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(dāng)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(jìn)行視覺功能修復(fù)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(zhuǎn)換為對應(yīng)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(jìn)行電刺激，在視覺中樞產(chǎn)生光幻視，從而實現(xiàn)視覺功能修復(fù)。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(guān)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(xué)及認(rèn)知科學(xué)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(nèi)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(jié)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(xùn)練能夠顯著地提高定位的精確度和可重復(fù)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(jié)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(shù)后光幻視特性評估的準(zhǔn)確性。
　　 然后，在光幻視空間特性研究的基礎(chǔ)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取）、光幻視特性（分辨率、扭曲、缺失以及灰度等）和圖像復(fù)雜度對常見物體識別的影響。結(jié)果表明當(dāng)分辨率達(dá)到32×32時，物體識別準(zhǔn)確率

4、達(dá)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(dāng)仿真光幻視扭曲度大于0.4或缺失率高于30％時，準(zhǔn)確率低于60％，物體難以識別;灰度級僅當(dāng)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(fù)雜度在光幻視陣列不規(guī)則程度較嚴(yán)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(dá)方法以改善

5、漢字識別和語段閱讀的表現(xiàn)。結(jié)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(dāng)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(zhǔn)確率仍高于80％;而灰度級對漢字識別影響較小。閱讀準(zhǔn)確率和效率隨視野內(nèi)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(dāng)視覺假體電極數(shù)達(dá)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(zhǔn)確率顯著高于單字識別準(zhǔn)確率。對于不同的漢字表達(dá)方