基于非經(jīng)典感受野的圖像表征計(jì)算模型及應(yīng)用研究.pdf

1、圖像是人們獲取外界信息的重要來(lái)源，也是進(jìn)行信息交流的重要媒介。如何得到一種高效實(shí)用的圖像表征方法，對(duì)于深入理解圖像處理和圖像理解，并為圖像后續(xù)加工提供強(qiáng)有力的支持具有重要的意義。這種高效的圖像表征模型對(duì)于進(jìn)一步如何獲得更高效的圖像編碼方式、計(jì)算機(jī)視覺(jué)處理機(jī)制等都具有重要的促進(jìn)作用。目前流行的圖像處理方式都是以基于像素為單位進(jìn)行的，這種純粹從工程角度出發(fā)提出的各種理論和方法，一般都面臨著圖像信息數(shù)據(jù)量大、處理效率低下、硬件要求高、無(wú)法解決

2、復(fù)雜場(chǎng)景的認(rèn)知等問(wèn)題。相比之下，在生物視覺(jué)系統(tǒng)中，卻能夠很容易的從復(fù)雜背景中辨認(rèn)出各種尺度、各種特性的物體。因此，借助于生物視覺(jué)系統(tǒng)的神經(jīng)機(jī)制和認(rèn)知心理理論，完全有可能找到一些新的突破點(diǎn)，以解決目前制約計(jì)算機(jī)視覺(jué)中圖像認(rèn)知的一個(gè)瓶頸問(wèn)題。本論文的研究依托于2010年國(guó)家973重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃“數(shù)字媒體理解的理論與方法研究”(Project No.2010CB327900)，主要完成了以下研究工作。
　　首先利用視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞非經(jīng)

3、典感受野的生理機(jī)制建立了多層次、有反饋機(jī)制的神經(jīng)計(jì)算模型，利用神經(jīng)節(jié)細(xì)胞感受野根據(jù)圖像刺激性質(zhì)能夠動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)建立表征單元，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像紋理塊的自動(dòng)分析與提取。所設(shè)計(jì)的神經(jīng)回路模型具有自頂向下的主動(dòng)調(diào)控功能，能夠參考圖像刺激的屬性，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元的整合和主動(dòng)選擇功能。
　　其次，根據(jù)圖像的顏色和紋理變化利用感受野進(jìn)行整合后的輸出陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的通用表征。相似的地方用一個(gè)大尺寸的感受野來(lái)進(jìn)行表征，顏色變化劇烈的地方用若干個(gè)小的感受野

4、來(lái)進(jìn)行表征。為了驗(yàn)證最后的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞輸出陣列是否忠實(shí)的能夠表示原圖像，我們用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了圖像本身具有的統(tǒng)計(jì)特性與表征所需的感受野個(gè)數(shù)之間的關(guān)系，結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)重新表征后的圖像能夠忠實(shí)的表現(xiàn)原有圖像的性質(zhì)。
　　建立表征的目的是為了提高后續(xù)更高級(jí)別的圖像處理的效率，我們?cè)诒碚鞯幕A(chǔ)上進(jìn)行了特征匹配、圖像分割等具體應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)效果上可以得出算法性能有了較大的提升。此外，為了更好的證明非經(jīng)典感受野對(duì)圖像處理的促進(jìn)作用，在神經(jīng)節(jié)細(xì)胞感