视知觉的拓扑结构
人眼特征及视觉感知解析
人眼特征及视觉感知解析人眼是视觉系统的关键组成部分，它通过感知光线，并将其转化为大脑可以理解的信息。
人眼的特征和视觉感知涉及到眼睛的结构以及大脑对这些信息的处理。
人眼的特征包括眼球、角膜、瞳孔、晶状体、视网膜和视神经等组成部分。
眼球是一个球状结构，有助于保护和支撑眼睛内部组织。
角膜是位于眼球前部的透明圆形组织，它提供了大约三分之二的光线折射，并帮助对入射光线进行聚焦。
瞳孔是角膜中央的一个黑色圆孔，它通过调节大小来调节光线的进入量。
晶状体位于瞳孔后面，它负责对光线进行进一步的聚焦。
视网膜是人眼中最重要的组成部分之一，它是眼睛内的感光器官。
视网膜包含有大量的光敏细胞，其中主要有两种类型：锥状细胞和杆状细胞。
锥状细胞负责视觉的彩色感知，而杆状细胞负责在弱光条件下的黑白视觉。
视网膜上的光敏细胞将所接收到的光信号转化为神经信号，并通过视神经传输到大脑。
大脑是视觉感知的关键部分，它负责对来自眼睛的信息进行解析和解释。
当光信号通过视神经达到大脑时，大脑会对这些信号进行处理和分析，以产生一个完整的视觉感知。
大脑的不同区域负责不同方面的视觉感知，例如颜色、形状、运动等。
除了这些基本的眼睛特征和大脑的处理，视觉感知还涉及到其他一些复杂的机制。
例如，眼睛中的视觉系统对于深度感知和空间感知也起着重要作用。
这包括光线在不同眼睛之间的差异和角度变化，从而帮助我们感知到三维物体和环境。
此外，视觉感知还受到许多其他因素的影响。
这包括光的亮度、颜色和对比度等。
不同的光条件和环境条件会对我们的视觉感知产生影响。
另外，个体的视觉能力和经验也会对其视觉感知产生影响，例如，眼睛的近视或远视情况以及通过训练和经验所获得的对不同物体和场景的识别能力。
总的来说，人眼的特征和视觉感知是一个复杂的过程，涉及眼睛结构和大脑处理这些信息的机制。
了解这些特征和机制有助于我们更好地理解人类视觉系统的工作原理，并对其进行研究和应用。
知觉实验
证据2： 证据 ：封闭性和图形结构的优势效应
A.特征检测理 特征是构成任何图 A.特征检测理论：特征是构成任何图形的基本 特征检测 元或成份。 维图形来 形来说 特征就是边 单元或成份。对两维图形来说，特征就是边、 角 、 曲 线。 人的识别 识别系 在接受输入的刺激信息之后， 人的识别系统在接受输入的刺激信息之后，首 行特征分析，找出输 先进行特征分析，找出输入刺激具有哪些特征 然后把他们 长时记忆中的各 特征表征进 中的各种 ，然后把他们和长时记忆中的各种特征表征进 行比较 一旦与长时记忆中的某张特征表获 长时记忆中的某 行比较，一旦与长时记忆中的某张特征表获得 最佳匹配， 个刺激便被识别 识别。 最佳匹配，这个刺激便被识别。
2005年，国际知觉杂志《Visual Cognition 年 国际知觉杂志《 》以专辑的形式刊载了陈霖的成果并配 发了大量国际著名学者的肯定性评论的 文章。 文章。 2003年，当选为中科院院士。2004年， 年 当选为中科院院士。 年 求是杰出科学家奖” 获“求是杰出科学家奖”。
是拓扑学？ 2. 什么是拓扑学？ 拓扑学是由英文“Topology”音 拓扑学是由英文“Topology”音译而来 它是一种几何学，研究的是几何图 的，它是一种几何学，研究的是几何图 形的一类特殊性质 拓扑性质 形的一类特殊性质，即“拓扑性质”。
