基于视觉感知机制的轮廓检测方法

结合初级视皮层的结构及其功能特性,模拟初级皮层的轮廓感知功能,提出一种有效的基于人类视觉感知机制的轮廓检测算法.首先,利用局部能量建立复杂细胞响应模型;然后,结合初级视皮层细胞排列特性构建图像信息与皮层细胞的映射关系,通过模拟神经元间的水平连接机制,实现对图像轮廓信息的增强和背景信息的抑制,建立了以初级视皮层风车状结构为基础的轮廓感知模型.实验结果表明:所提方法在保持目标轮廓完整性的同时,对背景信息的抑制效果更为有效;可以更加有效地对图像背景纹理进行抑制和对目标轮廓进行增强,在一定程度上达到了轮廓过度检测与欠检测的平衡,检测出的目标轮廓位置也更加精准.     

基于眼球运动参数视觉疲劳评价

视觉显示终端疲劳研究是视觉疲劳研究的主体,通过被试者在视觉显示终端疲劳眼动实验,分析眼动数据与视觉疲劳之间关系,拟合视觉疲劳与眼睑张开值、瞳孔直径、注视时间比例、扫视时间比例函数关系,通过皮尔森系数测量各参数权重,提出疲劳度测量眼动参数公式,并用实测数据验证公式正确性。     

基于多个放电神经元等效交流偶极子模型的SSVEP计算模型研究

为了解决用传统方法建立的稳态视觉诱发电位(SSVEP)计算模型无法反映脑电位随刺激频率变化特性的问题,揭示不同神经元群之间的时空相位特性,本文基于视皮层放电神经元膜电流的时谐性,根据初级视皮层按十字形分布的结构特征,充分考虑视皮层中不同神经元群之间存在的空间相位差,将放电神经元群等效为8个具有不同偶极矩的交流电流偶极子,以此建立了SSVEP的计算模型,该计算模型反映了SSVEP的频率变化特征。仿真结果表明：不论刺激频率取为何值,根据8个视皮层放电神经元群对应的等效电流偶极子计算得到SSVEP均大于单一的放电神经元的等效电流偶极子所得,说明初级视皮层中不同放电神经元群之间的空间相位是影响SSVEP的一个重要因素。     

基于初级视皮层视觉特性的图像质量评价方法

针对现有的图像质量评价方法多从特征提取角度考虑图像的失真,忽视初级视皮层是视觉信息处理和认知推理的前提的问题,受人类视觉系统特性的启发,提出一种基于初级视皮层视觉特性的图像质量评价算法;该方法基于对初级视皮层视觉特性的学习,利用初级视皮层中感受野对视觉感知信息的稀疏编码特性,提取模拟初级视皮层感受野特性的基函数,结合独立成分分析和结构相似度算法构建一种初级视觉相似性测度法,并在LIVE图像数据库中进行实验。结果表明,该模型的预测结果与主观质量评价有很好的一致性,并优于已有的结构相似度算法。     

近似熵在大鼠状态识别中的应用

以大鼠作为实验动物,采用近似熵的方法,分析大鼠初级视觉皮层的自发脑电信号,从而判别大鼠安静、睡眠和活动3种状态.实验结果表明,采用近似熵算法,使用较短的数据就能对大鼠的状态进行有效识别,减少了冗余的计算量,解决在复杂隐蔽环境中对大鼠状态的识别问题.     

基于稀疏-小世界网络的初级视皮层神经元发放模型

通过构建神经元发放模型实现对视觉系统刺激编码方式的解析是计算神经生理学领域的研究热点。在传统线性-非线性-泊松(LNP)模型的基础上,采用稀疏编码模型训练的基函数作为模型的刺激滤波器,进一步利用小世界网络优化神经元集群的连接结构,构建了一种新型初级视皮层(V1区)神经元发放模型,用于预测神经元在特定刺激模式下的响应活动。利用在LE大鼠V1区采集的多通道发放数据拟合模型参数,进一步验证模型的有效性。实验结果表明,与传统未选择基函数作为刺激滤波器以及未经过小世界网络优化的对照模型相比,该模型能更准确地预测大鼠V1区神经元在不同朝向光栅刺激下的响应。该研究表明,经小世界网络优化后,模型中神经元的连接结构具有更强的生物相似性,能更真实地反映初级视觉皮层神经元群的响应机制。     

FPGA多通道视皮层刺激器

设计了一款用于视皮层视觉修复的基于FPGA的多通道视皮层刺激器。该刺激器由FPGA和外围电压/电流转换电路两部分组成。FPGA内部包括刺激脉冲发生器和多个多路选择器:刺激脉冲发生器产生各种形式的脉冲序列信号;多路选择器作为控制端实现对信号的选择,每一通道对应一个多路选择器,增加多路选择器即可实现通道的增加。FPGA输出的电压信号通过外围电压/电流转换电路,转换为电流信号后传入电极阵列。采用Altera公司Cyclone系列EP1C6型FPGA制作了四通道实验样机进行动物实验。采用猫作为实验对象,在猫的视皮层硬脑膜外左右两侧植入微电极,左侧接入刺激信号,右侧记录脑电,实验结果显示,视皮层能够响应来自对硬脑膜的电刺激,验证了所设计的刺激器是可行的。     

