基于視覺感知的神經計算模型及其應用研究.pdf

1、視覺感知是計算神經和神經工程的熱點研究問題之一，一方面它將有助于揭示視覺系統(tǒng)具有驚人信息感知能力的內在機理，另一方面它將給以機器視覺為代表的智能信息處理方法帶來新的思路。本文基于人類視覺感知機制構建神經元網(wǎng)絡，利用具有時空特性的神經脈沖發(fā)放，探索在視覺激勵下的神經信息加工過程，并嘗試面向圖像處理的實際應用。本文首先以突觸連接的形式構建新的神經元感受野模型，通過模型對明暗刺激的響應，闡釋新模型在實現(xiàn)視覺機制中所起的重要作用；然后考慮視覺通

2、路上的多級方位敏感特性，構建視皮層下-初級視皮層的分級處理模型，利用對低對比度圖像邊緣的檢測效果，解釋了方位敏感機制在視覺輪廓感知中所起的關鍵作用；最后引入視覺信息稀疏編碼規(guī)則和視覺注意機制，構建具有空間信息融合特性的神經元網(wǎng)絡，通過顯著性圖像對邊界響應的調制，提供了一種基于視覺信息反饋調控的圖像處理應用新思路。本文主要工作及研究成果如下：
　　(1)以突觸連接的形式構建新的神經元感受野模型，實現(xiàn)方位敏感、側向抑制以及選擇注意機制

3、，充分發(fā)揮其在感知對比刺激以及空間變化中的作用。將融合了感受野區(qū)域信息的圖像特征輸入神經元模型，將視覺刺激轉化為脈沖序列；再從脈沖序列的時間編碼信息中解析視覺刺激所包含的特征。神經元響應表明該感受野模型具備了方位選擇以及明暗邊緣檢測等初步的視覺功能。
　　(2)考慮了視覺通路上的多級方位敏感特性，提出一種基于突觸連接視通路方位敏感的圖像分級邊緣檢測新方法。針對具有多強度邊緣或者豐富細節(jié)的圖像，利用神經節(jié)細胞以及外膝體神經元感受野向

4、心分布的生理結構特性，構建具有多方向敏感特性的視皮層下功能層，提取邊緣敏感圖像；并優(yōu)化側向抑制作用方式，形成初級視皮層功能層，去除冗余信息。實驗結果顯示，新方法在完整檢測圖像邊緣的同時，并不引入紋理噪聲，有著明顯的優(yōu)勢。
　　(3)針對視通路模型不具有區(qū)分主體輪廓和紋理邊緣的能力，引入神經信息稀疏編碼規(guī)則和視覺注意機制，提出一種基于顯著性信息稀疏表示的圖像輪廓檢測新方法。首先針對初級視皮層V1對圖像邊界的響應結果，構建具有空間信息