特征理论的生理水平上的证据 特征理论的生理水平上的证据 生理水平上的 来自Hubel和Wiessel发现在哺乳动物的皮 来自 和 发现在哺乳动物的皮 层发现了对一定朝向的线段敏感的神经 生理水平上找到了证据。 上找到了证据 元，在生理水平上找到了证据。 行为水平上的证据 行为水平上的证据 Olson 和 Attneave的实验支持了特征检测 的实验支持了特征检测 理论的重要性。 理论的重要性。
视觉和触觉
火焰让人觉得非 常灼热，你的手 会迅速远离它
冰块让人觉得硬、冷和湿 36 Reading
猫的皮毛让人觉得 柔软而温暖
的 还 是 冷 的，或者 是 痒 痒 的 。最 敏 感 的 部 分 ，即 感
受 器 最 多 的 部位 ，是 眼 睛 、舌 头 、嘴 唇 、手
指、脚和脚趾。
角膜是眼 睛的窗口
在亮处，瞳孔缩小， 保护视网膜
瞳孔是使光线进入 眼睛的小孔
晶状体将光线聚集 在视网膜上
用眼睛看
光线通过清澈的角膜进入 眼睛内。然后通过瞳孔，由晶状 体将其会聚在视网膜上。这一层 薄薄的膜含有对光线敏感的细 胞 ，覆 盖 在 眼睛 的 后 部 。 当 光 线 照 射 到 这些 细 胞 上 时 ，它 们 主 不 向脑发出信号。在脑部，这些信 号 被 转 换为 图 像 ，我 们 就 可 以 看 见东西了。
脑
洞
大
百科全书
开
视觉和触觉
北京洪恩教育科技有限公司 供稿
眼睛和皮肤是感觉器官。它们使脑能够不断更新 信息，了解身边发生的事情。二者都含有几百万个微小 感受器，可以沿着神经向脑发送信息。眼睛里的感受器 对光有反应，并通过脑使我们看到这个世界。皮肤中的 感受器对碰触有反应，使我们能够感受事物。
明亮的眼睛
为了让我们看 得见 ，就 必须 有 适 量 的光线进入眼睛。在 暗处 ，瞳 孔扩 大 使 更 多的光线进入。在亮 处，瞳孔 缩小 使 视 网 膜不受损伤。
血管滋养着眼睛
视网膜细胞将光 转变为神经信号
有色的虹膜可以 改变瞳孔大小
在暗处，瞳孔扩大， 使更多的光线进入
正常大小的瞳孔
眼 睛 的 横 切 面 图
视神经将 信号传递 给脑
触觉
视觉与感知觉
第七章视觉与感知觉视觉与视知觉一、视觉系统1.眼睛：水平剖面图——角膜~前房（支撑保护晶状体）~瞳孔（调节进光量）~晶状体，睫状肌（调节晶状体，同时也可提供视觉线索）~玻璃体（支撑保护晶状体）~视网膜（包括感光的视锥细胞密集的中央窝）~脉络膜（血管丰富-提供营养，坚硬-提供保护，含色素细胞-形成遮光暗房）~巩膜（坚硬有弹性-保护作用）~视神经乳头（盲点）视轴方向也提供深度知觉的肌肉线索盲点的测定：注视点为A（锥体细胞参与），余光看B，B移动，在某一位置消失~盲点多个杆体细胞具有共同的神经纤维（高感受性）——对光敏感，绝对阈限低，在暗环境下工作。
每个锥体细胞都有自己的神经纤维（高区分度）——可感知颜色、细节，在光亮环境工作。
注视细节时，光线集中刺激中央窝，作用于锥体细胞。
2.视神经通路与大脑对侧加工：左右视野~右左大脑半球通路：锥体杆体细胞~双极细胞~神经节细胞~视神经~视交叉~视束~上丘，顶盖前区，双侧动眼神经副核。
或（外侧膝状体，17区）双极细胞接收光感受器的信号输入，在整合后传递至无长突细胞和神经节细胞（附图）。
在视网膜信号的传递中，双极细胞显示出两个重要功能：一是把视觉信号分流为给光(ON)和撤光(OFF)信号；二是通过其与无长突细胞和神经节细胞的特殊的突触传递方式，把持续性的分级电位(graded potential)转化为瞬变性的神经活动。
3.神经细胞的感受野视觉系统中，若视网膜的某一特定区域受到光的刺激时能够引起视觉系统较高水平上单一神经纤维或单一神经细胞的电活动，那么这个区域就是该神经纤维或细胞的感受野。
