模擬初級視皮層脈沖神經(jīng)元的動作識別研究.pdf

1、隨著動作識別在視頻監(jiān)控、視頻檢索和人機接口等領域的廣泛應用,激起了研究人員極大的研究熱情,且取得了較多的研究成果。然而,由于人體結(jié)構(gòu)的復雜性,個體之間的差異性,以及行為動作的多樣性,使得快速、準確地識別動作變得十分困難。隨著認知科學和神經(jīng)科學的迅速發(fā)展,推動了模擬視覺感知機理的圖像處理研究,特別是人體動作動作識別的研究。雖然近年來研究人員針對該應用領域的研究,提出了許多基于生物啟發(fā)的人體動作識別的模型,但這些模型仍存在計算量大、識別性能

2、不穩(wěn)定的缺憾。因此,為進一步探索視覺感知本身所固有的特性,實現(xiàn)人體動作的準確、快速識別,本文模擬視覺感知系統(tǒng)中視覺神經(jīng)元的信息處理機制進行動作識別。
　　視覺信息處理在大腦皮層中形成了信息處理通路,其中致力于運動信息處理通路中包含有許多區(qū)域,如初級視皮層(V1)和中顳區(qū)(MT)。雖然有關(guān)運動模式是在哪個區(qū)域完成的,仍存在不同的推測,目前大部分圍繞 MT區(qū)展開動作識別的研究,構(gòu)建了很多模型,但其結(jié)構(gòu)復雜、效率低。為此,本文以視覺神經(jīng)

3、科學的研究成果為理論依據(jù),在對現(xiàn)有的動作識別模型進行認真分析的基礎上,圍繞V1區(qū)展開動作識別的研究,得出了初步的研究結(jié)果。
　　首先,給出了模擬初級視皮層V1中細胞的運動信息檢測方法。該方法首先以Marr的特征分析理論為基礎,采用三維Gabor(3D Gabor)時空濾波器及其組合分別模擬簡單、復雜細胞的感受野,以此對視頻圖像進行處理,從而獲取對運動速度和方向敏感的運動信息。
　　其次,提出了無方向性和有方向性的環(huán)繞抑制模型

4、。根據(jù)V1中無方向選擇性和有方向選擇性細胞的環(huán)繞抑制特性,以三維Gabor時空濾波器中的三維高斯函數(shù)為基函數(shù),構(gòu)造了無方向和有方向的環(huán)繞抑制模型。通過該模型,有效地避免視頻圖像中各種背景噪聲對信息檢測的影響,保持了運動信息的完整性。
　　最后,提出了基于脈沖神經(jīng)元平均發(fā)放率分析的運動特征提取方法。以神經(jīng)脈沖作為信息處理和傳遞的載體,依據(jù)基于電導率的Integrate and Fire(I&F)神經(jīng)元模型,構(gòu)建脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡。通過對神