視覺假體中人工視覺最小信息需求及其優(yōu)化研究.pdf

1、視覺假體是當今國際上對老年黃斑病變和視網(wǎng)膜色素變性的失明患者進行視覺功能修復的研究熱點，它主要由外置微攝像機采集外界圖像信息，通過信息處理器把圖像轉換為對應的電刺激模式，再由微電流刺激器將多路電脈沖加載到微電極陣列，對視覺神經(jīng)系統(tǒng)進行電刺激，在視覺中樞產生光幻視，從而實現(xiàn)視覺功能修復。由于現(xiàn)階段有限數(shù)量的刺激電極誘發(fā)有限的離散光幻視點，因而所形成的假體視覺僅能提供簡單的視覺信息，因此，在目前視覺假體的信息處理研究中，最為關鍵的問題之一是

2、如何突破神經(jīng)刺激電極數(shù)量有限的瓶頸，向假體植入者提供最有用的視覺信息，使盲人獲得最佳的視覺感受。本課題基于信息科學及認知科學開展視覺假體中人工視覺的最小信息需求及其優(yōu)化研究，具體內容如下:
　　 首先，本文基于觸覺感知研究了仿真光幻視的空間特性（空間位置和尺寸），結果表明仿真光幻視定位誤差和離散度隨著偏心率的增加而增加;被試對于尺寸大、穩(wěn)定的、高亮度的光幻視定位表現(xiàn)較好;長期訓練能夠顯著地提高定位的精確度和可重復性。視覺刺激的亮

3、度和偏心率顯著影響光幻視的尺寸判斷結果;被試對亮度較高、偏心率較大的光幻視尺寸判斷較大。因此，在臨床試驗中，研究人員可以使電刺激參數(shù)有所偏向，提高假體植入者術后光幻視特性評估的準確性。
　　 然后，在光幻視空間特性研究的基礎上，我們建立了優(yōu)化的仿真假體視覺模型，研究了圖像處理方法（直接低像素化和邊緣提?。?、光幻視特性（分辨率、扭曲、缺失以及灰度等）和圖像復雜度對常見物體識別的影響。結果表明當分辨率達到32×32時，物體識別準確率

4、達到90％以上。隨著分辨率的降低以及扭曲度和缺失率的增大，物體識別率顯著降低;當仿真光幻視扭曲度大于0.4或缺失率高于30％時，準確率低于60％，物體難以識別;灰度級僅當由2級升為4級時物體識別率有顯著提高。所用圖像處理方法和圖像復雜度在光幻視陣列不規(guī)則程度較嚴重時顯示出顯著性差異。
　　 最后，本文基于仿真假體視覺開展了中文閱讀研究，評估光幻視特性對漢字識別和語段閱讀的影響。針對其中的扭曲因素，我們提出不同的漢字表達方法以改善

5、漢字識別和語段閱讀的表現(xiàn)。結果表明扭曲、缺失和點大小的變化對假體視覺下漢字的識別有顯著的影響，當扭曲度不高于0.2、缺失率不高于20％或點大小變化不高于4時，漢字識別準確率仍高于80％;而灰度級對漢字識別影響較小。閱讀準確率和效率隨視野內單字分辨率的降低、缺失率和灰度級的增加而降低;而亮度僅影響閱讀效率。當視覺假體電極數(shù)達到1000個、缺失率不高于10％時，中文閱讀有較好的表現(xiàn)。語段閱讀準確率顯著高于單字識別準確率。對于不同的漢字表達方