研究感受野的实验：将微电极埋在单个神经节细胞或外侧膝状体细胞或视皮层细胞中，将大小、运动、强度、朝向模式等维度变化的各种单个刺激投射至视网膜的不同部位，直至产生相应的电位变化，便可确定神经细胞的感受野。
例如：猫的神经节细胞与外侧膝状体细胞均为同心圆模式，“开”中心细胞（中心兴奋外侧抑制），“闭”中心细胞（中心抑制外侧兴奋）。
03认知心理学-模式识别
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1、模板匹配理论（Template-matching Theories）
在人长时记忆所编码的信息中，存储着各式各样的 来自个体过去的各种外部模式的拷贝或复本，即模板， 它们与外部的刺激模式存在着一一对应的关系。当一个 刺激作用于人的感觉器官时，刺激信息得到编码并与头 脑中所存储的模板进行比较和匹配，确定哪一个模板与 刺激信息最为吻合，就把该刺激信息确认为是与头脑中 的某个模板相同，即产生模式识别效应。
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模式识别：是指人把输入刺激（模式）的信息与长时记忆 中的信息进行匹配，并辨认出该刺激属于什么范畴的过 程。 因此，对物体、图像、语音、符号或人脸的识别过程， 即为模式识别。 模式识别依赖于人的知识经验，离开个体已有的知识
经验，就无法理解输入信息的意义。
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模式识别是人的一种基本认知能力，当代认知心理学的知 觉研究主要涉及模式识别，特别是视知觉的模式识别。
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特征模型支持证据
* 诺贝尔奖得主 Hubel和 Wiesel 的研究 将微电极插入动物视皮层的一系列神经元中，呈现
简单视觉刺激（垂直光栅），结果表明，每个神经元只 对特定方向的光栅反应特别强烈。一小块视皮层包含了 各种各样的神经元，分别对垂直、水平、倾斜线条作出 反应，视觉系统似乎有一些专门的特征检测器，帮助我 们对字母和简单模式的某些特征作出反应。
第三章 知 觉
第二节 模式识别（pattern recognition）
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一、模式识别
模式（事物）是由若干元素或特征按照一定的关系组 合在一起构成的，比如：
汉字有8种笔划和251类偏旁等特征； 英文字母有水平线、斜线、垂直线、直角、锐角、连续曲线和不连
快速阅读之视觉感知原理
快速阅读之视觉感知原理我们的眼睛像一架精密的照相机，主要由角膜、虹膜、晶状体、视网膜等几部分构成。
虹膜类似快门，通过扩张和收缩控制进入眼睛的光的强度，晶状体类似透镜，把从书本反射到有那精力的光线汇聚在视网膜上成像。
视网膜上有上亿个感光细胞，每个细胞都会对光做出反映。
感光细胞分为杆状细胞和锥状细胞。
杆状细胞只能感觉到黑白和形状，锥状细胞可以感觉到色彩。
这两种细胞在视网膜表面并不是平均分布的，杆状细胞主要分布在视网膜的周边部位，在视觉感知中其重要作用的锥状细胞大部分集中在视网膜中心的下凹部分，叫做黄斑。
越往视网膜两边，锥状细胞就越少。
我们在观看景物和阅读时，晶状体将光线聚焦在这里成像，因此注意力只是集中在视野范围一半不到的区域。
一个视力正常的人能分辨在视网膜上来自不同事物的影响，这种能力称为“视觉敏感度”。
黄斑是视觉敏感度最高的位置。
当我们要看清一个对象时，我们会转动眼球，直至影像聚焦在黄斑上。