立体视觉下人类大脑激活的功能核磁共振初步研究

双眼视差在立体视觉中发挥着重要的作用,然而到目前为止双眼视差引起的立体视觉如何激活大脑皮层仍没有得出一致结论,需进一步研究．因此设计了一组功能核磁共振（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎｅｎｃｅＩｍａｇｉｎｇ,ｆＭＲＩ）实验来定位与立体视觉有关的大脑皮层,实验中使用改进的随机点立体图（Ｒａｎｄｏｍ ＤＳｔｅｒｅｏｇｒａｍ,ＲＤＳ）作为视觉刺激,采用块状实验设计并使用ＳＰＭ８分析数据．结果如下:１）ｈＶ３Ａ（Ｖ３辅 助 区上 侧）,ＬＧ（舌 回）ｈＭＴ／Ｖ５（第５视 区 上侧）ＬＯＳ（枕外侧沟）以及 ＶＩＰＳ（腹侧顶内沟）是主要激活区．２）背侧视觉通路激活强烈而腹侧视觉通路激活较少．由此推论:１）没有一个单独的区域或皮层可以完全解释立体视觉感知,立体视觉的形成是不同区域通力合作的结果．２）背 侧 视 觉 通路在处理立体视觉中发挥着重要的作用．实验中得到的激活区域与其他实验结果有些差异这里主要讨论大脑激活区域以及产生差异的原因,通过分析比较这些结果,立体视觉的机制可以得到进一步的理解．如果可以明确立体视觉正常者的激活区域,那么利用ｆＭＲＩ扫描来筛查弱视会更简单有效．      

脉冲神经网络自适应侧连接的运动检测

根据视觉皮层脉冲神经网络中神经元相互作用的神经生物学机制,提出了模拟初级视皮层脉冲神经网络生物学属性的运动检测方法.该方法利用脉冲神经元之间的侧连接实现中心环绕的抑制和易化作用,并根据运动强度自适应地确定相互作用范围以及连接强度.实验结果表明:该方法不仅能较大程度地抑制噪声,而且能改善不同对比度对象的运动检测,从而提升了运动检测的性能.     

一种基于视觉显著图的线裁剪算法

基于图像内容的缩放,目的是在对图像进行任意纵横比的缩放时保持图像的视觉主体。线裁剪是一种基于图像内容的缩放算法,在已有的线裁剪算法中,使用梯度来表示每个像素点的视觉重要性,只在对象的边界处有较高的能量值,在进行缩放时,会引起图像视觉主体的形变。本文使用图像显著图和梯度图相结合的方法来度量每个像素点的重要程度,显著图从颜色、方向和强度三个属性来计算每个像素点的视觉关注程度。实验表明,本文提出的算法在缩放中能更好地保持图像视觉主体。     

稳态视觉诱发电位频率与相位特性的脑电研究

以往的研究发现,头皮脑电在枕区电极处所测得的稳态视觉诱发响应的幅度随着刺激频率的变化而变化。为了解释这一现象,该文采用一个3层的边界元头模型以及基于该模型的求逆算法,通过真实脑电数据分析,发现位于左、右侧枕区的皮层源在稳态视觉诱发响应上存在着时间差,由此提出假设:左、右侧枕区的皮层源在不同刺激频率下,在时间相位上存在着差异,这是造成不同刺激频率下脑电响应幅度存在差异的原因之一。通过仿真实验进一步验证了该假设的合理性。     

视觉修复系统模型建立与信息处理

针对客观世界的场景图像复杂,与视觉假体有限的微电极刺激阵列之间的矛盾,从视觉信息需求入手,开展了视觉假体装置建模与视觉信息的研究,设计了视觉假体装置眼动机构的生物、机械、电子一体化模型,并通过心理物理学实验进行评估验证.实验结果反映了视觉假体使用者的视觉效果和最小视觉信息需求.     

线性图标内部特征对视觉搜索的影响机理

图标的视觉搜索在人机交互中起重要作用,线性图标是设计师广泛使用的图标形式。为探究线宽和亮度对比度的变化对线性图标搜索绩效的影响机理,采用经典搜索范式并进行眼动实验验证。实验a结果表明,图标线宽的主效应显著,当图标L_长度/S_宽度比值约为12%时,线性图标的搜索速度最快。实验b1通过具有连续数量级的亮度对比度变化发现：当图标线宽适中时,图标亮度对比度的主效应显著,可通过增加亮度对比度提高图标的视觉搜索效率,亮度对比度是认知绩效的主要影响因素;实验b2采用极小线宽值的线性图标作为亮度对比度实验刺激,结果发现在较高对比度区间内,对比度越高反应时间越长,说明过高的对比度显著影响了极小线宽值图标的视觉搜索,线宽和对比度之间存在交互效应。实验c通过眼动实验从视神经认知角度解释了实验b2中线宽和对比度存在交互效应的结论。研究表明,线性图标的线宽和对比度对视觉搜索效率产生显著影响。     

