieron David Hubel y Torsten Wiesel en 1981?
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¿Quién descubrió la organización de los campos receptivos de las células ganglionares en términos oponentes entre el centro y el contorno?
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¿Cuál es la característica principal de las células simples en cuanto a su forma?
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¿Qué sucede cuando se proyecta un punto de luz sobre una zona on de una célula simple?
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¿Cómo responde una célula simple cuando se aumenta la cantidad de luz sobre una zona excitadora?
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¿Qué tipo de células simples responden preferentemente a bordes de luminancia?
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¿Qué caracteriza a las células que presentan campos receptivos con una zona central alargada?
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¿Cuántas clases de células clasificaron Hubel y Wiesel?
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¿Cuál es la relación entre el tamaño de los campos receptivos de las células simples y la posición en la retina?
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¿Qué función tienen los detectores de líneas en la percepción visual?
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En el modelo propuesto por Hubel, ¿cómo están dispuestas las células que conectan con la célula simple?
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¿Qué describe mejor el campo receptivo de una célula simple según el modelo de Hubel?
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¿Cómo se activa a su máximo nivel una célula simple?
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¿Cuál es la característica principal de las células complejas?
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¿Por qué las células complejas mantienen la excitación sostenida cuando se mueve una línea a lo largo de su campo receptivo?
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¿Cuál es la diferencia principal entre las células complejas y las células simples?
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¿Cuál es la característica fundamental de las células hipercomplejas?
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¿Cómo responden las células complejas a la estimulación estática?
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¿Cuánto porcentaje de células complejas en las láminas superficiales de la corteza estriada muestran selectividad a la dirección del movimiento?
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¿Cuál es el papel de las células simples en la respuesta de una célula compleja?
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¿Cuál es la relación entre las células simples y la célula compleja?
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¿Cómo se organiza la corteza estriada en relación con la retina?
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¿Qué se conoce como magnificación cortical?
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¿Cómo se comporta la representación de la distancia entre las líneas radiales en la autorradiografía?
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¿Qué caracteriza la zona central de la retina en comparación con la zona periférica?
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¿Cuál es el objetivo principal del análisis que la corteza visual realiza en el centro de la retina?
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¿Qué se representa en la autorradiografía?
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Cuál es la función principal de las columnas de dominio ocular en la corteza estriada?
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¿Cómo se comportan las células a lo largo de una columna de dominio ocular?
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¿Qué técnica se utiliza para comprobar la organización de la corteza en columnas de dominio ocular?
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¿Cuál es la característica principal de la transición entre columnas claras y oscuras en la capa 4C?
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¿Qué se puede observar en la Figura 3.4?
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¿Cómo se organizan las células en la corteza estriada en relación con la retina?
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¿Qué capa de la corteza no muestra preferencia por una determinada orientación?
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¿Cuánto cambia la preferencia por la orientación cada 50 micras cuando se penetra el electrodo de registro de manera paralela a la superficie de la corteza?
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¿Cuánto es el cambio de preferencia por la orientación en un milímetro?
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¿Cómo se organiza la preferencia por la orientación en la corteza cuando se penetra el electrodo de registro de manera perpendicular a la superficie?
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¿Qué ocurre con la preferencia por la orientación cuando se cambia la posición del electrodo de registro de manera paralela a la superficie de la corteza?
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¿Qué se entiende por organización modular en la corteza visual según Hubel y Wiesel?
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¿Qué efecto tiene la privación visual en el desarrollo de la corteza visual según las investigaciones realizadas?
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¿Cuál es la relación entre los periodos críticos y la estimulación ambiental en el desarrollo de la corteza visual?
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¿Qué determina la oscilación del periodo crítico para la sensibilidad a la orientación?
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¿Cómo se comportan las células a lo largo de una columna de dominio ocular?
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¿Cuáles son las células que responden selectivamente en los recién nacidos según las investigaciones sobre la corteza estriada?
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¿Qué caracteriza a la preferencia por la orientación en las columnas de la corteza estriada?
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¿Qué cumple la función de un mosaico fundamental en la corteza visual según Hubel y Wiesel?
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¿Cuál es el análisis más elemental que realiza el sistema visual según la teoría de la frecuencia espacial?
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¿Qué función desempeñan las células de la corteza estriada según el análisis mencionado?
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¿Cómo se describe el patrón estimulado que analiza el cerebro, según la teoría de la frecuencia espacial?
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¿Cuál de las siguientes afirmaciones es cierta sobre las células de la corteza estriada?
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¿Qué dificultad plantea el análisis de la respuesta de las células de la corteza estriada según Hubel y Wiesel?
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¿Cuál es uno de los retos en la interpretación del análisis de las características visuales?