离开黄斑越远，感光细胞越少，影像越不清晰。
如果影像聚焦在黄斑以外的地方，我们用眼睛的余光可以感知到意见对象的存在，但是看不清这间对象是什么。
在视觉神经和视网膜连接的部位没有感光细胞，因此在这个位置存在一个视野的盲点。
但是我们无法用眼睛觉察到这个盲点，因为大脑在形成图像感知的时候自动把它掩盖起来了。
眼睛必须在眼球静止的状态下才能成像，眼部肌肉收缩或拉伸调节晶体状的形状，直到清晰的影像呈现在视网膜上，这叫做“定影”。
我们对文字的感知就是由一系列的定影形成的。
眼睛每停顿一下。
就聚焦一次，形成一个定影，并把信息传递给大脑。
当眼球移动的时候，大脑无法捕捉到任何信息。
也许你会有疑问，为什么我们转动眼球环顾四周的时候能够看到东西呢?因为眼球停顿、聚焦、定影、把信息传达给大脑的时间只需要1/4秒。
一次定影在极短的时间内完成，下一次定影紧接着前一次定影，这样自动地继续下去，所以我们没有感知到间断。
也就是所我们的眼睛，感受到的是一系列静止的图片，每一张图片都是独立的，但是由于它们产生的时间间隔非常短，所以我们感觉到的是移动的影像。
语义缺省的认知理据——拓扑连通性
语义缺省的认知理据——拓扑连通性赵耿林【摘要】语义缺省会导致语篇从表面上看起来不连贯,但人们仍然能将表面上不连贯的语篇理解为是连贯的,这是由于人们的心智连贯性在起作用.心智连贯性是人类的拓扑认知能力的表现,我们的认知能力是有限的,拓扑性使我们认识这个世界成为可能.从认知拓扑观的视角来看,心智连贯性体现为人类认知拓扑结构的连通性.通过认识物理空间的拓扑连通性和认知空间的拓扑连通性,来理解语言空间的拓扑连通性,从而回答“表面上不连贯的语义缺省的语篇为什么能被理解为连贯的语篇”这一问题,揭示语义缺省的认知理据——拓扑连通性.【期刊名称】《外国语文（四川外语学院学报）》【年(卷),期】2017(033)006【总页数】7页(P87-92,155)【关键词】语义缺省;认知理据;认知拓扑;语言拓扑;拓扑连通性【作者】赵耿林【作者单位】海南师范大学外国语学院,海南海口 571158【正文语种】中文【中图分类】H3130 引言语义缺省(semantic defaults)是一种特殊的省略现象，它是相对于句法空位而言的，在形式上表现为语义空位，即语义成分的空缺。
当语篇中出现语义缺省时，语篇便缺乏连贯性，如例(1)，前后两句的联系就较为松散。
但这只是表面现象，人们仍然把含有语义缺省的不连贯的语篇看成是连贯的，因为“语篇连贯并不一定依靠衔接手段，而主要是靠心智上的连贯性”(Givon, 1995)，这种心智连贯性是人类认知能力的表现。
(1) She fired the gun．He died instantly．认知语言学把语言看作是一种认知活动，认为人对世界的感知、经验及观察事物的方式会影响人们对语言的使用(赵艳芳，2001:10)，也就是说，人们会因对世界的体验不同和看待世界的认知方式不同，而采用不同的语言表征方式，形成不同的语言观，如经验观、突显观、注意观和拓扑观(view of linguistic topology)。
拓扑性质知觉理论
格式塔心理学所面临的最大困难：根本上缺乏一种科 学准确的对视知觉组织本质的描述。
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The Classical Principles of Grouping
Proximity, Similarity, Common fate, Symmetry, Parallelism, Good continuation, Closure.
