視覺顏色恒常和自適應(yīng)性計(jì)算模型與應(yīng)用研究.pdf

1、視覺是我們獲取外部信息的最主要方式。理解生物視覺系統(tǒng)的信息處理機(jī)制能夠幫助我們更好地理解大腦的工作原理。視覺自適應(yīng)性是視覺系統(tǒng)的最重要特性之一，視覺自適應(yīng)性使得我們能夠在復(fù)雜的動態(tài)環(huán)境下，保持對外部世界的可靠感知；其中的視覺顏色恒常性則讓我們能夠穩(wěn)定地感知外部世界的真實(shí)顏色。本文以計(jì)算視覺理論為基礎(chǔ)，通過模擬生物視覺系統(tǒng)的信息處理機(jī)制和外部刺激(如自然圖像)的統(tǒng)計(jì)特性，以及場景中的光源、物體和視覺系統(tǒng)三者之間的交互作用，來發(fā)展有效的計(jì)算

2、機(jī)視覺方法，為視覺顏色恒常和自適應(yīng)性提供可行的理論計(jì)算框架和假設(shè)。
　　本文第一部分工作研究單光源條件下的視覺顏色恒常性(第二章)。其中的第一個貢獻(xiàn)是，我們通過模擬初級視覺皮層中的雙拮抗神經(jīng)元機(jī)制，發(fā)現(xiàn)雙拮抗神經(jīng)元對一幅色偏圖像的響應(yīng)有效地包含了場景光源顏色的信息?；诖税l(fā)現(xiàn)，我們提出雙拮抗神經(jīng)元通過編碼場景中的光源顏色來幫助視覺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)顏色恒常性。
　　本文關(guān)于單光源下視覺顏色恒常性的第二個貢獻(xiàn)是，通過對大量的自然圖像進(jìn)行

3、統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，通過局部圖像塊估計(jì)的反射率之和與標(biāo)準(zhǔn)無色偏圖像的反射率之和的比值具有統(tǒng)計(jì)不變性(statistical invariance)。基于此統(tǒng)計(jì)性約束和圖像的物理成像模型，我們提出三通道估計(jì)誤差不變性(Achromatic-Estimation-Invariance,achroEI)的假設(shè)，并將其用于從一幅色偏圖像中快速地估計(jì)出場景的光源顏色。
　　本文第二部分(第三章)工作研究多光源條件下的視覺顏色恒常性。該工作的主要貢

4、獻(xiàn)是，提出了一個基于視覺機(jī)制的多光源顏色恒常性模型。我們假設(shè)自底向上(bottom-up)的視覺信息處理機(jī)制提供一個粗糙的，但快速的光源顏色圖估計(jì)傳導(dǎo)到高級視覺區(qū)域(比如V4)，而自頂向下的機(jī)制(top-down)，比如光源先驗(yàn)則進(jìn)一步對經(jīng)過自底向上處理所傳導(dǎo)過來的視覺信號進(jìn)行約束，獲得更精確的光源顏色估計(jì)。
　　本文的第三部分(第四章)工作研究不同相機(jī)(或視覺)顏色響應(yīng)函數(shù)下的視覺顏色恒常性問題。我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的基于學(xué)習(xí)的顏色恒

5、常性模型的泛化能力非常有限，無法直接應(yīng)用于多相機(jī)下的顏色恒常性。本文首次提出，在建立顏色恒常性模型的時候同時考慮相機(jī)的顏色響應(yīng)函數(shù)和場景光源顏色的影響，我們的模型能夠更準(zhǔn)確地恢復(fù)出場景的真實(shí)顏色。
　　本文的第四部分(第五章)工作研究視覺自適應(yīng)性問題。我們通過模擬自然圖像中的非線性統(tǒng)計(jì)規(guī)律(homogeneity和heterogeneity)建立模型，發(fā)現(xiàn)大腦中存在著一個由經(jīng)典感受野和非經(jīng)典感受野組成的動態(tài)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，它是大腦處理