视觉感知机制及其应用研究
发布时间：2021-08-23 10:53
人类的视觉系统有着极为强大的信息分析与认知理解能力,是人类感知世界的重要途径。深入研究视觉系统的内在机理并对其建模,不仅有助于理解视觉感知的信息处理与传递方式,而且可为实现基于视觉感知机制的计算模型贡献重要的理论基础与新思路。本文首先考虑到前后级神经元两者朝向选择性的密切联系,提出朝向深度选择模型逐层提取视觉刺激的朝向信息,并引入数据驱动的视觉注意度量视觉信息的空间稀疏性,经神经元网络编码实现轮廓信息增强;然后利用初级视皮层神经元对视觉刺激对比度变化的动态适应,构建对比度适应朝向选择的感受野模型准确捕捉视觉信息的明暗变化与朝向信息,并经由前级侧抑制信息调控的非经典感受野抑制纹理噪声;最后基于视觉通路平行通道的尺度变化,引入颜色拮抗及高级皮层对初级视皮层的反馈控制,实现图像显著轮廓检测,并将其应用于智慧交通场景中的车道线自动检测,结果验证了本文方法的可行性。本文的主要研究工作和成果如下:（1）考虑主视觉通路多层级感受野对视觉刺激的朝向选择性,以及副视觉通路的空间位置信息敏感性,提出了一种基于主副视觉通路协同作用的轮廓检测新方法。针对轮廓线条及整体朝向的连续性,提出了朝向深度选择模型多层级...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１视觉通路信息流向图??
而撤光－中心感受野恰好与之相反。在１９６５年，Ｒｏｄｉｅｃｋ构建高斯差模型ＤｏＧ模拟这种同心??圆结构拮抗式感受野的作用机制［３４］，该模型用两个高斯分布分别模拟中心机制、抑制周围机??制，前者具有较强的峰敏感度，后者面积较大且作用较弱。感受野结构如图２．２所示。??⑷给光－中心感受野?（ｂ）撤光－中心感受野??图２．２视皮层下同心圆结构的感受野示意图??一般认为，外膝体细胞接受神经节细胞的输入，是视觉信息传递的中继站，其生理结构??与信息加工机制与视网膜神经节细胞类似。然而现有研究发现外膝体细胞与初级视皮层细胞??关系并非简单的前后关系，外膝体细胞也许拥有更复杂的功能。??２．２．２初级视皮层的经典感受野??初级视皮层是产生视觉感知的关键组织，２０世纪５０年代末，Ｈｕｂｅｉ和Ｗｉｅｓｅｌ开始研究视??觉皮层的结构与功能，他们发现大部分的初级视皮层细胞对弥散光没有反应，仅对特定朝向??的条形光刺激会有响应，且会因为光刺激朝向的偏移加强或减弱响应，即具有朝向选择性，??如图２．３所示。??園羣??＜＝：、、：办?Ｂ?—＝—??Ｉ?Ｊ?Ｉ?Ｉ??０?１２?３??（ａ）简单细胞感受野的几种结构?（ｂ）简单细胞有朝向选择的响应??图２．３初级视皮层简单细胞及其朝向选择性［１２］??８??
对经典感受野的研究能够较好地解释初级的视觉感知机制，但是无法解释视觉感知过程??中视觉信息的稀疏编码和以及视觉选择性注意机制。随着对感受野研宄的深入，发现在经典??感受野外存在一个环形区域，后续被称为非经典感受野［３８］，如图２．４所示。单独刺激非经典??感受野不会引起神经元响应，但是当同时刺激非经典感受野与经典感受野时，非经典感受野??会调制神经元的响应。关于初级视皮层非经典感受野调制效应的形成众说纷纭，其中有三种??较为合理的假说［３９］：?（１）与外膝体输入有关；（２）与高级皮层调控有关；（３）同级输入影响。??＇??经典感受野??ｙ／?＾同心圆拮抗模型??Ｓ?１???大外周区??非经典感受野??图２．４非经典感受野区域示意图??２．３神经元模型??视觉通路在逐级传递并不断精炼整合视觉信息的过程中离不开神经元的参与。事实上，??神经元对视觉信息的高效编码，是实现视觉信息传递过程快速性与完整性的重要基础，同时??也是视觉感知机制形成的重要因素。目前，研究人员根据神经元的电生理实验基础，己经提??出众多模拟神经元功能的计算模型。这些模型通常描述神经元因细胞通道膜通透性改变引起??的膜内外电位变化，并通过微分电路模型表述动作电位的产生与传导。其中最为知名是奠定??神经元计算模型理论基础的Ｈｏｄｇｋｉｎ－Ｈｕｘｌｅｙ神经元模型，该模型通过模仿动作电位的产生原??理实现信息的非线性映射
本文编号：3357729
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１视觉通路信息流向图??