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¿Cuál es la característica principal de un estímulo como el mostrado en la Figura 3.6?
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¿Qué es un enrejado en el contexto de la percepción visual?
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¿Cuál es la relación entre las ondas sinusoidales y la frecuencia espacial?
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¿Qué sucede en las transiciones entre zonas claras y oscuras en un enrejado de onda cuadrada?
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¿Por qué son importantes los estímulos como los enrejados sinusoidales en la percepción visual?
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¿Cuál es la unidad de distancia utilizada para medir la frecuencia espacial de un enrejado sinusoidal?
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¿Qué caracteriza la fase de un enrejado sinusoidal?
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¿Cuál es la fórmula para calcular el contraste de un enrejado?
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¿Qué tipo de fase de un enrejado comienza en el punto de máximo valor positivo de amplitud?
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¿Qué caracteriza a la frecuencia espacial de un enrejado?
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¿Cuál es la relación entre el tamaño de la imagen retiniana y la distancia del estímulo?
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¿Qué es lo que se puede relacionar con el tamaño del estímulo y la distancia del estímulo?
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¿Cuál es la función del ángulo visual en la frecuencia espacial?
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¿Qué establece el teorema de Jean Fourier sobre las ondas?
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¿Cuál es la frecuencia del tercer armónico en relación con la componente fundamental?
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¿Cómo se caracteriza la amplitud del quinto armónico en comparación con la componente fundamental?
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¿Qué sucede cuando se añaden componentes armónicos de mayor frecuencia a una onda cuadrada?
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¿Cuál es la característica de los componentes armónicos de una onda cuadrada?
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¿Qué se debe hacer para aproximar más una onda cuadrada a su forma ideal en la práctica?
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¿Qué tipo de onda se describe como la suma de componentes A, B, C y D en relación con la onda cuadrada?
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¿Qué implica la práctica sobre la cantidad de armónicos necesarios para aproximar una onda cuadrada?
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¿Cómo se comporta la corteza visual en relación con la frecuencia espacial?
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¿Qué tipo de receptores se asume que existen en la corteza visual?
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¿Cuál es el resultado del procesamiento de la información en la corteza visual?
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¿Cuál es la relación entre las frecuencias espaciales y los canales en la corteza visual?
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¿Qué implicaciones tiene el modelo de la corteza visual como un analizador Fourier?
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¿Cuál es el campo de estudio que se enfoca en establecer relaciones entre las características físicas de los estímulos y la experiencia consciente?
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¿Cuál es el método utilizado para determinar el umbral de contraste de los sujetos en la detección de enrejados sinusoidales?
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¿Qué se toma como valor de contraste del umbral en la detección de enrejados sinusoidales?
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¿Cuál es el objetivo principal del método de ajustes en la detección de enrejados sinusoidales?
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¿Qué type de tareas se utilizan para medir el umbral de contraste de los sujetos?
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¿Cuál es la características del umbral de contraste?
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¿Qué significa que la sensibilidad al contraste sea el valor recíproco del umbral de contraste?
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¿Cuál es la forma típica de la función de sensibilidad al contraste en condiciones de visión fotópica?
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¿En qué rango de ciclos por grado se sitúa el punto óptimo de sensibilidad al contraste?
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¿Qué ocurre con la sensibilidad al contraste a altas frecuencias espaciales?
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¿Cuál es el efecto de realizar el experimento en condiciones de visión escotópica?
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¿Qué ocurre por encima de aproximadamente 50 ciclos por grado de ángulo visual?
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¿Qué conclusión se puede extraer sobre la sensibilidad a las ondas cuadradas y sinusoidales en el sistema visual?
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Al comparar el umbral de detección de una onda cuadrada de 26 c/gav con una sinusoidal de la misma frecuencia, ¿qué se espera?
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¿Cuál es la relación entre el componente fundamental de una onda cuadrada y sus armónicos según la FSC?
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En comparación entre una onda sinusoidal y una onda cuadrada de 2 c/gav, ¿qué se espera que ocurra?
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¿Cuál es el impacto de una onda cuadrada de 2 c/gav en comparación con su componente fundamental en términos de detección?
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¿Por qué se considera que el sistema visual está dotado de filtros sintonizados a diferentes frecuencias espaciales?
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¿Qué implicación tiene la investigación realizada por Campbell y Robson en la comprensión del sistema visual?
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¿Qué afirmación es correcta sobre la frecuencia espacial y su comparación entre la onda cuadrada y la sinusoidal?
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¿Cuál es la relación entre la FSC y los filtros espaciales?
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¿Qué sucede con la sensibilidad al contraste después de la adaptación a un enrejado sinusoidal?
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¿Qué confirmaron experimentalmente Blakemore y Campbell en 1969?
