視網膜信息處理模型的建立.pdf

1、研究目的：
　　 視覺假體是用微電極陣列直接刺激視路徑上的結構，為盲人提供重要的外界信息輸入。視網膜信息處理模型可取代生物視網膜功能，將刺激圖像轉化為攜帶有效視覺信息的鋒電位序列，驅動刺激電極陣列，是視覺假體研究的一個必要組成部分。本文通過理論分析視網膜內電刺激產生視知覺的信號流程和各個階段傳遞函數，建立視網膜仿生模型，并以靜態(tài)灰度圖像為輸入進行模擬。解決向視覺中樞輸入什么信息，如何有效輸入信息的問題，為設計研發(fā)切實可行的植入式

2、視覺微電子系統(tǒng)提供神經計算的支持。
　　 研究方法：
　　 本研究從已知的視網膜生理機制出發(fā)：視覺神經元功能聯(lián)系主要發(fā)生在突觸層。將外網狀層和內網狀層看作兩個獨立的信息處理單元，建立兩層結構的視網膜信息處理模型，并在Matlab平臺上以靜態(tài)灰度圖像為輸入進行仿真研究。
　　 1.外網狀層視覺信息提取。根據神經元感受野特點：中心-周邊結構，空間分布范圍和時間軌跡不同。中央和周邊信號分別對應不同的線性時空濾波器，所建

3、模型的空間組分是高斯函數，時間組分是級聯(lián)指數函數，最終由雙極細胞層整合相互拮抗的中央信號和周邊信號。
　　 2.內網狀層視覺信息編碼。用一個簡化的突觸傳遞函數來表征人眼視覺系統(tǒng)的非線性調制功能，外界刺激強度通過相應的放電率表示；在簡單齊次泊松模型的加入神經元鋒電位產生的不應期，獲取神經元放電鋒鋒間隔，最終得到傳遞有效視覺信息的鋒電位序列。
　　 3.通過Matlab提供的圖形用戶界面集成開發(fā)環(huán)境GUIDE，根據模型結構及

4、其所要實現的功能類型，設計開發(fā)圖形用戶界面。
　　 研究結果：
　　 1.所建立的視網膜外網狀層模型可實現視覺信息提取，得到清晰的邊緣輪廓對比信息；內網狀層數學模型可實現視覺信息編碼，獲取傳遞視覺信息的鋒電位序列。
　　 2.輸入靜態(tài)灰度圖像，經外網狀層時空濾波模型處理后，相比傳統(tǒng)空間高斯差分模型，圖像中的邊緣信息得到了保留，同時大面積的亮度對比信息也在一定程度上得到了保留。
　　 3.輸入靜態(tài)灰度圖像，

5、在外網狀層中央興奮性信號與周邊抑制性信號相對權值ω=0.95時，可得到清晰邊緣輪廓對比信息。
　　 4.內網狀層靜態(tài)非線性整流函數，不同的亮度有不同的縮放因子，與其它實驗測量結果基本一致。
　　 5.圖形用戶界面：主界面顯示系統(tǒng)名稱和功能簡介；次界面四個子模塊依次實現刺激圖像載入、時空濾波、靜態(tài)非線性調整、非均勻徑向采樣和泊松鋒電位序列發(fā)生，最終以光點閃爍動畫形式模擬顯示視網膜神經節(jié)細胞放電過程。
　　 研究結論

6、：
　　 1.本論文在Matlab7.7仿真平臺上構建了視網膜信息處理模型，應用該模型可完整仿真視網膜靜態(tài)視覺信息處理功能。
　　 2.外網狀層時空濾波模型實現了對低層次視覺要素的提取功能，與傳統(tǒng)高斯差分模型相比，在保留視覺圖像高空間頻率成分的同時，也在一定程度較好保留視覺圖像低空間頻率成分。
　　 3.Sigmoid型靜態(tài)非線性整流函數，與生物視覺系統(tǒng)的非線性特征契合，確保視網膜神經節(jié)細胞的放電率保持在合理范圍