视觉反差阈值检测的定量模型

一、引言从50年代起,就有人用一维正弦条纹作刺激来研究人的视觉系统的性质。之所以采用条纹刺激,一方面是由于当时设计电视机的实际需要,另一方面则是人们期望用线性系统理论来分析各种视觉现象。例如,Schade把人的视觉系统看成是一个空间滤波器,并测量了它的调制传递函数。 Campbell和Robson曾指出:在人的视觉系统中存在若干空间频率通道,每道的通频带都相当窄,各道在功能上服从线性叠加原理。     

智能神经假体：心理与技术问题

近年来,微系统技术、神经计算和生物系统等高新技术的发展,为新型植入式智能神经假体装置的发展、生产和应用提供了巨大的可能。其中一项特别引人关注的进展就是智能视觉假体。虽然通过中枢视觉系统到知觉域的机制还未完全了解,但视觉假体是通过电刺激视觉通路的不同部位来产生有用的视觉感受。许多年前,哲学和心理物理学研究都强调视觉感受可能是由不同的原因所引起。为了研制视觉假体,我们使用两张映射图来描述中枢视觉系统的功能是如何实现的。我们提出一种具有自学习功能且包括几个阶段的视网膜编码器（retina encoder,RE）。视网膜模块的RE模拟视网膜的功能并假定其实现了模式P1从物理域到神经域的映射操作M1。与此相对应的,中枢视觉系统模块则实现另一个映射操作M2,即M1在神经域的输出信号被转换到知觉域而产生视觉感受P2。在设定的迭代和基于感受的学习过程中,一名拥有正常视力的被试参与实验来提供由P1而产生P2的感性的相似性估计作为学习算法的输入,该算法反过来调整RE的参数矢量使得P2足够接近P1。更具体的说,全部RE时空滤波器可以借助遗传算法与被试交互式的实现调节。另一种视网膜编码器RE^＊使用特殊的时空滤波器组、决策树算法以及仿真的微小眼动算法组合构成。这种新编码器可以显著提高调节的结果。近期RE的研究集中在试图增强RE本身基于P1模式预处理的特性、模式分割、时间模式表达的选择性调整以及刺激电极簇的选择性控制。随着神经假体技术研究的不断深入和成熟,将会有越来越多的人受益。     

视觉图象-背景相对运动分辨模型

在蝇视觉相对运动神经计算原理的基础上,提出一个新的视觉图象-背景相对运动分辨模型.它包括(1)视觉图象-背景相对运动分辨的初级视觉加工,即运动图象的滤波加工;(2)视觉图象-背景相对运动分辨的中级视觉加工,即滤波器输出的运动图象与亮度边缘信息的平行整合加工.考虑到传统的计算机是串行加工方式,难以实时处理信息量巨大的运动目标图象,而且计算的原理与神经计算有着根本区别,建立了一个生物学似真的实时运动信息加工神经网络电子装置,在此装置上对模型进行检验,实现了目标图象与复杂的背景图象的实时高分辨率相对运动分辨.提出视觉残象在运动图象滤波中起着重要作用;运动视觉的孔径问题应分成两部分来处理:孔径问题引起的运动图象与背景分离不完整的问题,通过视觉的多通道信息的平行整合能得到较好的解决,而孔径问题引起的速度方向测不准在视觉整合中只能得到一定的补偿。     

线画图形质地辨认的一个神经网络模型

本文提出了一个能辨认线画质地的神经网络模型,并在IBM-PC机上对它进行了成功的模拟.该模型可与真实的视觉系统建立起很好的对应关系,因此可以认为它是对视觉系统质地辨认过程的一个机器再现.另外,本文推广了原广义Gabor函数模型,得到了一个适合于描写网络层次视觉功能的单细胞感受野的数学描述.     

基于FPGA 超声信号数字动态滤波器的实现

目的:本文研究了基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)超声成像系统中数字动态滤波器的实现方法和过程。方法:动态滤波器中FIR滤波器采用分布式算法(Distributed Arithmetic,DA)实现结构,并在应用中对DA算法进行了改进,包括数据并行处理结构的设计、对查找表(Look Up Table,LUT)输入字长N大小的控制和具有对称系数的FIR滤波器的采用。改进后的DA实现在FPGA资源占用和处理速度之间达到了平衡。同时,结合多级流水线结构,动态滤波器实现了数字超声信号并行处理。结果:采用常值滤波器(远场匹配参数)进行滤波后,超声回波图像远场分辨率达到了要求,但越靠近近场效果越差。相比之下,本文设计的基于FPGA超声信号动态数字滤波器达到了很好的滤波效果,使回声图像近场和远场都有最佳分辨率。结论:利用FPGA实现超声系统中动态滤波器是完全可行的,并且有助于提高系统的稳定性和可靠性,并大大减低系统成本。     

