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第二章军事信息处理技术军事信息处理技术，是指应用现代计算机技术，对信息进行综合、转换、整理加工、存储和表示的技术。
它是信息作战主体技术的核心，是信息作战技术学的重要研究领域。
运用军事信息处理技术，能对信息作战收集到得各种实时信息自动进行综合、分类、计算、存储、更新、分发、显示和输出，并能根据实时和历史的信息，进行军事运筹、辅助决策，及对各种作战方案进行模拟、比较、评估和选优，其应用和发展，不仅直接影响到信息作战其他技术领域的应用和发展，而且对信息作战的方式和效能产生巨大影响。
第一节信息处理技术的构成和作用随着军事高技术特别是计算机技术的迅猛发展，信息处理技术广泛应用于信息作战的指挥控制系统、数字化部队、信息化武器装备和指挥控制决策等各个领域，使其构成不断发展变化，在信息作战中的地位和作用更为突出。
一、信息处理技术的构成现代信息处理完全是借助于计算机实现的，因此，信息处理技术的主体或核心是计算机技术。
计算机技术可分为计算机硬件技术和计算机软件技术两大部分。
计算机硬件技术是有关计算机内部元器件、系统及外部设备等硬件的研制、设计和生产的技术。
计算机软件技术是用于计算机的各种软件程序的编制及使用技术。
软件根据其所起的作用，可分为两大类：一类是系统软件，包括操作系统、语言编译系统、服务性程序等，主要计算机本身的管理、维护、控制与运行，以及高级语言程序解释、编译等；另一类是针对不同信息处理任务而编制的应用软件，主要用于解决特定的应用问题，如情报检索系统、数据库系统等。
从分析信息处理技术在信息作战中的功能来看，信息处理技术如图2-1所示主要包括计算技术、推理技术、存储技术、显示技术、多媒体技术、软件技术和模拟仿真技术等。
二、信息处理技术的作用1.信息处理技术是作战的重要支柱在信息作战领域，信息处理技术的主体—计算机技术和作为信息处理工具的电子计算机，是信息作战指挥员和指挥控制机构的“外脑”，是信息作战系统的核心。
电子信息工程中的像与视觉处理技术在当今科技飞速发展的时代，电子信息工程中的像与视觉处理技术正发挥着日益重要的作用。
这项技术已经广泛应用于我们生活的方方面面，从智能手机的拍照功能到医疗领域的疾病诊断，从自动驾驶汽车的安全保障到工业生产的质量检测，都离不开像与视觉处理技术的支持。
像与视觉处理技术，简单来说，就是让计算机能够像人类的眼睛和大脑一样，理解和处理图像信息。
它的实现涉及到多个学科的知识和技术，包括数学、物理学、计算机科学等。
在像的获取方面，各种成像设备如摄像头、扫描仪等扮演着关键角色。
这些设备能够将现实世界中的场景转化为数字图像，为后续的处理提供了原始素材。
然而，获取到的原始图像往往存在各种缺陷，比如噪声干扰、亮度不均、分辨率不足等。
为了提高图像的质量，需要进行一系列的预处理操作。
图像增强是常见的预处理方法之一。
通过调整图像的对比度、亮度和色彩等参数，可以使图像中的细节更加清晰，更易于观察和分析。
图像滤波则可以去除图像中的噪声，使得图像更加平滑。
例如，中值滤波能够有效地消除椒盐噪声，而高斯滤波则适用于去除高斯噪声。
图像分割是像与视觉处理中的重要环节。
它的目的是将图像划分为不同的区域，每个区域具有相似的特征。
这有助于对图像中的目标进行识别和分析。
例如，在医学图像中，可以将肿瘤组织从正常组织中分割出来，为医生的诊断提供帮助。
图像分割的方法多种多样，有基于阈值的分割、基于边缘检测的分割以及基于区域的分割等。
特征提取是像与视觉处理的核心步骤之一。
通过提取图像中的特征，如边缘、角点、纹理等，可以减少数据量，提高处理效率，并为后续的识别和分类提供依据。
常用的特征提取方法包括 SIFT（尺度不变特征变换）、HOG（方向梯度直方图）等。
在视觉处理方面，目标识别和跟踪是两个重要的应用领域。
目标识别是指在图像或视频中确定特定目标的类别和位置。
例如，在安防监控中，能够识别出人脸、车辆等目标。
