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文檔簡介
1、視覺假體是針對由老年黃斑變性、視網(wǎng)膜色素變性等引起的后天盲提出的一種通過電刺激視路(比如:視網(wǎng)膜、視神經(jīng)或視皮層)的方式在視野中產(chǎn)生光感,幫助盲人部分地恢復(fù)視覺功能的電子設(shè)備。
本論文圍繞著視網(wǎng)膜/視神經(jīng)假體的圖像編碼策略以及編碼后經(jīng)電刺激產(chǎn)生的視覺修復(fù)的認(rèn)知表現(xiàn)進行研究。圖像編碼的作用是將由攝像頭獲取的圖像信息經(jīng)過圖像分割、特征提取等處理過程轉(zhuǎn)換為電極上的電脈沖信號;在視路中施加電刺激可以在人的視野中產(chǎn)生一定排列的光幻點
2、(phosphene)陣列,從而有限地修復(fù)視覺功能。本論文的研究內(nèi)容包括了以下幾個方面:
首先提出了一種基于小波變換的圖像編碼策略,在該策略中原始灰度圖像經(jīng)過小波變換,分解成兩個分辨率下的圖像分量,并經(jīng)過掩模與非線性調(diào)制轉(zhuǎn)換為不同脈寬的電脈沖刺激。并提出一種由電脈沖刺激信息獲得視覺修復(fù)輸出的仿真模型,在該模型的幫助下對編碼策略的多個參數(shù)進行調(diào)節(jié)。算法復(fù)雜度分析和計算時間評估證明了該方法完全可以滿足視覺假體實時性的要求。
3、r> 然后我們將匹配跟蹤算法和視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞感受野模型相結(jié)合,建立簡化的視網(wǎng)膜圖像編碼模型。根據(jù)細胞感受野的大小和首次放電的潛伏期對其所編碼的圖像信息進行分析,發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜編碼的“80/20效率法則”:在首先放電的1000個細胞中,(1)少于20%的細胞具有較大的感受野,且比具有較小感受野的細胞優(yōu)先放電:(2)前20%放電的細胞編碼了原始圖像中80%以上的信息。
接著,本論文基于多分辨率的視覺修復(fù)模型,研究在不規(guī)則排
4、列的光幻點下視覺修復(fù)的物體識別表現(xiàn)。采用三種常見的空間畸變模型模擬光幻點排列的不規(guī)則性,并在三種畸變分別存在的情況下進行物體識別實驗,實驗發(fā)現(xiàn)視覺修復(fù)的表現(xiàn)因空間畸變的種類和物體對象的類別而變化。回歸模型計算得出:在畸變存在的情況下,完成物體識別所需的最少電極數(shù)由規(guī)則排列下的8×8增加到10×10。
最后我們對不同認(rèn)知模式下視覺修復(fù)的皮層加工機制進行了研究,設(shè)計了一組面孔識別任務(wù)實驗和一組被動觀察實驗,并在實驗的同時記錄被
5、試的頭皮腦電信號。對照兩組實驗結(jié)果表明事件相關(guān)電位(ERP)受到任務(wù)的影響。進一步的分析發(fā)現(xiàn)在100ms左右,視覺處理系統(tǒng)對幻點刺激采用了一種整體加工的機制,將離散的幻點連接成一個完整的整體;幻點面孔的加工不僅包括整體加工機制還包括面孔特征一階關(guān)系處理過程(兩個眼睛下面一張嘴),且對成功分類的幻點面孔其枕顳側(cè)能量較高。在170ms左右,對幻點面孔刺激進行二階關(guān)系處理和局部特征處理,但兩種處理過程都由于面孔中特征的模糊而減弱了,因此對面孔
6、辨識的完成程度很低,其皮層活躍程度也降低;對幻點非面孔刺激則進行以局部特征處理為主的加工過程,這一階段大腦對非面孔刺激進行分類,對于正確分類的非面孔物體,其N170的幅值較大。
本論文對視覺修復(fù)中的圖像編碼策略、視網(wǎng)膜編碼特性以及視覺修復(fù)的認(rèn)知加工等問題進行了探討,不僅為視覺假體的設(shè)計提供了技術(shù)路線,也提供了理論支持。文中圍繞視覺假體的多分辨率圖像編碼策略和視覺修復(fù)認(rèn)知表現(xiàn)得出的一些結(jié)論對于視覺假體的設(shè)計和進一步理論研究有
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