地下鼠视觉系统对昼夜节律调节研究进展

地下鼠由于其特殊的生活环境,视觉系统表现出明显的退化和进化镶嵌的特征:视觉器官退化,由视觉诱导产生行为反应的脑区及视觉投射严重退化,但是有关感受光周期的"非成像"视觉通路结构高度发达.即与成像和运动知觉有关的结构退化,有助于感受光周期的结构却选择性地保留.很多研究表明地下鼠的视觉系统依然保留有感知光周期节律并产生与外界昼夜循环同步的生理功能.与光周期有关的季节性繁殖、内分泌、行为活动以及体温变化等也表现出相应节律性.本文对地下鼠昼夜节律研究现状进行了综述,旨在对地下鼠的适应性进化特征加以补充,有助于开展地下啮齿类视觉系统功能的研究,更进一步阐明生物进化与环境的关系.     

初级视觉的小波表征及其图象压缩效果

初级视觉的Ｇａｂｏｒ函数模型和变换尺度为３是初级视觉处理外界信息的主要特征,在此基础上,由于小波所具有的多分辨特性与视觉处理由粗到细的过程相一致,因而,希望存在一类能够表征这两个初高觉特征的小波亦换。从这点出发,本文先给出了具有变换尺度为３的正交Ｈａａｒ基,而后给出了具有以上两个特征的小波基和小波滤波器。     

人工视觉辅助系统：现状与展望

通过视觉获取图像信息是人类学习和生活的重要功能,失明则会显著降低其生活质量. 因视网膜色素变性、青光眼和黄斑变性等疾病而造成后天失明者,以及由意外事故、战争等造成眼部创伤者,有可能通过人工视觉辅助系统的帮助恢复部分视觉,或者完成复杂的生活任务. 一些盲症患者视觉通路的神经传导剩余部分依然有功能,因此可以借助电极阵列刺激视神经向大脑传递视觉信息,也可在大脑视觉皮层贴敷电极阵列的方法输入视觉信息. 此外,还能借助体外装置,如通过人工智能将视觉转换成语音指令、触觉阵列编码等,帮助盲症患者获得环境信息. 本文综述各类人工视觉辅助系统的现状,展望其发展趋势,并提出了新的植入器件与随身体外装置的新设想.     

初级视觉的小波表征及其图象压缩效果

初级视觉的Ｇａｂｏｒ函数模型和变换尺度为３是初级视觉处理外界信息的主要特征。在此基础上,由于小波所具有的多分辨特性与视觉处理由粗到细的过程相一致,因而,希望存在一类能够表征这两个初级视觉特征的小波变换。从这点出发,本文先给出了具有变换尺度为３的正交Ｈａａｒ基,而后给出了具有以上两个特征的小波基和小波滤波器。我们将其应用到图象信息的压缩上,着重与传统二进的小波变换图象压缩的效果进行了比较,结果说明具有视觉特征的小波变换能够提供良好的图象压缩效果和主观视觉效果     

自然图像效率编码

效率编码理论认为经过漫长历史进化,大脑感知系统有效地适应了自然环境.自然图像统计规律计算建模对视觉信息处理机理的理解大有裨益.本文简要回顾近期视觉系统对自然图像效率编码的最新进展.     

视觉通道中颜色与形状特征的识别

本文利用计算机设计新的心理物理实验,研究人类视觉系统的颜色、形状通道和对颜色的识别反应,证实视觉系统的颜色通道和形状通道是独立并行的.对颜色反应还进行视觉诱发电位测试,结果与心理物理实验基本一致.最后,提出颜色通道与形状通道间信息相互统一的假说模型.     

基于Gabor滤波器的皮肤纹理图像增强

在疗效化妆品中,常常需要对护肤品的性能和效果进行分析。皮肤纹理的检测是客观衡量疗效化妆品的有效手段。基于计算机视觉技术的皮肤纹理分析,对拍摄的皮肤图像要进行图像预处理,增强图像,为后续的分析提供有效的数据。采用经过微调的定向的Gabor滤波器进行增强图像,通过实验得出Gabor滤波器不仅抑制噪声的效果好,还保留了皮肤图像的整体和局部特征。     

视觉运动图象滤波模型及其实时模拟

在充满生存竞争的动物世界,视觉的伪装与反伪装现象随处可见,视觉反伪装的原理是什么？本文对Ｒｅｉｃｈａｒｄｔ的图形－背景相对运动分辨模型加以发展,提出了视觉反伪装功能的运动图象滤波器模型。为了检验此模型,我们建立了一个生物学似真的实时运动信息加工神经网络电子装置,实现了实时、高分辨运动目标图象滤波。与Ｍｅａｄ的人工视网膜的运动目标图象检测功能相比,检测的运动目标图象的分辨率有很大提高,而噪声水平显著降低,克服了人工视网膜的一些局限性。     

