基于生物特性的视网膜外网膜层建模与并行化仿真

发布时间：2017-09-21 04:29

  本文关键词：基于生物特性的视网膜外网膜层建模与并行化仿真

  更多相关文章： 视网膜 并行化仿真 建模 视锥细胞 水平细胞 双极细胞

【摘要】：视网膜外网膜层主要负责为人眼视觉系统获取外界信息、对视觉信息进行第一次预处理,把处理后的视觉信息传输给视网膜内网膜层,最终传输到大脑进行识别。视网膜外网膜层由三层不同种类的细胞构成,分别为：光感细胞层、水平细胞层、双极细胞层。本文研究的重点是在充分考虑视网膜的生理学数据以及生理学特性的情况下,建立起了生理学意义的视网膜外网膜层模型并对模型进行并行化仿真。 本文首先依据生理学数据,建立了视网膜层外网膜层各层细胞的数学模型,比较逼真地建立了视网膜外网膜层的模型。视网膜外网膜层各层细胞的模型包括：视锥细胞连续分布模型、视锥细胞的光适应性模型、视锥细胞的空间滤波模型、水平细胞的空间滤波模型、双极细胞感受野模型。视锥细胞连续分布模型依据在中央区视锥细胞的密度非常高,随着视网膜的离心度的增加视锥细胞的密度快速的减少的特性而建立。视锥细胞的光适应性模型由视锥细胞的明适应性、暗适应性和稳态适应性相结合而形成。水平细胞的空间滤波模型依据H1、H2、H3型水平细胞选择性地接收R、G、B型视锥细胞以及这三种视锥细胞空间高斯滤波权重的不同而建立。依据双极细胞的种类建立了侏儒双极细胞和弥散双极细胞的模型,并考虑了双极细胞的感受野随着离心率的增大而逐渐增大的特性,建立了双极细胞的空间滤波模型。 本文接着依据建立起的视网膜外网膜层的模型,设计了视网膜外网膜层并行化仿真软件系统。根据仿真系统的要求,本文选择Baumer公司的EXG50C型彩色相机获取外界信息和NVIDIA公司的GEFORCE310M显卡作为视觉信息的处理芯片。为了克服仿真中庞大细胞数量带来巨大计算量的问题,本文利用统一计算设备架构(CUDA)并行算法在英伟达显卡中实现了视网膜外网膜层的视觉信息的并行处理,实验证明其很好地满足了实时性的要求。 虽然本文的仿真系统不能直接应用于临床医疗,但本文模型的建立可以验证生理学上的一些假设,同时对于视网膜假体的完善以及仿生人眼系统的建立也具有指导意义。
【关键词】：视网膜 并行化仿真 建模 视锥细胞 水平细胞 双极细胞
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R774.1;TP391.9
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 本文工作和研究目的13-14
• 1.4 本文结构14-15
• 第2章 视网膜外网膜层结构及并行化计算15-22
• 2.1 光感细胞15-17
• 2.2 水平细胞17
• 2.3 双极细胞17-19
• 2.4 并行化仿真介绍19-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第3章 基于生理学特性的视网膜外网膜层的建模22-40
• 3.1 视锥细胞层建模22-32
• 3.1.1 基于生理学数据视锥细胞分布函数的确定22-24
• 3.1.2 视锥细胞的光适应性建模24-28
• 3.1.3 基于视锥细胞空间分布函数的输出28-32
• 3.2 水平细胞层建模32-34
• 3.2.1 水平细胞输出32-34
• 3.2.2 水平细胞的返回抑制34
• 3.3 双极细胞层建模34-38
• 3.3.1 侏儒双极细胞的建模35-36
• 3.3.2 弥散双极细胞的建模36-38
• 3.4 视网膜外网膜层的输出38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 基于CUDA的视网膜外网膜层仿真40-59
• 4.1 仿真平台的软、硬件40-42
• 4.2 视锥细胞的仿真及结论42-51
• 4.2.1 视锥细胞分布仿真42-44
• 4.2.2 视锥细胞稳态反应仿真44-46
• 4.2.3 视锥细胞明、暗适应性仿真46-49
• 4.2.4 视锥细胞的输出仿真49-51
• 4.3 水平细胞的仿真及结论51-53
• 4.4 双极细胞的仿真及结论53-55
• 4.4.1 侏儒双极细胞仿真53-54
• 4.4.2 弥散双极细胞仿真54-55
• 4.5 视网膜外网膜层输出55-57
• 4.6 CUDA仿真时间优势57
• 4.7 本章小结57-59
• 第5章 模型生理学验证与分析59-64
• 5.1 人眼动态感应特性59-60
• 5.2 简单的彩色还原60-61
• 5.3 同心圆拮抗性及细胞的连接特性验证61-62
• 5.4 本章小结62-64
• 第6章 总结与展望64-66
• 6.1 论文结论64
• 6.2 展望64-66
• 参考文献66-70
• 攻读学位期间发表的学术论文目录70-71
• 致谢71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 毕文元;陈志强;张丽;邢宇翔;;基于CUDA的三维重建过程实时可视化方法(英文)[J];CT理论与应用研究;2010年02期

2 方肖云;视网膜假体的研究进展[J];国外医学.眼科学分册;2003年04期

3 邹海荣,龚振邦,罗均;仿生眼的研究现状与发展趋势[J];机器人;2005年05期

4 李军;李艳辉;陈双平;;CUDA架构下的快速图像去噪[J];计算机工程与应用;2009年11期

5 杜久林,杨雄里;视网膜双极细胞——神经元信号整合的研究模型[J];科学通报;1999年15期

6 王世春;王平根;;基于CUDA的快速车牌字符识别[J];计算机应用与软件;2012年10期

7 裴智军;乔清理;艾慧坚;;视网膜假体视觉信息处理模型[J];计算机仿真;2011年03期

8 杨雄里;视觉信息在视网膜中传递和调控[J];神经解剖学杂志;1995年04期

9 易松;刘福岩;李雪敏;王威;陈业成;;基于CUDA平台的海洋表面模拟[J];计算机工程与设计;2011年03期

10 石萍;邱意弘;朱贻盛;童善保;;人工视觉假体研究综述(Ⅰ)——视网膜假体研究现状[J];生物医学工程学杂志;2008年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 崔有刚;仿生视网膜信息平行处理的模拟研究[D];吉林大学;2011年

2 王艳艳;基于DSP的人工视觉图像采集系统[D];上海交通大学;2007年

3 管旭东;视网膜仿真模型及其感知效能分析[D];复旦大学;2010年

，

本文编号：892384