而撤光－中心感受野恰好与之相反。在１９６５年，Ｒｏｄｉｅｃｋ构建高斯差模型ＤｏＧ模拟这种同心??圆结构拮抗式感受野的作用机制［３４］，该模型用两个高斯分布分别模拟中心机制、抑制周围机??制，前者具有较强的峰敏感度，后者面积较大且作用较弱。感受野结构如图２．２所示。??⑷给光－中心感受野?（ｂ）撤光－中心感受野??图２．２视皮层下同心圆结构的感受野示意图??一般认为，外膝体细胞接受神经节细胞的输入，是视觉信息传递的中继站，其生理结构??与信息加工机制与视网膜神经节细胞类似。然而现有研究发现外膝体细胞与初级视皮层细胞??关系并非简单的前后关系，外膝体细胞也许拥有更复杂的功能。??２．２．２初级视皮层的经典感受野??初级视皮层是产生视觉感知的关键组织，２０世纪５０年代末，Ｈｕｂｅｉ和Ｗｉｅｓｅｌ开始研究视??觉皮层的结构与功能，他们发现大部分的初级视皮层细胞对弥散光没有反应，仅对特定朝向??的条形光刺激会有响应，且会因为光刺激朝向的偏移加强或减弱响应，即具有朝向选择性，??如图２．３所示。??園羣??＜＝：、、：办?Ｂ?—＝—??Ｉ?Ｊ?Ｉ?Ｉ??０?１２?３??（ａ）简单细胞感受野的几种结构?（ｂ）简单细胞有朝向选择的响应??图２．３初级视皮层简单细胞及其朝向选择性［１２］??８??
对经典感受野的研究能够较好地解释初级的视觉感知机制，但是无法解释视觉感知过程??中视觉信息的稀疏编码和以及视觉选择性注意机制。随着对感受野研宄的深入，发现在经典??感受野外存在一个环形区域，后续被称为非经典感受野［３８］，如图２．４所示。单独刺激非经典??感受野不会引起神经元响应，但是当同时刺激非经典感受野与经典感受野时，非经典感受野??会调制神经元的响应。关于初级视皮层非经典感受野调制效应的形成众说纷纭，其中有三种??较为合理的假说［３９］：?（１）与外膝体输入有关；（２）与高级皮层调控有关；（３）同级输入影响。??＇??经典感受野??ｙ／?＾同心圆拮抗模型??Ｓ?１???大外周区??非经典感受野??图２．４非经典感受野区域示意图??２．３神经元模型??视觉通路在逐级传递并不断精炼整合视觉信息的过程中离不开神经元的参与。事实上，??神经元对视觉信息的高效编码，是实现视觉信息传递过程快速性与完整性的重要基础，同时??也是视觉感知机制形成的重要因素。目前，研究人员根据神经元的电生理实验基础，己经提??出众多模拟神经元功能的计算模型。这些模型通常描述神经元因细胞通道膜通透性改变引起??的膜内外电位变化，并通过微分电路模型表述动作电位的产生与传导。其中最为知名是奠定??神经元计算模型理论基础的Ｈｏｄｇｋｉｎ－Ｈｕｘｌｅｙ神经元模型，该模型通过模仿动作电位的产生原??理实现信息的非线性映射
本文编号：3357729
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/qiche/3357729.html