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¿Cuál es la hipótesis que sugiere la existencia de un único canal para la procesamiento de la frecuencia espacial?
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¿Qué se puede observar en la FSC después de la adaptación a una frecuencia espacial específica?
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¿Qué es lo que se procesa en múltiples canales según la segunda hipótesis?
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¿Quéupporteda la segunda hipótesis?
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¿Qué es el resultado de la actividad de los filtros espaciales?
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¿Qué ocurre cuando se sintetizan dos ondas sinusoidales que están en la misma fase?
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¿Cuál es el impacto de una diferencia de fase de 180° entre dos ondas sinusoidales?
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Según el razonamiento de Graham y Nachmias, ¿cuál sería el resultado si el sistema visual funciona como un modelo de canal único?
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Si el sistema visual analiza estímulos respondiendo a sus componentes sinusoidales, ¿qué deben mostrar ambos estímulos?
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¿Qué afirmación se puede considerar cierta sobre los filtros en el sistema visual según los resultados experimentales mencionados?
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¿Qué variable única varía entre los estímulos utilizados en el experimento de Graham y Nachmias?
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¿Qué se puede deducir de que los resultados del umbral de detección eran iguales para los dos estímulos?
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¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre la amplitud de las ondas es incorrecta en el contexto de estímulos sinusoidales?
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¿Cuál de los siguientes parámetros no es considerado fundamental en el esbozo primario según David Marr?
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¿Qué aspecto describe mejor el proceso de transición de la descripción analógica a la descripción simbólica en el esbozo primario bruto?
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La fase del esbozo primario que se enfoca en los principios de organización para agrupar características primitivas se llama:
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Según Marr, ¿qué tipo de superficies visuales tienen un alto grado de homogeneidad?
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¿Cuál es la principal limitación del esbozo primario en la descripción de una imagen?
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¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre los cambios de luminancia en el esbozo primario es correcta?
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David Marr sostenía que los mecanismos visuales operan con un conjunto de supuestos que se refieren a:
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En el esbozo primario, el resultado final es una representación simbólica que sirve como descripción básica a los restantes niveles de procesamiento. ¿Qué características se incluyen en esta representación?
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¿Cuál es la representación bidimensional que nuestros receptores producen?
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¿Qué clasifican los investigadores en inteligencia artificial (IA) en relación con los bordes?
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¿Cuál es la función principal del esbozo primario bruto?
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¿Qué son las características primitivas?
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¿Cuál es el resultado del esbozo primario bruto?
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¿Cuál es la característica que las células ganglionares y las del núcleo geniculado lateral del tálamo muestran en relación con el operador utilizado por Marr?
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¿Cuál es el papel principal de las células ganglionares en la percepción visual?
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¿Qué autor relacionó las características de las células ganglionares y del núcleo geniculado lateral del tálamo con el operador utilizado en su modelo?
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¿Cuál es la relación entre el campo receptivo de las células ganglionares y del núcleo geniculado lateral del tálamo?
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¿Cuál es el objetivo principal del estudio de Marr en relación con la percepción visual?
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¿Cuál fue la principal aportación de David Marr en el campo de la percepción visual?
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¿Qué aspecto ha sido problemático para la teoría de Marr y Hildreth?
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¿Qué se identifica como un problema central que deben resolver las teorías en el procesamiento visual según Marr?
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¿Qué limitación se menciona sobre los algoritmos propuestos por Marr y Hildreth?
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¿Qué se considera clave en la teoría de percepción visual desarrollada por Marr?
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¿Cuál es el propósito del esbozo primario bruto según Marr?
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¿Cómo se considera el filtrado de las frecuencias espaciales en el análisis de la escena?
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Según Palmer, ¿qué aspecto se considera fundamental en el procesamiento visual?
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¿Qué necesidad tiene el procesamiento de bordes en relación con las frecuencias espaciales?
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¿Qué característica se reduce a los bordes en el análisis visual?
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¿Qué se plantea sobre las investigaciones actuales en la percepción visual?
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Study Notes
Introducción al Procesamiento Visual Inicial
- En el estudio de la percepción visual, la forma es el factor principal que determina el reconocimiento.
- El capítulo se centra en tres aportaciones clave para entender las primeras fases del procesamiento de la forma:
Enfoques de Investigación
- Investigación fisiológica del sistema visual: se enfoca en el funcionamiento interno del sistema visual.
- Investigación psicofísica: se interesa por la relación entre los estímulos visuales y las respuestas del individuo.
- Teoría computacional de la visión: se basa en la simulación de procesos visuales a través de algoritmos y modelos computacionales.
Investigaciones de Hubel y Wiesel
- En 1981, David Hubel y Torsten Wiesel recibieron el premio Nobel de fisiología y medicina por sus trabajos sobre los campos receptivos de las células del córtex estriado.
