基于視覺(jué)層次感知機(jī)制的圖像理解方法研究.pdf

1、圖像理解研究利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)解釋圖像，實(shí)現(xiàn)類(lèi)似人類(lèi)或其他高等生物視覺(jué)系統(tǒng)理解外部世界的行為，是當(dāng)前計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。圖像理解與計(jì)算機(jī)視覺(jué)都在于研究并體現(xiàn)具有與人類(lèi)視覺(jué)認(rèn)知水平相當(dāng)?shù)哪芰Γ虼藦娜祟?lèi)視覺(jué)感知系統(tǒng)出發(fā)研究圖像理解過(guò)程具有重要的理論意義和應(yīng)用前景。事實(shí)證明圖像理解所具有的顯著層次分析結(jié)構(gòu)與視覺(jué)系統(tǒng)的層次化感知機(jī)制是高度一致的，對(duì)視覺(jué)感知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的理解及其數(shù)學(xué)模型的建立是擴(kuò)充和發(fā)展現(xiàn)有圖像理解方法的一種重要手段和

2、根本出發(fā)點(diǎn)。 本文從圖像理解與計(jì)算機(jī)視覺(jué)以及認(rèn)知學(xué)之間的關(guān)系入手，以視覺(jué)認(rèn)知的生理學(xué)和心理學(xué)研究成果為依據(jù)，以視覺(jué)信息的表示、學(xué)習(xí)和理解為研究主線，重點(diǎn)分析了視覺(jué)層次感知機(jī)制及其計(jì)算模型，結(jié)合相關(guān)視皮層的重要結(jié)構(gòu)和功能機(jī)理，研究并構(gòu)建了基于視覺(jué)層次感知機(jī)制的圖像理解框架，完成了視覺(jué)分割、輪廓檢測(cè)、廣義目標(biāo)識(shí)別以及場(chǎng)景分類(lèi)等不同層次的圖像理解任務(wù)。 本文的主要工作如下： (1)概述了圖像理解的發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀及其

3、層次結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，介紹了視覺(jué)層次感知系統(tǒng)的生理學(xué)構(gòu)造、功能特點(diǎn)及相關(guān)研究成果，總結(jié)了基于視覺(jué)層次感知機(jī)制的計(jì)算模型，指出了視覺(jué)感知系統(tǒng)中存在的若干重要結(jié)構(gòu)和功能機(jī)理，分析了圖像理解與視覺(jué)感知系統(tǒng)之間的關(guān)系，提出了基于視覺(jué)層次感知機(jī)制的圖像理解研究框架。 (2)研究了圖像理解的低層特征描述方法，針對(duì)彩色圖像的分割問(wèn)題，通過(guò)構(gòu)造分層特征描述了具有視覺(jué)感知一致性的圖像區(qū)域，利用Fuzzy-ART內(nèi)部的bottom-up和top-down交

4、互作用形成了不同特征層次的像素類(lèi)別劃分，結(jié)合一定的區(qū)域合并策略，構(gòu)建了層次化的視覺(jué)感知分割模型。 (3)以視皮層的拓?fù)溥B接為依據(jù)，進(jìn)一步研究了圖像理解的低層視覺(jué)描述，通過(guò)分析神經(jīng)元之間的側(cè)抑制與拓?fù)溥B接關(guān)系及其視覺(jué)形成機(jī)理，在原始自適應(yīng)共振模型中引入了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其自組織學(xué)習(xí)策略，建立了具有拓?fù)浔３痔匦缘淖赃m應(yīng)共振模型，形成了拓?fù)浔３纸Y(jié)構(gòu)下的低層視覺(jué)屬性描述，實(shí)現(xiàn)了視覺(jué)目標(biāo)的輪廓檢測(cè)以及區(qū)域分割。 (4)以圖像理解的中層結(jié)

5、構(gòu)信息表示方法為基礎(chǔ)，分析了相關(guān)視皮層目標(biāo)識(shí)別計(jì)算模型，有效利用初級(jí)視覺(jué)系統(tǒng)的信息抽象方法和稀疏編碼機(jī)制，形成了視皮層目標(biāo)識(shí)別計(jì)算模型中目標(biāo)原型的稀疏化表示，提出了復(fù)雜背景下基于稀疏編碼機(jī)制的層次化廣義目標(biāo)識(shí)別算法。 (5)以圖像理解的高層視覺(jué)認(rèn)知過(guò)程為背景，在理解場(chǎng)景的全局快速感知效應(yīng)的基礎(chǔ)上，分析了場(chǎng)景感知Gist表示的快速形成機(jī)理，研究了視皮層的層內(nèi)快速反饋動(dòng)力學(xué)特性及其與場(chǎng)景整體感知之間的關(guān)系，構(gòu)建了基于視皮層組織的場(chǎng)景