彩超系统中壁滤波器设计和性能比较

本文首先介绍了多普勒原理和血流多普勒信号模型,推出了壁滤波器设计在彩色超声成像系统中具有极其重要的地位;其次分析了如何通过无限脉冲冲激响应（IIR）滤波器和回归型滤波器设计壁滤波器的原理,其中无限脉冲冲激响应（IIR）滤波器根据初始状态的不同又可以分为零初始化、阶跃初始化和投影初始化三种滤波器;然后根据上述原理分别对各种形式的壁滤波器进行设计,得到它们的频谱图;最后根据频谱图,对这几种壁滤波器进行性能比较,得到它们的优缺点,对从事壁滤波器设计相关的工作者有一定得借鉴意义。     

Organization and postembryonic development of glial cells in the visual system of the Chinese honeybee, Apis cerana cerana (Hymenoptera:Apidae )

神经胶质作为视觉系统的重要成分之一,对视觉系统的发育及功能起着重要的作用.本研究通过组织解剖观察、免疫组织化学等技术,对中华蜜蜂Apis cerana cerana幼虫和蛹的视觉系统中神经胶质的类型和发育过程进行了比较研究.研究表明:在中华蜜蜂视觉系统中,根据神经胶质的位置和形态主要分为表面神经胶质、皮层神经胶质和神经纤维网神经胶质3种类型;神经胶质主要来源于视柄和视叶中的神经胶质前体中心;神经胶质细胞数量的增加一方面来自于细胞的迁移,另一方面来自于神经胶质细胞自身的分裂增殖.本研究为昆虫神经胶质的发育以及功能研究提供理论基础.     

视觉系统感受野的研究概况及其模拟

自从Hartline于1938年引导出蛙单根视神经纤维的电活动,并在视觉系统的研究中,引入感受野(Receptive field,以下简写为R.F.)的概念以后,对于各种动物,以及视觉系统的各级水平上,进行了大量的实验工作,积累了丰富的资料,对于视觉系统功能的了解,取得了前所未有的进展。关于感受野研究工作的综述性文章,已陆续有所发表,本文不拟重新罗列这些实     

精神分裂症视觉周边抑制异常及其神经机制

精神分裂症患者普遍存在视觉信息处理异常,这些视知觉功能紊乱涉及视通路的高级以及低级视区,表明在部分精神分裂症患者中,视觉系统早期或晚期的不同信息处理阶段均可能存在损伤.阐明这些感知觉信息处理紊乱的神经机制对理解精神分裂症神经病理生理学机制有重大意义.视觉周边抑制(surround suppression)是一种广泛存在的视觉现象,指在神经生理水平或视知觉水平上外周对中央视觉目标的抑制作用.精神分裂症的视觉周边抑制发生异常改变,然而其损伤状况并不完全一致,且其具体神经机制目前仍不清楚.本文以周边抑制为对象,从精神分裂症周边抑制改变状况及其神经机制两个层面简述了国内外精神分裂症视觉周边抑制的研究进展.未来研究方向需要系统全面地调查精神分裂症周边抑制损伤状况,综合脑科学研究技术共同探究精神分裂症患者周边抑制异常的具体神经环路.     

昆虫视觉系统平行加工通道研究

许多飞行的昆虫能够借助它们的视觉发现、跟踪、识别、捕获对它们有意义的目标,有些昆虫例如蜜蜂、蝴蝶、蜻蜓等与高等的动物一样,它们也具有空间视觉、运动视觉和颜色视觉,这些视觉信息是如何进行加工的,其加工通道之间的相互关系如何,阐明这些问题对解释视知觉的形成是很重要的.由于昆虫神经系统比人和哺乳动物神经系统简单得多,其神经元的数量亦少得多,因此我们选择了以昆虫的视觉系统为模型系统对此问题进行研究.本文把1986年以来我们对此问题开展行为分析和神经生理学研究所取得的结果以及与此有关的工作综述如下.     

初级视觉的Gabor函数模型的研究进展

当前,模型和理论研究已成为视觉研究的重要组成部分.国际权威刊物“Vision Re-search”自1992年起把刊登内容分成三大栏目:神经生物学;心理物理和行为生理学;计算现觉.最后一部分是当年新增栏目.内容包括:视觉模型和理论;视觉网络:计算机视觉.视觉系统中的信息加工是神经科学中最早理论化和模型化的分枝之一,也是神经科学中与工程技     

一种感知视觉运动信息的简化脑模型

视觉运动信息的感知过程,包括从局域运动检测到对模式整体运动的感知过程.我们以蝇视觉系统的图形-背景相对运动分辨的神经回路网络为基本框架,采用初级运动检测器的六角形阵列作为输入层,构造了一种感知视觉运动信息的简化脑模型,模拟了运动信息应该神经计算模型各个层次上的处理.该模型对差分行为实验结果作出了正确预测.本文并对空间生理整合的神经机制作了讨论.