- Hubel y Wiesel clasificaron las células del córtex estriado en tres clases: células simples, células complejas y células hipercomplejas.
Células Simples
- Tienen campos receptivos con una forma más complicada que las células ganglionares o las del núcleo geniculado del tálamo.
- Presentan la estructura antagónica "centro-contorno", donde tanto el centro como el contorno pueden ser excitadores (on) o inhibidores (off).
- La respuesta de la célula aumenta de forma lineal a medida que aumenta la cantidad de luz sobre una zona excitadora, o disminuye a medida que aumenta la cantidad de luz sobre una zona inhibidora.
- La geometría de los campos receptivos da lugar a diferentes tipos de células simples.
- La mayoría tienen campos receptivos alargados y responden preferentemente a líneas o bordes de una determinada orientación y posición en la retina.
- Unas células tienen un área excitadora en un lado y otra área inhibidora en el otro, respondiendo preferentemente a bordes de luminancia formados por la transición de luz a oscuridad (detectores de bordes).
- Otras células presentan campos receptivos con una zona central alargada, que puede ser excitadora o inhibidora, flanqueada a uno y otro lado por zonas antagónicas, respondiendo preferentemente a líneas claras u oscuras de una determinada orientación y posición en la retina (detectores de líneas o detectores de barras).
- El tamaño de los campos receptivos de las células simples depende de su posición en la retina con relación a la fóvea, siendo más pequeños en la zona de la fóvea que en la periferia.
- Hubel propuso un modelo que ilustra las conexiones entre cuatro células con campos receptivos circulares y una célula simple, donde cada una de las cuatro células tiene un campo receptivo de centro on y contorno off, y los centros de estas cuatro células se encuentran dispuestos a lo largo de una línea.
Células Complejas
- Las células complejas son las más abundantes en la corteza visual estriada, representando un 75% de las células en esta área.
- Responden exclusivamente a líneas con una orientación específica.
- Tienen campos receptivos ligeramente más grandes que las células simples.
- No responden de forma específica a la posición de una línea dentro del campo receptivo, es decir, cualquier posición dentro del campo receptivo puede provocar la excitación.
- Son muy sensibles al movimiento de las líneas y no responden a estímulos de luz estacionarios.
- La respuesta no es lineal respecto a la cantidad de luz recibida.
- Reciben información de varias células simples que se distribuyen y se solapan sobre la totalidad del campo receptivo de la célula compleja.
- Se activan siempre que su campo receptivo es estimulado por una línea con la orientación apropiada.
Características de la Respuesta de las Células Complejas
- La respuesta es breve si la estimulación es estática, ya que solo un número pequeño de células simples disparará y pronto se adaptarán.
- La respuesta es sostenida si el estímulo se mueve a lo largo del campo receptivo, evitando el problema de la adaptación y manteniendo la excitación.
Células Hipercomplejas
- La característica fundamental de las células hipercomplejas es una disminución de su respuesta cuando la longitud de la línea que la estimula aumenta por encima de un límite.
- También se les conoce como células con inhibición final, ya que se cree que son grupos particulares de células que presentan una sensibilidad gradual a la presencia de una terminación.
Organización retinotópica en la corteza estriada
- La corteza estriada conserva la topografía de la retina, ya que las áreas adyacentes en la retina se proyectan en áreas adyacentes en la corteza.
- La representación retinotópica en la corteza estriada se caracteriza por la magnificación cortical, es decir, la zona central de la retina ocupa un área más amplia en la corteza que la zona periférica.
- La magnificación cortical se debe a la mayor densidad de receptores en el centro de la retina, lo que permite un análisis más detallado en la corteza visual central que en la periferia.
- La distancia entre las líneas radiales en la representación cortical tiende a igualarse, a pesar de ser muy diferente en el estímulo.
Columnas de dominio ocular
- Al introducir un electrodo en la corteza estriada, perpendicular a su superficie, se observa que todas las células a lo largo responden de forma preferente a la estimulación de un determinado ojo.
- Si el electrodo se introduce de forma oblicua a la superficie, en paralelo, el predominio de un ojo sobre el otro se alterna, repitiéndose la secuencia a lo largo de la trayectoria.
- Esto se obtiene mediante técnicas de registro unicelular y pone de manifiesto una organización de la corteza en columnas.
- Cada columna está formada por conjuntos de células que responden con preferencia a un ojo, y todas ellas se organizan de forma alternante respecto al ojo dominante.
- La Figura 3.4 muestra un corte tangencial a la superficie del área VI de un mono, que ilustra la organización alternante de columnas claras y oscuras de cada ojo respectivamente.