稳定性排序：拓扑性质（如封闭性）> 射影几何性质（如 共线性）> 仿射几何性质（如平行性）> 欧氏几何性质 （如大小，朝向）
在各种几何学性质中,最为稳定的是拓扑性质。
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陈霖的拓扑性质知觉理论
拓扑性质
所谓的拓扑性质是指在一对一的连续变换下的不变性质。 一对一的连续变换可以被形象地想象成橡皮薄膜的任意
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初期整体知觉理论
格式塔心理学派
强调“整体多于部分的和”（whole is more than the sum of parts）和“整体先于局部”
相邻性原则（proximity）、相似性原则 （similarity）、封闭性原则（closure)、连续性原 则(continuity)、完好性原则(goodness)和共命运原 则(common fate)，以及近年来发现的共同区域原则 (common region)和联结性原则(connectivity)
又如，炸面饼圈与咖啡杯在拓扑性质上是等价的。
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陈霖的拓扑性质知觉理论视觉系统对拓扑差异 Nhomakorabea敏感性实验
有洞、无洞的 差别
两类辨认都发生在拓 扑性质知觉同样原始 的水平上。因此它们 的反应时相同。
陈霖的拓扑性质知觉理论
MT区是专司运动的，不论是真实运动还是运动错
觉（如运动后效）。另一方面，大量的研究还表明，形状知觉是由腹侧通路（
ventral pathway）
负责的。我们知道，我们能看见两个不同形状的图形（如圆和方形）之间仍然产生似动，因
而可能会认为形状可能对似动知觉不那么重要。但卓彦等人关于形状在长距离（
时间过程（C），以及激活程
度和信号变化的幅度（D）
卓彦等人的实验使用了
5对刺激以显示长距离似动（图
3）。B到
E对的两个图形之间
的差别代表着形状稳定性的不同水平，对应着克莱因的爱耳浪根纲领提出的几何学分类，其
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中
E对代表的拓扑性质差别是最稳定的。从图
4中可以看出，在知觉到这些图形对之间产
的实验结果表明，蜜蜂能辨别拓扑结构上的差别。蜜蜂的脑子很小，因而有理由推测拓扑知
觉对所有视觉系统来说都是基本的。
2 知觉物体的定义
怎样准确地定义“知觉物体”（perceptual object）的概念是拓扑性质知觉理论关心的主
要问题之一。我们说看见一个物体，把该物体从它的背景上分离出来，那么，什么叫做知觉
1是
Pomerantz等人
（1977）报告的结果
[5]。它表明，三角形与箭头的辨认需要
749ms（RT）（A）；而把一个小
黑点与实心正方形辨认出来也需要
724ms（B），两者间的差别没有达到统计意义。三角形
与箭头的差别是有洞（三角形）与无洞（箭头）的差别，这个差别相当于“有东西”（实心
在拓扑性质上倒是等价的。实验中要求被试辨认每对刺激中两者是否相同。呈现每对刺激的
视知觉原理及规律 ppt课件
构图的过程
拍摄时虽然会有诸多内外影响和限制因素，但是你在处理每张照 片时都可以在这些因素范围内自由选择摄影的三个中心方面：内 容、形式和技术。
内容：内容指的是照片的主题，即照片中呈现的景物、你所要传 达的情感和你想向观赏者展示和说明的内容。本能地选择可拍摄的内容，寻
找令人兴奋的主题或者对拍摄主题进行精心处理是摄影者的首要任务。这决定了摄影者用照片讲述的 故事是否有趣并具有说服力，而且也决定了照片能够吸引哪些观赏者。
技术。（例如：景深的控制-景深预览键）
视知觉原理及规律
构图意愿
构图意愿。这涉及你进行照片构图时的个人品位、你有意选 择的拍摄风格或者随着时间推移而逐渐形成的个人喜好。因为， 并不是所有通过构图可以实现的东西，你都想让其出现在照片中。
视知觉原理及规律
三个因素
谁最重要？ 构图知识？ 构图能力？ 构图意愿？
如果一幅照片没有特别抢眼的地方，而只是作为一个面被感知， 观赏者就会按照自己阅读时的习惯来研究照片。通常情况下， 观赏者欣赏照片时会从左上角开始，随后视线会向右移动，然 后回到左下角，之后再向右下角移动。如果照片中的某个点非 常引人注目，那么观赏者的目光就会立即定格在这一点上。