而目标跟踪则是在连续的图像序列中跟踪目标的运动轨迹。
２００７年５月 第９卷第５期 中国工程科学
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基于人的信息处理模型分析操作人员 视觉信息处理过程
金银花 ，李桢业 ，古 辉 ，汤一平 （１．浙江工业大学信息工程学院，杭州 ３１００１４；２．浙江工业大学经贸管理学院，杭州 ３１００２３）
［摘要］ 报告了由知觉、思维、运动３个处理器和短期记忆、工作记忆和长期记忆构成的研究用计算机实现 人的信息处理模型；把人的信息处理模型安装在一台Ｐｃ机上，模拟生产操作人员监视锅炉厂模拟机计算机屏幕 的过程表明，视觉信息处理过程取决于画面因素、人的身心状态和知觉处理器参数等与实际生产操作人员的行 为特征相符。此模型可以用来分析工业生产中人为操作失误的发生机制，以预防和减少事故发生。 ［关键词］ 人的信息处理模型；知觉处理器；视觉信息处理；心理状态；人为操作失误 ［中图分类号］ＴＰ３９１ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１００９—１７４２（２００７）０５—００５７—０５
１ 引言 ２人的信息处理模型 随着计算机和自动化技术的发展，在工业生产 和管理中技术的信赖性不断得到提高，操作人员通 常只是通过计算机屏幕监测、控制生产的运行状 况。但是不管机器系统如何发达，需要做出复杂的 判断，预料之外的状况发生时还离不开人的工作。 然而，人容易受自身与环境的影响，即使是一个操 作技术熟练并且精神高度集中的人在操纵现代化设 备的过程中也难免出现操作失误。而且随着生产规 模的扩大，事故一旦发生所造成的潜在损失和间接 损失难以计算。所以，以“人为中心”研究人与技 术的关系，观测和研究操作人员的行为特征，建立 人的信息处理模型，解析人与生产系统的综合特征 显得十分重要。 研究用计算机实现操作人员的知觉、思维、运 动、记忆等信息处理过程和心理状态、注意力、身 体位置等身心状态。通过模拟实验再现生产操作人 员的视觉信息处理过程，从操作人员的视觉、心理 状态等认知科学的角度，研究知觉过程中人为操作 失误的发生机制。 考虑身心状态的人的信息处理模型…如图１所 示，它由知觉、思维、运动３个处理器和短期记 忆、工作记忆和长期记忆构成，它还考虑了人的心 理状态、注意力、身体位置等身心状态对人的信息 处理过程的影响。其中知觉处理器接受从外界的感 觉刺激信息，并把信息通过短期记忆传给思维处理 器。思维处理器则运用经过短期记忆、工作记忆所 获得的信息和长期记忆中的知识来对生产运行情况 进行诊断。判明故障的原因时，它可以把存储在长 期记忆中的对应措施程序调到工作记忆中执行。当 故障的原因很明显时，执行基于技巧的行为程序。 而当原因不明显时，基于运行规则诊断故障的原 因。如果这样仍然不能判明故障的原因时，则基于 长期记忆中的知识推测故障的原因，并采取对应的 措施。判断故障的准确度取决于操作人员对生产运 行知识所掌握的程度和心理状态。运动处理器按着 思维处理器的命令行动，研究中的运动处理器主要 模拟眼球和身体各个部分的运动功能。当生产处于 正常运行状态时，以一定的时间间隔周期性地移动
基于人的信息处理模型分析操作人员视觉信息处理过程2007年5月第9卷第5期中国工程科学En~ineerinzScienceMav2007V01.9No.5鼍≯尊蕾t曩|"l研宽报分簿慧拳■麓毫毫基于人的信息处理模型分析操作人员视觉信息处理过程金银花,李桢业,古辉,汤一平(1.浙江工业大学信息工程学院,杭州310014;2.浙江工业大学经贸管理学院,杭州310023)[摘要]报告了由知觉,思维,运动3个处理器和短期记忆,工作记忆和长期记忆构成的研究用计算机实现人的信息处理模型;把人的信息处理模型安装在一台Pc机上,模拟生产操作人员监视锅炉厂模拟机计算机屏幕的过程表明,视觉信息处理过程取决于画面因素,人的身心状态和知觉处理器参数等与实际生产操作人员的行为特征相符.