- La transición brusca desde las zonas claras a las oscuras es característica de la capa 4C.
- En el resto de las capas, la alternancia es más suave y gradual, pasando de columnas con preferencia por un ojo a otras con menor preferencia y a otras claramente binoculares, antes de llegar a las columnas con preferencia por el otro ojo.
Columnas de orientación
- La forma en que se organizan las células simples y complejas en la corteza cerebral muestra una regularidad curiosa en cuanto a la preferencia por una determinada orientación.
- La preferencia por una orientación se mantiene constante cuando la penetración del electrodo de registro es perpendicular a la superficie de la corteza.
- Todas las capas de la corteza exhiben una preferencia por una orientación determinada, excepto la capa 4.
- Cuando la penetración del electrodo es paralela a la superficie, se produce una secuencia regular de cambios en la preferencia por la orientación.
- Cada vez que el electrodo avanza unas 50 micras, la preferencia por la orientación cambia unos 10º de ángulo, ya sea en sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario.
- En aproximadamente un milímetro, el cambio total de preferencia es de unos 180º.
Organización modular de la corteza
- La propuesta de Hubel y Wiesel (1968) sugiere que las 6 capas de la corteza están organizadas en módulos o hipercolumnas, distribuidas de forma perpendicular a la superficie.
- Las dimensiones de los módulos varían de una capa a otra, pero la organización funcional es la misma.
- La figura 3.5 muestra las columnas alternantes de dominio ocular, izquierdo y derecho (I D I D...), así como la organización de las columnas de orientación.
Desarrollo de la corteza visual estriada
- La investigación de Hubel y Wiesel demostró que la organización de la corteza visual estriada depende de factores de herencia y medio ambiente.
- Existen células que responden selectivamente a la orientación en los recién nacidos.
- Hay periodos críticos en las primeras semanas de vida donde es necesaria la estimulación ambiental para lograr un desarrollo normal de las células de la corteza estriada.
Periodos críticos
- La sensibilidad a la orientación tiene un periodo crítico entre la 1a y la 5a semana de vida.
- El dominio ocular tiene un periodo crítico entre la 5a y la 10a semana de vida.
- El periodo crítico se relaciona con el nivel que ocupan las células en el sistema visual y tiene lugar antes para aquellas que ocupan un nivel más bajo.
Análisis de la frecuencia espacial
- Las células de la corteza estriada responden selectivamente a características estimulares simples como la orientación y el movimiento de líneas y bordes.
- Sin embargo, una línea luminosa no es el único estímulo que puede activar una célula, otros estímulos también pueden lograrlo.
- La teoría de que el cerebro analiza patrones estimulares en términos de líneas y bordes requiere una teoría de la percepción que demuestre que todos los objetos y formas pueden descomponerse en esos términos.
- La teoría de la frecuencia espacial surge como una alternativa, sugiere que el análisis más elemental de los objetos se realiza en términos de componentes de frecuencia espacial.
- El patrón estimular se considera como una onda compleja de intensidad luminosa que es analizada por el cerebro en términos de sus componentes elementales de frecuencia espacial.
- Las células de la corteza estriada actúan como filtros espaciales, respondiendo selectiva y preferentemente a una determinada banda de frecuencias.
Análisis de Ondas
- Una onda se puede descomponer en componentes simples llamados ondas sinusoidales.
Componentes de una Onda Sinusoidal
- La onda sinusoidal se refiere al dominio del espacio.
- El estímulo correspondiente a la onda sinusoidal varía en intensidad a lo largo de la dimensión horizontal con oscilaciones suaves.
Características del Enrejado
- Un enrejado es un estímulo que varía en intensidad a lo largo de la dimensión horizontal con oscilaciones suaves de zonas claras y oscuras de igual amplitud a intervalos iguales.
- Un enrejado sinusoidal tiene transiciones suaves y continuas entre zonas claras y oscuras.
- Un enrejado de onda cuadrada tiene transiciones bruscas entre zonas claras y oscuras.
Importancia de los Enrejados
- Los enrejados sinusoidales son los estímulos más simples para estudiar la sensibilidad del sistema visual a la frecuencia espacial.
- Las ondas sinusoidales son los elementos más simples en que se puede analizar una onda.
Parámetros de un enrejado sinusoidal
- La frecuencia espacial se mide en número de ciclos por grado de ángulo visual (c/gav) y está directamente relacionada con las características espaciales del estímulo.
- La frecuencia espacial es inversamente proporcional al tamaño de las zonas claras y oscuras, es decir, cuanto más anchas sean, menor será la frecuencia espacial.
La amplitud de onda y el contraste
- La amplitud de onda se refiere a la mayor o menor intensidad luminosa de las zonas claras u oscuras del enrejado.
