Moodle FEL ČVUT
Fyziologie a modelování slyšení a vidění
B232 - Letní 23/24
Tento předmět se nenachází v Moodle. Na jeho domovskou stránku se můžete dostat pomocí tlačítka "Stránka kurzu (mimo Moodle)" vpravo (pokud existuje).
Fyziologie a modelování slyšení a vidění - B0M37FAV
| Kredity | 6 |
| Semestry | zimní |
| Zakončení | zápočet a zkouška |
| Jazyk výuky | čeština |
| Rozsah výuky | 2P+2C+4D |
Anotace
Základní náplní předmětu je studium fyziologie senzorů a procesů vnímání zvukové a obrazové informace lidským subjektem jako dvou hlavních a nejdůležitějších komunikačních kanálů, tj. lidský sluchový systém (HAS - Human Auditory System) a lidský zrakový systém (HVS - Human Visual System).
Předmět shrnuje současné poznatky v oblasti fyziologie zraku a sluchu a současně prezentuje jejich popis pomocí matematických modelů s využitím moderních výpočetních prostředků a postupů včetně metod strojového učení ML (Machine Learning), hlubokého učení (Deep Learning) a umělé inteligence AI (Artificial Intelligence). Důraz je také kladen na současné a perspektivní aplikace zmíněných poznatků. Hlavní aplikační oblastí je audiovizuální technika související se subjektivním vjemem lidského pozorovatele, ale přímé využití získaných poznatků zahrnuje i oblasti multimediální techniky, řídící techniky, automatizace, robotiky, bezpečnostní a zabezpečovací techniky, bioinspired systémy atd. Student zároveň získá základní obecný přehled o procesech zpracování informace v biologických systémech. Samostatnou částí je objektivizace hodnocení vnímané kvality audiovizuální informace, tzv. kvalita zážitku QoE (Quality of Experience).
Výklad je určen pro studenty magisterské etapy technických oborů. Cvičení budou věnována základním experimentům pro stanovení nejdůležitějších charakteristik slyšení a vidění, včetně seznámení s počítačovými modely a simulací procesů vidění a slyšení.
Předmět shrnuje současné poznatky v oblasti fyziologie zraku a sluchu a současně prezentuje jejich popis pomocí matematických modelů s využitím moderních výpočetních prostředků a postupů včetně metod strojového učení ML (Machine Learning), hlubokého učení (Deep Learning) a umělé inteligence AI (Artificial Intelligence). Důraz je také kladen na současné a perspektivní aplikace zmíněných poznatků. Hlavní aplikační oblastí je audiovizuální technika související se subjektivním vjemem lidského pozorovatele, ale přímé využití získaných poznatků zahrnuje i oblasti multimediální techniky, řídící techniky, automatizace, robotiky, bezpečnostní a zabezpečovací techniky, bioinspired systémy atd. Student zároveň získá základní obecný přehled o procesech zpracování informace v biologických systémech. Samostatnou částí je objektivizace hodnocení vnímané kvality audiovizuální informace, tzv. kvalita zážitku QoE (Quality of Experience).
Výklad je určen pro studenty magisterské etapy technických oborů. Cvičení budou věnována základním experimentům pro stanovení nejdůležitějších charakteristik slyšení a vidění, včetně seznámení s počítačovými modely a simulací procesů vidění a slyšení.
Cíle studia
Žádná data.
Osnovy přednášek
1. Popis zvuku objektivními veličinami (frekvence, intenzita) vs. vjem (výška, hlasitost). Vnější a střední ucho (anatomie a fyziologie)
2. Vnitřní ucho (kochlea, Cortiho orgán, mechanoelektrická přeměna, vnitřní vláskové buňky a vnější vláskové buňky)
3. Vnitřní ucho (aktivní zesílení kmitů basilární membrány a jejich nelineární odezva)
4. Sluchový nerv, vyšší etáže sluchové dráhy, kódování zvuku ve vláknech sluchového nervu a prostorové slyšení
5. Sluchová kůra, percepce zvuku
6. Poruchy sluchu a diagnostické metody
7. Smyslová centra v mozku, propojení informací ze zrakové a sluchové kůry
8. Základní fyzikální principy optiky, fotometrie, kolorimetrie - shrnutí
9. Biologická evoluce oka a typy biologických obrazových senzorů
10. Lidský zrakový systém HVS (Human Visual System) – anatomie oka a optické dráhy
11. Fyziologické zákony v HVS, zpracování obrazu v HVS, receptivní pole a vnitřní kódování obrazu
12. Zrakové iluze, poruchy zraku, zrakové protézy
13. Modelování procesů zpracování obrazu v HVS – včetně aplikace metod strojového učení ML (Machine Learning), hlubokého učení (Deep Learning) a umělé inteligence AI (Artificial Intelligence)
14. Vnímaná kvalita audiovizuální informace, kvalita zážitku (QoE), modelování procesů v centrální nervové soustavě (CNS)
2. Vnitřní ucho (kochlea, Cortiho orgán, mechanoelektrická přeměna, vnitřní vláskové buňky a vnější vláskové buňky)
3. Vnitřní ucho (aktivní zesílení kmitů basilární membrány a jejich nelineární odezva)
4. Sluchový nerv, vyšší etáže sluchové dráhy, kódování zvuku ve vláknech sluchového nervu a prostorové slyšení
5. Sluchová kůra, percepce zvuku
6. Poruchy sluchu a diagnostické metody
7. Smyslová centra v mozku, propojení informací ze zrakové a sluchové kůry
8. Základní fyzikální principy optiky, fotometrie, kolorimetrie - shrnutí
9. Biologická evoluce oka a typy biologických obrazových senzorů
10. Lidský zrakový systém HVS (Human Visual System) – anatomie oka a optické dráhy
11. Fyziologické zákony v HVS, zpracování obrazu v HVS, receptivní pole a vnitřní kódování obrazu
12. Zrakové iluze, poruchy zraku, zrakové protézy
13. Modelování procesů zpracování obrazu v HVS – včetně aplikace metod strojového učení ML (Machine Learning), hlubokého učení (Deep Learning) a umělé inteligence AI (Artificial Intelligence)
14. Vnímaná kvalita audiovizuální informace, kvalita zážitku (QoE), modelování procesů v centrální nervové soustavě (CNS)
Osnovy cvičení
1. Úvod a vysvětlení úloh
2. Metody v psychoakustice (měření prahu sluchu, maskování, hlasitost…)
3. Objektivní metody měření funkce sluchového systému (otoakustické emise, CAP, CM, ABR, EEG)
4. Funkce vnějšího a středního ucha: výpočetní modely
5. Funkce vnitřního ucha: výpočetní modely založené na bankách filtrů
6. Funkce vnitřního ucha: výpočetní modely uvažující tlakové pole v tekutině uvnitř kochley a fyzikální vlastnosti basilární membrány a Cortiho orgánu.