此模型可以用来分析工业生产中人为操作失误的发生机制,以预防和减少事故发生.[关键词]人的信息处理模型;知觉处理器;视觉信息处理;心理状态;人为操作失误[中图分类号]TP391[文献标识码]A[文章编号]1009—1742(2007)05—0057—051引言2人的信息处理模型随着计算机和自动化技术的发展,在工业生产和管理中技术的信赖性不断得到提高,操作人员通常只是通过计算机屏幕监测,控制生产的运行状况.但是不管机器系统如何发达,需要做出复杂的判断,预料之外的状况发生时还离不开人的工作.然而,人容易受自身与环境的影响,即使是一个操作技术熟练并且精神高度集中的人在操纵现代化设备的过程中也难免出现操作失误.而且随着生产规模的扩大,事故一旦发生所造成的潜在损失和间接损失难以计算.所以,以"人为中心"研究人与技术的关系,观测和研究操作人员的行为特征,建立人的信息处理模型,解析人与生产系统的综合特征显得十分重要.研究用计算机实现操作人员的知觉,思维,运动,记忆等信息处理过程和心理状态,注意力,身体位置等身心状态.通过模拟实验再现生产操作人员的视觉信息处理过程,从操作人员的视觉,心理状态等认知科学的角度,研究知觉过程中人为操作失误的发生机制.考虑身心状态的人的信息处理模型…如图1所示,它由知觉,思维,运动3个处理器和短期记忆,工作记忆和长期记忆构成,它还考虑了人的心理状态,注意力,身体位置等身心状态对人的信息处理过程的影响.其中知觉处理器接受从外界的感觉刺激信息,并把信息通过短期记忆传给思维处理器.思维处理器则运用经过短期记忆,工作记忆所获得的信息和长期记忆中的知识来对生产运行情况进行诊断.判明故障的原因时,它可以把存储在长期记忆中的对应措施程序调到工作记忆中执行.当故障的原因很明显时,执行基于技巧的行为程序.而当原因不明显时,基于运行规则诊断故障的原因.如果这样仍然不能判明故障的原因时,则基于长期记忆中的知识推测故障的原因,并采取对应的措施.判断故障的准确度取决于操作人员对生产运行知识所掌握的程度和心理状态.运动处理器按着思维处理器的命令行动,研究中的运动处理器主要模拟眼球和身体各个部分的运动功能.当生产处于正常运行状态时,以一定的时间间隔周期性地移动[收藕日期]2006—04—22;修回日期2006—08—12[基金项目]浙江省留学回国人员科研启动基金资助项目[作者简介]金银花(1964一),女,吉林延吉市人,博士,浙江工业大学副教授,研究方向为认知科学,脑科学,智能信息处理,人体信息论58中国工程科学第9卷眼球,扫描计算机屏幕监测是否发生异常情况,眼球做有规律的移动.一旦预测到异常状况时,视线转移到与该状况相关的画面要素上,操作人员的行为承受时间压迫感和心理状态的影响.记忆包括编码,保持,检索3个阶段,记忆受时间和容量的限制,记忆也受心理状态的影响.在项目研究中设置了3种记忆,即短期记忆,工作记忆和长期记忆.短期记忆的容量是有限的(大约能容纳7±2条信息),经过一个相对短暂的时间间隔后(估计为l2～30s),其中的信息会因为衰退而变得无法检索.工作记忆的时间和容量比短期记忆长,工作记忆中存有思维处理器的判断和信息处理过程的中间值以及长期记忆中被激活的信息.长期记忆能够容纳大量的信息并将这些信息维持一段相当长的时间.所研究的长期记忆中存有操作人员所掌握的生产运行知识.外部i;环境i的感i觉刺i激:i声音,i图形,i图像,i文字,ii味道,;身体状态呼.[土l兰塑里堡三里坚认知信息处理模型外部i环境:语言,移动,动作,i表情,i行动,沉默,j图1考虑身心状态的人的信息处理模型Fig.1Structureofacognitiveinformation processingmodel3知觉处理器知觉处理器如图2所示….众所周知,人类有视觉,听觉,触觉,嗅觉和味觉5种感觉和身体内部诸器官的内脏感觉,运动感觉,平衡感觉等等.人和动物至少有9种感觉来感受各种信息,其中视觉占70%,听觉占20%,其他感觉占10%.知觉就是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物整体的反映?.