- El contraste se calcula como la diferencia entre las intensidades luminosas máxima y mínima, dividida entre la suma de ambas: Contraste = (Imax - Imin) / (Imax + Imin).
La fase de un enrejado
- La fase se refiere a la posición de la oscilación de la onda sinusoidal en un momento dado, y se mide en grados (de 0 a 360°).
- Existente cuatro tipos de fase: seno (comienzo de inflexión en sentido positivo), coseno (punto de máximo valor positivo de amplitud, 90°), antiseno (comienzo de inflexión en sentido negativo, 180°) y anticoseno (punto de mínimo valor de amplitud, 270°).
La orientación de un enrejado
- La orientación se refiere al grado de desviación de la vertical que presentan las zonas claras y oscuras del enrejado, y se expresa en grados a partir de la vertical en sentido contrario al reloj.
Análisis de Fourier
- La teoría del análisis de ondas de la física se puede aplicar para investigar la validez y el alcance del patrón de estimulación visual en términos de ondas.
- En 1822, Jean Fourier propuso su teorema fundamental sobre las ondas, que establece que cualquier onda se puede expresar de manera única como la superposición de ondas sinusoidales de frecuencias y amplitudes definidas.
Componentes de una onda cuadrada
- El componente fundamental es una onda sinusoidal de igual frecuencia y amplitud que la onda cuadrada.
- Los componentes armónicos tienen una frecuencia que es un múltiplo impar de la frecuencia fundamental y su amplitud varía en función de su orden.
- El tercer armónico tiene 3 veces la frecuencia del componente fundamental y 1/3 de su amplitud.
- El quinto armónico tiene 5 veces la frecuencia del componente fundamental y 1/5 de su amplitud.
- Cada nuevo armónico que se añade contribuye al total una amplitud cada vez más pequeña.
Síntesis de una onda cuadrada
- En la práctica, la síntesis de una onda cuadrada puede aproximarse utilizando un pequeño conjunto de armónicos, aunque en teoría el número de componentes sinusoidales de una onda cuadrada sea infinito.
Filtrado de imágenes
- Los componentes de frecuencia espacial baja de una imagen proporcionan información sobre los aspectos globales de la imagen.
- Los componentes de frecuencia espacial alta de una imagen proporcionan información sobre los detalles de la imagen.
El análisis de Fourier como modelo en el sistema visual
- El sistema visual puede tener filtros diferencialmente sintonizados a un rango específico de frecuencias espaciales, lo que sugiere que la corteza visual se comporta como un analizador Fourier.
- Un analizador Fourier descompone el patrón estimular en sus elementos constituyentes de frecuencia espacial.
- Se propone la existencia de un conjunto de receptores que responden diferencialmente a distintas frecuencias espaciales.
- Las frecuencias espaciales altas serían procesadas por canales diferentes a los que procesan las frecuencias espaciales medias y bajas.
Evidencia Experimental del Filtro de Frecuencia Espacial
- La evidencia experimental más relevante que sostiene la existencia del filtro de frecuencia espacial proviene de la psicofísica.
- La psicofísica es la rama de la investigación psicológica que busca establecer relaciones entre las características físicas de los estímulos y la experiencia consciente.
- Utiliza métodos comportamentales para analizar la ejecución del sujeto en tareas precisas y hacer inferencias sobre la naturaleza de los procesos que intervienen en la tarea.
Tareas de Detección y Umbral de Contraste
- Se han utilizado tareas de detección para medir el umbral de contraste de los sujetos.
- El umbral de contraste se refiere al contraste mínimo necesario para distinguir un enrejado sinusoidal de una escena de luminancia homogénea.
- Para determinar la cantidad de contraste necesaria, se utiliza el método de ajustes.
- En el método de ajustes, el sujeto controla el contraste hasta que el enrejado resulta mínimamente perceptible.
- El valor de contraste del umbral se toma como el que produce un % determinado de respuestas correctas.
Función de Sensibilidad al Contraste (FSC)
- La FSC se obtiene mediante un experimento psicofísico que mide el umbral de contraste utilizando enrejados sinusoidales de diferentes frecuencias espaciales.
- La sensibilidad al contraste es el valor recíproco del umbral de contraste, es decir, cuanto menor sea el valor de contraste de su umbral, mayor será la sensibilidad al contraste.
- La FSC relaciona la sensibilidad al contraste con la frecuencia espacial de los enrejados empleados.
Características de la FSC
- La FSC tiene forma de U invertida y suele ser representada en coordenadas logarítmicas.
- El punto óptimo de sensibilidad se sitúa entre los 4 y los 5 ciclos por grado de ángulo visual.
- La sensibilidad al contraste disminuye progresivamente a medida que aumenta la frecuencia espacial.
