應(yīng)用于視皮層假體的圖像處理系統(tǒng)的初步研究.pdf

1、人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界所需的信息70％以上來(lái)自于視覺(jué)。由于各種各樣的原因所導(dǎo)致的視覺(jué)殘疾甚至喪失，給病人帶來(lái)了極大的痛苦和不便。隨著神經(jīng)科學(xué)、微電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，借由對(duì)視覺(jué)通路施加電刺激從而引發(fā)光幻視的視覺(jué)假體為廣大失明的患者帶來(lái)了希望。
　　 近幾年來(lái)，很多研究小組都致力于視覺(jué)假體的研究。根據(jù)刺激部位的不同，視覺(jué)假體可以分為視皮層假體、視網(wǎng)膜假體、視神經(jīng)假體三類(lèi)。其原理是將圖像信息轉(zhuǎn)化為電刺激脈沖信號(hào)，經(jīng)由植入視覺(jué)通路某段神

2、經(jīng)處的微電極陣列對(duì)該段的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞進(jìn)行電刺激，使患者產(chǎn)生光感，以修復(fù)一定的視覺(jué)功能。本文是基于國(guó)家863項(xiàng)目《基于MEMS的視皮層外微創(chuàng)芯片關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究》下的子課題，旨在研究可應(yīng)用于視皮層假體的體外圖像處理系統(tǒng)。
　　 目前，視皮層假體主要采用光幻視傳遞視覺(jué)信息。在視皮層假體中，如何將原始的圖像信息轉(zhuǎn)化為皮層適應(yīng)的光幻視電刺激陣列則是視皮層假體的關(guān)鍵問(wèn)題之一。本文首先利用小波變換等方法，著重對(duì)視皮層修復(fù)中圖像壓縮的方法進(jìn)行

3、了探討，分別從圖像的空間頻率及空間分辨率對(duì)圖像信息進(jìn)行了簡(jiǎn)化及壓縮。本文還結(jié)合人類(lèi)的視覺(jué)信息非均勻傳遞的特性，建立了變分辨率的非均勻壓縮模型，實(shí)現(xiàn)了擬皮層放大的壓縮方式，所得到的點(diǎn)陣圖較常規(guī)的均勻降低像素的方式更適合視皮層接受。另外，本文根據(jù)光幻視與電刺激強(qiáng)度的關(guān)系特性函數(shù)建立了亮度劃分模型，極大的簡(jiǎn)化了圖像的亮度信息。
　　 此外，本文還討論了應(yīng)用于視皮層假體的圖像處理系統(tǒng)的硬件方案的選定。之后，本研究基于DM642搭建了圖像

4、處理系統(tǒng)并制定了專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于視皮層修復(fù)的圖像處理流程，對(duì)上述的圖像處理算法進(jìn)行了驗(yàn)證。在文章中，筆者還專(zhuān)門(mén)探討了通用型圖像處理的方案，針對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)測(cè)試和實(shí)際視覺(jué)修復(fù)不同的條件及要求分別制定了相應(yīng)的流程及壓縮方法，增加了系統(tǒng)的通用性及可擴(kuò)展性。
　　 最后，本文結(jié)合16通道的電刺激脈沖發(fā)生裝置搭建了視皮層假體體外樣機(jī)裝置。對(duì)棋盤(pán)格測(cè)試圖像信號(hào)采集及處理后，控制電刺激脈沖發(fā)生裝置各個(gè)通道產(chǎn)生與棋盤(pán)格相對(duì)應(yīng)的脈沖序列。實(shí)驗(yàn)樣機(jī)實(shí)現(xiàn)了由圖