知觉处理器通过短期记忆,将信息传递给思维处理器.用下列公式表示知觉的各个参数:P=P(s.,s1,s2,…,s9),s=s(l,2,…,),外部环境i}的感觉刺ij激:ij声音,图形,I图像,i文字,ii味道,i震动身心状态优先级别——(刺激强度刺激阈值)===■——]————.叫l苎堂查笪J短期记忆卜图2知觉处理器的构造Fig.2Structureofperceptualprocessor其中P是知觉信息;s是心理状态;s(i=1,2,…,9)是各种感觉信息;是决定每种感觉信息的各个参变量.操作人员通过计算机屏幕监测并控制生产运行,知觉处理器对计算机屏幕中信息的处理依赖于人机接口和人的因素.例如知觉处理器所处理的画面信息包括显示屏幕上要素的形态(),大小(,),画面要素与操作人员的注视点之间的距离(),要素与屏幕背景间的颜色差异(),数值显示大小(),是否闪烁()等.听觉信息有报警声,知觉处理器通过短期记忆,将知觉信息传递给思维处理器.知觉的成功与否通过两个阈值来判定.较低的阈值对颜色感觉生效,较高的阈值对字符和数字的感觉生效.这两种阈值取决于操作人员的技术熟练程度,技术好的操作人员的这两个阈值都很小.可以利用脑电图EEG(electmencephalogram),心电图ECG(electrocardiogram),视电图EOG (electrooculogram),呼吸活动RSP(respiratory activities)等生理信号来评价人的心理状态.研究重点考虑在紧急情况下操作人员能否顺利进行正常的理性思考.对于操作人员心理状态定义了3 种模式:模式A,模式B,模式c.其中模式A是自信状态,即操作人员能顺利判断生产运行状态,采取正确的对应措施,操作人员对操作步骤和措施有条不紊,处于一种有信心的状态.模式B是推测状态,即操作人员尚处于解决问题之中,虽然没有出现不安心态,但是操作人员还没有找出解决问题的方案.建立各种假设,思维模式比A更复杂.模式c是混乱状态,即操作人员不能正确把握生产运行状态,操作人员不知道该怎么做或因为状况一团回回回回;第5期金银花等:基于人的信息处理模型分析操作人员视觉信息处理过程59 太复杂而不能自行处理,处于一种不安的心态之中.思维混乱,则容易发生操作失误.事实上在工业生产中,操作人员的心理状态,思维,行为和生产运行状态处于一种相互影响的复杂的关系之中.也就是说生产运行状态受到人的行为的影响;思维和行为受心理状态和生产运行状态的影响;而心理状态受人自身的思维,行为和生产运行状态的影响,也受工作负荷,工作环境的影响,在模式A,模式B,模式C之间变化.操作人员使用计算机屏幕监测,控制生产运行状况,因此提出了注视点和视野'.视野的中心是注视点,视野的范围由操作人员的身体位置,离计算机屏幕的距离和人的心理状态决定.只有在视野内的数据才能被知觉处理器所觉察.在正常的生产状态下,操作人员会有规则地扫视显示屏幕,但是,一旦预测到异常状况时,操作人员会把他的注意力转移到与该状况相关的画面要素上.4实验结果图3是锅炉厂模拟机的监视画面u.画面上白色的圆圈表示操作人员的视野,视野的中心(白色的圆点)是注视点,图中4个粗箭头表示操作人员监视生产运行时的视野和注视点的移动方向.视野随着操作人员的心理状态和操作人员身体位置的变化而不同.实验中设定操作人员从左到右,从上到下以0.3S的间隔移动注视点.分别在只改变人的信息处理模型的心理状态和知觉处理器的阈值情况下,对监视画面的视觉信息处理过程做了定量分析.其计算公式为P=s.(sl+s2,…,+s9),sf=(l/xl标+X2/x2标,…,Xn/x标)?(/x砖=1,>i标)图4是知觉处理器的阈值为0.1,操作人员的心理状态各为模式A,模式B,模式C时,从左上图3锅炉厂模拟机的监视画面中视野与注视点的移动Fig.3Oneofoverviewpanelsofplantsimulator中国工程科学第9卷角到右下角监视整个监视画面的视觉信息处理过程.