- Por encima de aproximadamente 50 ciclos por grado de ángulo visual, no somos capaces de percibir diferencias entre un enrejado y una superficie de luminancia homogénea.
Visión Escotópica
- Si el experimento se realizara en condiciones de visión escotópica, la sensibilidad a las frecuencias sería mucho menor.
- La pérdida de sensibilidad afectaría más a las frecuencias altas que a las bajas, ya que la falta de contribución de los conos reduce la agudeza visual en los detalles.
Predicciones a partir de la FSC
- La función de sensibilidad al contraste se utiliza para explorar la presencia de filtros sintonizados a rangos específicos de frecuencias espaciales.
- Campbell y Robson (1968) compararon la sensibilidad a ondas cuadradas y ondas sinusoidales para determinar si el sistema visual analiza patrones estimulares en términos de componentes sinusoidales.
- Predicción 1: el umbral de detección de una onda cuadrada de 26 c/gav es igual al de una onda sinusoidal de la misma frecuencia, ya que el sistema visual solo responde a la onda sinusoidal de 26 c/gav.
- Predicción 2: el umbral de detección de una onda cuadrada de 2 c/gav es más bajo que el de una onda sinusoidal de la misma frecuencia, debido a la presencia de un armónico de 6 c/gav que eleva la sensibilidad.
Resultados y conclusiones
- Campbell y Robson encontraron que las predicciones se cumplían, lo que sugiere que el sistema visual está dotado de filtros sintonizados a rangos determinados de frecuencia espacial.
- El experimento confirma que el sistema visual analiza patrones estimulares en términos de componentes sinusoidales.
Los Posefectos de Frecuencia Espacial
- La figura 3.12 muestra la posible relación entre la FSC (Función de Sensibilidad al Contraste) y un conjunto de hipotéticos filtros espaciales.
- Si existen múltiples filtros espaciales, la FSC es el resultado de la actividad de todos, es la envolvente que encierra y reúne el comportamiento de muchos canales, cada uno de ellos sintonizado a un rango limitado de frecuencias espaciales.
Hipótesis sobre la Adaptación y la FSC
- Primera hipótesis: la frecuencia espacial se procesa por un único canal y la FSC refleja el estado de ese canal, por lo que la adaptación producida por la exposición prolongada al enrejado afectará a todas las frecuencias espaciales y la FSC posterior a la adaptación mostrará una menor sensibilidad.
- Segunda hipótesis: existen varios canales sintonizados a diferentes frecuencias espaciales, la adaptación producida por la exposición prolongada afectará únicamente a los receptores sintonizados con esa frecuencia, por lo que la FSC posterior a la adaptación mostrará una menor sensibilidad únicamente para las frecuencias iguales a las utilizadas en la fase de adaptación.
Evidencia Experimental
- Blakemore y Campbell (1969) confirmaron experimentalmente la aparición de baches en la FSC posterior a la adaptación, lo que sugiere la existencia de canales múltiples.
- La sensibilidad para las frecuencias que no habían sufrido adaptación permaneció sin cambio, lo que apoya la segunda hipótesis.
Manipulación de la Fase de los Enrejados
- La síntesis de dos ondas sinusoidales en la misma fase produce una onda compleja cuya amplitud es igual a la suma de las amplitudes de los componentes sinusoidales.
- La síntesis de dos ondas sinusoidales con una diferencia de fase de 180° produce una onda compleja cuya amplitud es igual a la diferencia de las amplitudes componentes.
- La figura 3.13 muestra las ondas de enrejados utilizados por Graham y Nachmias (1971), con la fila inferior que representa la forma de las ondas complejas utilizadas como estímulo, y las dos primeras filas que representan los componentes sinusoidales utilizados para sintetizar los estímulos.
- La amplitud y frecuencia de los componentes es la misma para ambos estímulos, y lo único que varía es la secuencia de fase de sus componentes.
- El razonamiento de Graham y Nachmias plantea que si el sistema visual funciona según un modelo de canal único, el estímulo A sería más fácil de detectar que el estímulo B, debido a que el contraste es mayor en A que en B.
- Sin embargo, si el sistema visual analiza el estímulo respondiendo diferencialmente a sus componentes sinusoidales, entonces los dos estímulos mostrarían el mismo umbral de detección, ya que la amplitud y frecuencia de sus componentes es la misma.
- Los resultados experimentales muestran que el umbral de detección es igual para los dos estímulos.
- Aunque no se han aislado los filtros en el nivel fisiológico, los resultados experimentales apuntan hacia la existencia de múltiples canales o filtros en el sistema visual.
La Aproximación Computacional
El Esbozo Primario
- El propósito del esbozo primario es hacer explícitos los cambios de intensidad de la imagen y su distribución geométrica.