7. Výpočetní modely mechanoelektrického převodu ve vnitřních vláskových buňkách.
8. Modely vyšších etáží sluchové dráhy (kochleární jádro, colliculus inferior, olivární systém)
9. Zorný úhel a směrová závislost rozlišovací schopnosti oka
10. Trichromatické vnímání barev – metamerie, subjektivní kolorimetr
11. Kontrastová citlivost CSF (Contrast Sensitivity Function) a rozlišovací schopnost oka, závislost na jasu
12. Simulace a modelování percepce kvality obrazu
13. Simulace a modelování receptivních polí
14. Zápočet
2. Metody v psychoakustice (měření prahu sluchu, maskování, hlasitost…)
3. Objektivní metody měření funkce sluchového systému (otoakustické emise, CAP, CM, ABR, EEG)
4. Funkce vnějšího a středního ucha: výpočetní modely
5. Funkce vnitřního ucha: výpočetní modely založené na bankách filtrů
6. Funkce vnitřního ucha: výpočetní modely uvažující tlakové pole v tekutině uvnitř kochley a fyzikální vlastnosti basilární membrány a Cortiho orgánu.
7. Výpočetní modely mechanoelektrického převodu ve vnitřních vláskových buňkách.
8. Modely vyšších etáží sluchové dráhy (kochleární jádro, colliculus inferior, olivární systém)
9. Zorný úhel a směrová závislost rozlišovací schopnosti oka
10. Trichromatické vnímání barev – metamerie, subjektivní kolorimetr
11. Kontrastová citlivost CSF (Contrast Sensitivity Function) a rozlišovací schopnost oka, závislost na jasu
12. Simulace a modelování percepce kvality obrazu
13. Simulace a modelování receptivních polí
14. Zápočet
Literatura
Základní literatura:
1. Syka J., Vrabec F., Voldřich L.Fyziologie a patofyziologie zraku a sluchu, Avicenum, 1981. (kniha je v českém jazyce a pokrývá jak sluch tak zrak, vzhledem k jejímu stáří ještě uvádíme dvě novější knihy zvlášť pro sluch a zrak)
2. Pickles J.O. An introduction to the physiology of hearing. Third edition, Emerald Group Publishing Limited, 2008..
3. Wandell B.A. Foundations of vision, Sinauer Associates, 1995,
Doplňková literatura:
1. Manley G.A., Gummer A.W., Popper A.N., Fay R.R. (Eds.) Understanding the cochlea, Springer Handbook of Auditory Research, 2017,
2. Lyon R.F. Human and machine hearing. Cambridge University Press, 2018,
3. Kremers J. Human color vision, Springer Verlag, 2016,
4. Zhaoping L. Understanding vision: Theory, models, and data, Oxford, 2018.
1. Syka J., Vrabec F., Voldřich L.Fyziologie a patofyziologie zraku a sluchu, Avicenum, 1981. (kniha je v českém jazyce a pokrývá jak sluch tak zrak, vzhledem k jejímu stáří ještě uvádíme dvě novější knihy zvlášť pro sluch a zrak)
2. Pickles J.O. An introduction to the physiology of hearing. Third edition, Emerald Group Publishing Limited, 2008..
3. Wandell B.A. Foundations of vision, Sinauer Associates, 1995,
Doplňková literatura:
1. Manley G.A., Gummer A.W., Popper A.N., Fay R.R. (Eds.) Understanding the cochlea, Springer Handbook of Auditory Research, 2017,
2. Lyon R.F. Human and machine hearing. Cambridge University Press, 2018,
3. Kremers J. Human color vision, Springer Verlag, 2016,
4. Zhaoping L. Understanding vision: Theory, models, and data, Oxford, 2018.
Požadavky
Zpracování signálů a systémy (Fourierova transformace, filtrace signálů, přenosová funkce, impulsová odezva, spektrum).