觉察到的画面信息个数随着心理状态的A,B,c的变化而减少.例如知觉处理器的阈值为0.1,注视点在往右11am往下25am时,心理状态为A, B,c时分别觉察到了7,2,1个信息;注视点在往右17cm往下25cm时,心理状态为A,B,C时分别觉察到了9,7,3个信息.说明因为心理状态的从A到C的变化,操作人员有时觉察不到生产运行的变化.】O8鑫妊4萎:OO1.232.463.714.936.177.408.659.87时间/s—_.一Mind=A★一一Mind=B-一?一Mind=C图4觉察到的信息个数(1lFig.4Numberofperceivedinformation(1)图5是在心理状态一定,知觉处理器的阈值变化时,操作人员监视生产运行的过程.觉察到的信息画面个数随着知觉阈值的变大而减少,例如心理状态A,注视点在往右11am往下25am时,知觉处理器的阈值分别为0.1,0.2,0.3时觉察到了7,5,3个画面信息;注视点在往右17cln往下25am 时,知觉处理器的阈值分别为0.1,0.2,0.3时觉察到了9,9,8个画面信息.这说明操作人员对生产运行不熟练时,容易忽视生产运行的变化.时间/s—ThrV0.1-一一111rV:0.1-一?一ThrV=0.1图5觉察到的信息个数(2)Fig.5Numberofperceivedinformation(2)面上的信息不是均等分布的缘故.操作人员觉察到的画面信息个数随着监视画面中设定的信息个数的变化而不同,即操作人员觉察到的信息个数受画面信息的大小,信息在屏幕中的位置,颜色,形状等的影响而时刻发生变化.设计监视画面时为了提高知觉率,预防人为操作失误的发生,要求用鲜艳的,引人注目的颜色,把画面信息表示的大一些,但是计算机屏幕的大小有限,必须在有限的空间,把生产运行中必要的信息,按着人的视觉特点,显示在监视屏幕上,这是设计高质量人机接口的关键所在.可以使用人的信息处理模型,在设计阶段就反复就进行评价,找出人机接口中存在的各种细微问题,以支援人机接口的智能设计.5结论和展望用人的信息处理模型模拟了操作人员监视锅炉厂模拟机计算机屏幕的过程.实验表明,知觉过程受人的心理状态,知觉处理器的各种参数,以及信息在监视屏幕的分布设定等的影响而变化,实验结果与模拟训练中观察到的实际生产操作人员的行为特征相符.今后将在此研究的基础上继续研究人的记忆过程.使用人的信息处理模型,可以从"人的因素"着手解析人与生产系统的综合特征,通过模拟实验从人的认知信息处理的角度,研究实际生产中人为操作失误的发生机制和预防措施,及时消除事故隐患.将在由多台计算机构成的实验平台上,对模型的可行性进行分析,并把研究成果应用到实际工业生产和管理之中.[2][3]从图4,图5也可以观察到心理状态和知觉处理器的各种参数一定时,视觉信息处理过程随着注f4] 视点的移动而时刻发生变化.有时一个信息也没有觉察到,最多时觉察到了9个信息.这是因为在呵参考文献JinYinhua,Y amashitaY,NishitaniH.HumanModeling andsimulationforplantoperations[J].Computersand ChemicalEngineering,2004,28:1967—1980古田一雄.-7~口七叉韶知工学[M].KAIBUNTO, 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Thesimulationresultscoincidequalitativelywithobservationsofactualplant operatmnsandsimulatortraining.Thismodelcanbeusedtoanalyzethegenerationmechanis mofvarioustypesofhumane订.0rs.''[Keywords]humanerrorscognitiveinformationprocessingmodel;perceptualprocessor;visualprocess;mentalstate:。