- La descripción explícita se basa en características primitivas simbólicas, que según David Marr son: bordes, barras, manchas, orientación y contraste.
- Los parámetros fundamentales de estas características son: posición, tamaño, terminaciones, manchas, orientación y contraste.
- El punto de partida es la imagen bidimensional y el resultado final es una representación simbólica organizada en conjuntos de características.
- David Marr creía que el sistema visual se vuelve simbólico muy pronto, en la primera fase de procesamiento, simplificando la descripción de la imagen pero conservando lo importante para su análisis.
- Marr asume que los mecanismos visuales operan con supuestos generales sobre la naturaleza de las imágenes, como la estabilidad y homogeneidad de las superficies y la suavidad de las transiciones de luminancia.
Fases del Esbozo Primario
- El esbozo primario bruto: se enfoca en pasar de la descripción analógica (distribución de luminancia) a la descripción simbólica (características primitivas).
- El esbozo primario completo: se dedica a la exposición de los principios de organización que permiten agrupar las características primitivas en conjuntos y zonas.
El Esbozo Primario Bruto
- El procesamiento visual comienza con la imagen más simple posible, una representación bidimensional de los niveles de intensidad luminosa.
- Esta representación es monocromática, monocular y estática, comparable a una imagen en blanco y negro en una televisión compuesta por píxeles individuales con diferentes niveles de intensidad luminosa.
- El esbozo primario bruto describe los cambios de luminancia en diferentes escalas.
- Esta descripción clasifica los cambios de luminancia en categorías de características primitivas, como bordes, que son estudiadas por investigadores en inteligencia artificial, como David Marr (1980).
Bases fisiológicas del esbozo primario bruto
- Marr se enfocó en la realización física de los procesos en el cerebro humano relacionados con el cómputo de los puntos de cruce de cero.
- Las células ganglionares y las del núcleo geniculado lateral del tálamo muestran características similares a las del operador utilizado por Marr en su trabajo.
- El campo receptivo de estas células es relevante para entender los procesos fisiológicos involucrados en la visión.
- Marr relacionó los mecanismos cerebrales con los conceptos teóricos de su modelo de procesamiento visual.
- El estudio de la fisiología cerebral es fundamental para comprender la base biológica del procesamiento visual.
Valoración de la teoría de David Marr
- En el campo de la visión de máquinas, se han desarrollado varios algoritmos útiles para aplicaciones específicas.
- La teoría de Marr y Hildreth presenta una problemática en la integración de escalas de puntos de cruce de cero.
- Marr y Hildreth no proporcionaron un algoritmo preciso para resolver este problema.
- La principal aportación de David Marr fue cambiar la forma de pensar en la percepción visual, teorizando sobre los problemas centrales que toda teoría debe resolver en cada nivel de procesamiento.
Importancia de los conceptos de filtros de frecuencia espacial y detectores de características
- Los conceptos de filtros de frecuencia espacial y detectores de características son fundamentales en la teoría de la percepción de la forma.
- Estos conceptos son la base de gran parte de la teoría de la percepción de la forma en la actualidad.
Propósito del esbozo primario bruto
- El propósito del esbozo primario bruto es obtener una descripción simbólica de características primitivas del mundo físico.
- Esta descripción simbólica se utiliza para construir las siguientes etapas del procesamiento visual.
Filtrado de frecuencias espaciales
- El filtrado de frecuencias espaciales se reduce a una fase previa de análisis de la escena en diferentes escalas.
- El análisis de frecuencias espaciales sirve para determinar las características.
Investigaciones actuales sobre percepción visual
- Muchas investigaciones actuales sobre percepción visual, como el análisis de la textura, de las superficies, de la visión estereoscópica, etc., parten de una descripción del input en términos de frecuencias espaciales.
- Este enfoque es más eficaz para sus propósitos.
Esquema de procesamiento visual
- Palmer (1999) propone un esquema de procesamiento visual que parte del análisis de los componentes de frecuencia espacial del estímulo.
- Este análisis se considera el procesamiento más básico y fundamental.
- El análisis de frecuencia espacial sirve de fundamento a los demás tipos de análisis.
Análisis de bordes
- El procesamiento de bordes también requiere del análisis de la frecuencia espacial.
- El análisis de bordes se lleva a cabo de forma modular y en paralelo con otros tipos de análisis.
- Las características importantes se reducen a los bordes, pero incluso el análisis de estos pierde el carácter fundamental que David Marr le concede en su teoría.
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Description
Este capítulo se centra en la percepción visual y el procesamiento de la forma. Se exploran investigaciones fisiológicas, psicofísicas y teorías computacionales de la visión. Aprende sobre las primeras fases del procesamiento visual.
