視覺(jué)假體裝置模型建立及視覺(jué)信息處理研究.pdf

1、由各種視網(wǎng)膜病變導(dǎo)致的視覺(jué)喪失已經(jīng)成為影響人類生活質(zhì)量最為嚴(yán)重的一種殘疾。而隨著信息科學(xué)、微電子技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)等學(xué)科的迅猛發(fā)展與交叉，視覺(jué)假體的研究使由于視網(wǎng)膜色素變性(Retinitispigmentosa)和老年性黃斑病變(Age-related macular degeneration)等其它一些眼球、視網(wǎng)膜、視神經(jīng)和視覺(jué)皮層病變與損傷所造成失明的視覺(jué)修復(fù)成為可能。然而由于人類視覺(jué)系統(tǒng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，要在有限密度的微電流刺激器電極陣列

2、下，對(duì)失明患者進(jìn)行視神經(jīng)的脈沖電流刺激而使之產(chǎn)生相應(yīng)的光幻視，就產(chǎn)生了客觀世界的場(chǎng)景圖像復(fù)雜，與有限的微電極刺激陣列之間的矛盾。此外，由于微電極刺激陣列的工藝限制，現(xiàn)階段的視覺(jué)假體的視野修復(fù)范圍非常有限，從而要求視覺(jué)假體裝置具有像人眼那樣按照人的意志靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的功能。
　　為了解決上述問(wèn)題，本文分別從最小視覺(jué)信息需求入手，開(kāi)展了視覺(jué)假體裝置建模與視覺(jué)信息的研究，設(shè)計(jì)了視覺(jué)假體裝置眼動(dòng)機(jī)構(gòu)的生物、機(jī)械、電子一體化模型，并通過(guò)心理物理學(xué)

3、實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估驗(yàn)證。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)本文通過(guò)仿人眼視覺(jué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與性能，進(jìn)行視覺(jué)假體裝置的綜合設(shè)計(jì)，從仿生的角度出發(fā)，建立了簡(jiǎn)化的視覺(jué)假體裝置眼動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以根據(jù)人的眼球運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。此外，從機(jī)器人學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)視覺(jué)假體裝置眼動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)建模。從而揭示了我們建立的簡(jiǎn)化的視覺(jué)假體裝置眼動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律，并研究基于圖形特征對(duì)準(zhǔn)的視覺(jué)位置信息獲取算法，獲取視覺(jué)假體視覺(jué)位置信息。
　　(2)由于視覺(jué)假體微電極

4、受到制造工藝及手術(shù)上的限制，所植入視神經(jīng)的刺激陣列有限，從而需要將微型攝像機(jī)拍攝的圖像經(jīng)過(guò)最小視覺(jué)信息聚類分割后提取邊緣輪廓，將盡可能少但足夠的視覺(jué)信息映射到微電機(jī)刺激陣列。因此，我們提出從最小視覺(jué)信息入手，研究針對(duì)解決上述問(wèn)題的圖像分割算法，獲取視覺(jué)形狀信息。
　　(3)本文針對(duì)實(shí)際的仿真假體視覺(jué)中的像素點(diǎn)表示，提出了基于心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)評(píng)估方法，構(gòu)建了假體視覺(jué)的心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了評(píng)估?；谛睦砦锢韺W(xué)實(shí)驗(yàn)不但可以

5、在正常人或者部分視力剩余的人群中開(kāi)展，研究他們對(duì)于視覺(jué)假體植入者所感受到的視覺(jué)環(huán)境適應(yīng)程度，而且還可以用來(lái)描述早期時(shí)間假體植入者所感知的現(xiàn)象，更好地真實(shí)評(píng)估我們提出的視覺(jué)信息處理方法的有效性。
　　(4)本文構(gòu)建了半物理仿真假體視覺(jué)信息處理系統(tǒng)，展示了半物理仿真假體視覺(jué)信息處理系統(tǒng)的整體框架和各個(gè)子系統(tǒng)模塊的作用及模擬過(guò)程。此外，該系統(tǒng)中的仿真光幻視心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)也同時(shí)被用于我們心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，評(píng)估我們所獲得的仿真光幻視