候车视觉搜索与公交车体外观特征的眼动跳视研究

通过模拟乘客等候公交车时的真实场景,运用眼球运动追踪设备对城市公交车车体外观的设计布局进行眼动实验与研究.收集被试者观察公交车进站时的视觉参数数据,对数据进行归纳整理,比较被试者在辨认出目标公交车前后眼动跳视数据上的差异,分析数据差异存在的原因,从而得出候车者视觉搜索特征与公交车车体外观关系的相关结论.并对现有公交车车体外观进行优化改良设计,减少不必要的视觉干扰,提升候车乘客在候车过程中的视觉搜索体验,从而引导乘客无障碍地搭乘上目标公交车辆.     

计算机辅助外科中手术与计划空间标定以及视觉空间的误差校正

计算机辅助外科(CAS)系统中,多空间集成在一起,为了提高系统的操作精度,需要有效的标定方法校正空间之间的误差.利用机器人上特征在导航系统中视觉空间的运动误差,建立视觉空间与机器人空间的映射关系,递归校正两空间之间的局部转换矩阵.利用局部转换矩阵建立优化方程,求取全局最优转换矩阵.该方法对所有动态、静态误差进行校正.针对手术与计划空间中存在的耦合误差,利用设计的特殊结构力传感器和标定块解耦标定其误差,并根据求取的转换矩阵,调整计划空间中对象的位姿,保证计划空间与手术空间中的对象位姿一致.实验结果表明,动态标定方法可以使视觉空间中的全局误差减少到5个像素,力控标定方法可以使位置误差减小到0.25mm,姿态误差减小到0.1°.     

眨眼特征与颜色不对称立体图像视觉舒适度的相关性分析

提出了一种从眼动生理指标角度客观评价立体内容视觉舒适度的模型.选用颜色色调不对称的立体图像进行了视觉舒适度的主观评价实验,并开展了记录眨眼数据的眼球追踪实验,通过对主客实验数据的分析,验证了在色调不对称立体图像的刺激下视觉舒适度与眨眼次数呈高度负相关关系,而与平均眨眼持续时间没有明显的相关关系;得到了基于眨眼次数的立体图像视觉舒适度客观评价模型.分析模型可知：观看颜色色调不对称立体图像10 s内平均眨眼次数超过9.99次时,开始感觉到视觉不舒适.研究结果可为立体显示的视觉适度评价提供借鉴.     

液压四足机器人在野外随行中的定位研究

针对液压四足机器人在野外环境中有效随行的问题,提出了一种相对于引导员的定位方法.通过双目视觉定位和单目视觉定位融合方法来提高系统定位精度和鲁棒性,其中双目立体视觉采用轮廓检测和动态规划法求取整体最优估计,并利用Newton迭代法估计最优位姿.由于引导员可能穿着与周围环境相似的迷彩服,还设计了一种识别性高、检测容易的标志作为引导员的标志.最后,通过仿真实验验证了系统的有效性和定位精度,并且在液压四足机器人的实物上进行了实验,证明了本系统的可行性.      

视觉皮层中角点检测器的计算模型及其应用

构造了一种新的哺乳动物视觉皮层中角点检测器的计算模型 .较好地解决了一般由边缘图像求解角点时 ,在边缘提取过程中所引起的畸变和误差影响后续处理与分析过程的问题 .实验结果表明 ,使用特性检测器的方法进行角点检测 ,可以获得很好的鲁棒性 .     

相位同步方法用于稳态视觉诱发电位的测量

稳态视觉诱发电位(SSVEP)被广泛用于脑-机接口和脑电的稳态标记频率检测中.在这些研究中,都需要解决一个问题:当视觉刺激的频率发生变化时,如何通过分析SSVEP信号,快速准确地跟踪上这种变化.解决这个问题通常的分析方法是利用信号的频谱特征.该文依据稳态视觉诱发电位与视觉刺激之间的时间锁定关系,提出用相位同步化方法来解决这个问题.实验结果表明,相位同步化方法能够更加准确地定位刺激频率的变化时刻.在SSVEP研究中,相位同步化可以作为一个新的可资利用的特征.     

无偏差场景图生成方法综述

场景图是自然图像的一种结构化描述,有助于提高下游图像理解任务的性能和准确度.场景图的研究是当前计算机视觉和深度学习的重要内容,场景图生成是研究工作的重点和难点.由于数据集的长尾效应导致生成的对象关系准确性存在偏差,严重地限制了场景图的生成质量,所以无偏差场景图得以重视.在介绍视觉关系、场景图和长尾效应三个概念的基础之上,根据无偏差场景图生成流程,将现有的无偏差场景图生成分为数据平衡、无偏差训练、关系推理三种方法.对这三类方法中常见算法的优点和特点进行了总结与分析,对比了算法之间的性能.最后指出,融入外部知识、区分谓词粒度、提高小样本识别能力和构建更加平衡的数据集,是无偏差场景图生成未来研究重点.