视觉与信息视觉与信息是一个非常重要的关系，在我们日常生活中，视觉信息的获取和传递无处不在。
视觉信息是通过眼睛感知到的，它包括形状、颜色、大小和位置等。
而信息是人们从事物中提取出来的，用来传递和交流的。
视觉与信息的关系体现在以下几个方面。
视觉是信息的主要来源之一。
我们通过观察周围的事物，从中获取到大量的信息。
我们可以通过观察一个人的表情来了解他的情绪，通过观察一个物体的形状和颜色来区分它的种类。
视觉信息的获取使得我们能够更加全面地认识世界，更好地与周围的人和物进行交流。
视觉信息的传递依赖于信息的编码和解码。
当我们看到一个东西时，它会通过眼睛进入大脑，经过神经元的传递和处理，最终被我们理解。
这个过程就是信息的编码和解码的过程。
视觉信息的编码和解码是一个复杂而高效的过程，它需要我们的大脑进行快速而准确的处理。
通过这种方式，视觉信息得以传递和理解。
视觉信息的传递也离不开工具和技术的支持。
在现代社会中，我们利用各种工具和技术来传递视觉信息。
电视、电影、摄影、绘画等艺术形式可以通过图像的方式传递信息。
而计算机科学的发展也使得我们能够通过屏幕展示各种图像和文字来传递信息。
这些工具和技术的发展为视觉信息的传递带来了巨大的便利。
视觉信息的传递也与人们的观念和文化有关。
不同的人在面对同一个事物时，可能会产生不同的理解和感受。
这是因为我们的观念和文化的差异导致了我们对视觉信息的解读上的差异。
对于一张画，不同的人可能会产生不同的解读，这取决于他们的观念和文化背景。
视觉信息的传递也需要考虑到人们的观念和文化的差异。
视觉与信息的关系是非常密切的。
视觉信息的获取和传递在我们日常生活中起着重要的作用，它使我们能够更好地了解和与世界互动。
视觉信息的传递离不开信息的编码和解码、工具和技术的支持，以及人们的观念和文化的影响。
视觉与信息的关系给我们带来了丰富而多样的体验和认知。
视觉处理的基础概念和特点视觉处理是人类大脑对外界环境中的视觉信息进行加工和分析的过程。
通过感知和理解视觉信息，人们能够获取丰富的世界知识，进行物体识别、场景理解、行为控制等。
视觉处理的基础概念包括视觉感知、视觉认知和视觉注意，它们共同构成了视觉信息处理的基本机制。
视觉感知是人类通过视觉系统获取外界信息的过程。
它包括感知到视觉信息的初级加工，如形状、颜色和运动等特征的提取。
视觉感知的基础是视觉神经系统对视觉信号的传递和处理。
视觉感知的特点是快速、自动和并行。
快速性体现在感知过程几乎是即时完成的，人们可以在短时间内快速获取大量信息。
自动性体现在感知过程不需要特意去关注，即使在注意力未集中的情况下，也能够自动感知到视觉信息。
并行性体现在信息在多个通路上同时处理，从而实现对多个特征和维度的同时感知。
视觉认知是人类对视觉信息进行理解和解释的过程。
它包括对场景、物体和动作的识别和分类。
视觉认知的基础是前额叶和顶叶等高级脑区对视觉信号进行进一步加工和分析。
视觉认知的特点是高级和有选择性。
高级体现在视觉认知过程对信息进行高级整合和综合，能够对复杂的图像进行理解和解读。
有选择性体现在视觉认知过程对关注的信息有所偏好，并对其进行优先处理。
视觉注意是人类在视觉信息处理过程中选择关注的目标和区域的过程。
注意力是一个有限资源，通过注意力的调控，人们能够更加有效地处理和利用视觉信息。
视觉注意的基础是背侧看守核和前腹侧视觉通路等神经系统对注意信号的处理。
视觉注意的特点是选择性、集中性和可调节性。
选择性体现在注意可以选择关注的目标和区域，并排除其他干扰信息。
集中性体现在注意可以集中在一个目标上，提高对该目标的感知和认知能力。
可调节性体现在注意可以根据任务需要进行灵活调节，以实现更高效的信息加工和理解。
视觉处理具有自顶而下和自底而上两个方向。
自底而上的信息传递是指从感觉器官向大脑进行的底层视觉加工过程。
在这个过程中，低级的特征，如形状、颜色和运动等，被提取出来，并逐渐组合成更高级的特征。
