看了這動圖,你還會相信眼睛嗎?
面對下面這張動圖, 你看到的是兩個順時針旋轉(zhuǎn)的黃藍(lán)相間的圓環(huán),在中心箭頭的指引下做上下左右運動、擴展、收縮。稍微留神一下,你會發(fā)現(xiàn)好像這應(yīng)該是收到箭頭的暗示所產(chǎn)生的幻覺。
▲ 圓圈看起來跟著箭頭移動和變化
為了證實這個錯誤的起因,使用白色圓環(huán)固定中間的箭頭,確認(rèn)指示箭頭并沒有移動。這說看起來圓環(huán)的運動應(yīng)該是由圓環(huán)本身的移動引起的。
▲ 使用白色圓環(huán)標(biāo)定箭頭,它們沒有移動
下面將把箭頭去掉,兩個圓環(huán)還在做同樣的移動。所以證明不是箭頭所做的暗示,圓環(huán)應(yīng)該是在做實際的移動和縮脹。
▲ 去掉箭頭后的變化情況
很多人仍然不放心,干脆在圓環(huán)外邊使用直線框住邊界。天哪!圓環(huán)既沒有移動,也沒有縮脹。那么這個錯覺來自于哪兒呢?
▲ 使用標(biāo)記線來檢查是否圓圈是否移動
那么這個錯覺究竟來自于哪兒呢?
細(xì)心的你最終可能注意到,圓環(huán)的邊緣存在著隱約的不同顏色。下面將圓環(huán)的一段放大后,可以看到其中藍(lán)色一段邊緣會出現(xiàn)一半的黃色邊緣(紅色箭頭指示的地方),一半是藍(lán)色邊緣(紅色箭頭指示的地方)。由于動圖在不同的旋轉(zhuǎn),所以邊緣的這點變化不太明顯。但的確是這點圓環(huán)引起圓環(huán)運動的錯誤。
▲ 圓環(huán)的邊緣出現(xiàn)不同的顏色
下面將邊緣的顏色變化,通過加粗使其明顯??梢钥吹竭@些邊緣變化與圓環(huán)移動方向之間的對應(yīng)關(guān)系。
▲ 邊緣的 顏色與圓環(huán)運動方向
如果圓環(huán)只有對稱的一半圓環(huán)有顏色錯誤,圓環(huán)做定向運動。
▲ 邊緣的 顏色與圓環(huán)運動方向
如果圓環(huán)上下左右四個方向都有顏色邊緣錯誤情況是,則圓環(huán)分別進(jìn)行收縮和膨脹。
▲ 邊緣的顏色與圓環(huán)漲縮方向
如果將圓環(huán)的邊緣去掉,那么就不在會有移動的錯覺了。比如下面,將右邊的圓環(huán)邊緣遮擋住,圓環(huán)的確就固定了。
▲ 將右邊圓圈的內(nèi)緣和外緣遮擋住,移動效應(yīng)消失了
如果只是遮擋圓環(huán)的內(nèi)部邊緣,或者外部邊緣,圓環(huán)的移動錯覺依然存在。
上面的解釋只是告訴我們引起圓環(huán)移動錯覺的來自于圓環(huán)邊緣顏色錯位。但為什么這種邊緣顏色變換引起圓環(huán)整體的移動效果呢?
關(guān)于這一點,深度學(xué)習(xí)三巨頭之一的 Yann LeCun[1] 也給出它的一個解釋:這是發(fā)生在視網(wǎng)膜和大腦初級視覺皮層上的對抗性樣本(Adverarial Sample)所引發(fā)的盲點(即從未看到過的圖像)。人的大腦在認(rèn)知的盲點上極易被愚弄,使用已有的感知去填補這個認(rèn)知空白。
比如,長期的進(jìn)化使得人類的視覺皮層存在很多感知圖像邊緣的算子,這樣可以對外部景象中的變化產(chǎn)生感知。景物運動時,會產(chǎn)生大量邊緣變化。
▲ 人類視覺皮層上的邊緣濾波算子
上面圓環(huán)邊緣顏色變化,很容易激發(fā)這些視覺邊緣算子響應(yīng),對此人腦感知中使用物體運動來解釋這些響應(yīng)信息。
在卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練中,也會存在這樣的“盲點”。如果使用在訓(xùn)練樣本分布區(qū)間之外的圖片輸入的網(wǎng)絡(luò),有時也會出現(xiàn)這樣的錯覺。
比如,下面是在標(biāo)準(zhǔn)的限速路牌上,使用黑膠帶將原來的“35”中的數(shù)字 3 修改一下。原來對路牌數(shù)字訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò),就會將它識別成 “55”。下面的動圖實驗也證明一條黑色膠帶將特斯拉忽悠瘸了。
▲ 被35愚弄的自動駕駛汽車
早晨是一只花鹿, 踩在我的額頭上。
世界是多么美好......
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