视知觉原理及规律
规律二（平面及色彩构成规律）
视知觉原理及规律
规律三：（视觉生物学规律）
景深较浅且非常模糊的照片时，我们的目光立刻会跳至清晰的图像元素上。
摄距
焦距
光圈
视知觉原理及规律
规律三：（完型规律）
在一些尺寸较小的照片中，某些几何 图形，尤其是圆形，同样也很引人注 目。总之，一个单独的，尽可能小的 点或面，要与其周围的环境和图像的 其余部分形成尽可能强烈的对比，才 能在画面构成中成为吸引眼球的元素。
图像识别中的拓扑结构培训
• Laplacian算子：Laplacian算子是一种基于二阶导数的边缘检测算子，它通过 计算图像像素的拉普拉斯算子，来检测边缘信息。它的优点是边缘定位准确， 但容易受到噪声干扰。
场景分类
基于拓扑结构的边缘检测算法可以用于场景分类中。通过对不同场景中的边缘信息进行提 取和分析，可以有效地将不同的场景进行分类。例如，在遥感图像分析中，基于拓扑结构 的边缘检测算法可以用于土地利用分类、植被分类等场景中。
图像压缩
基于拓扑结构的边缘检测算法也可以用于图像压缩中。通过对图像中的边缘信息进行提取 和分析，可以实现高效的图像压缩。例如，在JPEG压缩算法中，基于拓扑结构的边缘检 测算法可以用于提高压缩比和压缩质量。
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拓扑结构与图像特征提取
基于拓扑结构的特征提取方法
区域生长法
该方法通过选定种子点，根据像 素之间的连通性准则将相邻像素 合并到同一区域，从而实现特征
提取。
边缘检测法
该方法通过检测图像中不同区域之 间的边缘来提取特征。常见的边缘 检测算子包括Sobel、Canny等。
角点检测法
该方法通过检测图像中的角点来提 取特征。常用的角点检测算法包括 Harris角点检测、SIFT（尺度不变 特征变换）等。
拓扑排序的算法
拓扑排序的算法通常分为深度优先搜索（DFS）和广度优先搜索（BFS）两种。深度优先搜索是从根节点开始， 沿着一条路径一直到达最深的节点，然后再回溯到之前的节点，继续寻找下一条路径。广度优先搜索则是从根节 点开始，逐层向下遍历整个图，直到遍历完所有的节点。
拓扑排序在图像识别中的应用
视觉生理学视觉系统的结构和功能
视觉生理学视觉系统的结构和功能视觉生理学是研究视觉系统的结构和功能的科学领域。
视觉系统是人类感知世界的主要途径之一，它的结构和功能对我们的日常生活和认知过程至关重要。
本文将对视觉系统的结构和功能进行详细介绍，并探讨它如何影响我们的视觉感知和认知。
一、视觉系统的结构视觉系统由一系列不同部分组成，每个部分都有特定的功能和相互连接的关系。
以下是视觉系统的主要组成部分：1. 眼睛：眼睛是视觉系统的起点，它包括角膜、瞳孔、晶状体、玻璃体等。
角膜是能够聚焦光线的透明结构，瞳孔是控制光线进入眼睛的开合孔，晶状体是调节眼睛对焦的透明结构，玻璃体填充在眼球后部，起到支撑眼球的作用。
2. 视网膜：视网膜是眼睛内部的光敏组织，包含大量感光细胞。
感光细胞分为两种类型：视锥细胞和视杆细胞。
视锥细胞负责感知颜色和细节，适应于明亮光线环境；视杆细胞负责感知低亮度环境下的黑白影像。
3. 视神经：视网膜上的感光细胞通过神经纤维束组成视神经，传递感光信号到大脑。
视神经位于眼睛后方，将感光信号传递到大脑内部的视觉皮层。
4. 大脑：视觉信息从视神经进入大脑，经过一系列处理和解码，最终生成我们的视觉感知。
大脑的视觉处理区域包括视觉皮层和视觉通路。
视觉皮层是大脑中负责视觉信息处理的区域，分为多个次级区域，负责不同层次的信息处理。
二、视觉系统的功能1. 光线感知：视觉系统以眼睛为起点，通过角膜、晶状体等结构对光线进行聚焦和调节，使光线能够进入到视网膜上的感光细胞。
2. 光学成像：角膜和晶状体的功能使得光线能够在眼睛内部聚焦于视网膜上，形成清晰的光学图像。
视网膜上的感光细胞能够感知这个图像。
3. 传递信息：感光细胞将光信号转化为神经脉冲并通过视神经传递到大脑。
这些神经脉冲包含了光的强度、颜色和方向等信息。
4. 基础特征处理：大脑的视觉皮层负责对接收到的信号进行基础特征处理，例如边缘检测、运动检测和形状识别等。
这些基础特征帮助我们理解和解释环境中的物体和场景。