基于生物视觉机理图像表征方法的研究

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1、摘要图像是人们获取外界信息的重要来源，也是进行信息交流的重要媒介。探寻高效的图像表征方法，对于深入开展图像处理和图像理解方面的研究具有重要的意义。同时，建立高效的图像表征模型对于进一步的探索高效的图像编解码方法、计算机视觉及基于图像的控制技术都具有重要的促进作用。目前一些常规的图像表征方法面临着图像信息数据量大、图像易受到噪声破坏以及缺乏自适应性等问题。针对这些问题，本文研究了基于生物视觉机理的图像表征方法。生物视觉系统经过长期进化具备非常优越的信息处理机制，能够高效的表征图像信息。本文模拟生物视觉系统对图像信息的处理机制，建立了基于生物视觉

2、机理的图像表征模型。主要完成了以下工作：一、对图像信息在视觉通路的传递过程及视觉信息处理机理(感受野特性、稀疏性、同步振荡性等)进行了分析，为基于生物视觉机理的图像表征方法研究提供了生理学基础。。二、初级视皮层(Vl区)在视觉系统中主要负责提取图像的颜色、形状及方向等信息，在图像信息的处理整合中具有重要作用。本文分别通过ICA和拓扑ICA方法对图像数据进行训练，获得了V1区简单细胞和复杂细胞的感受野特性相一致的基函数，为模拟V1区信息处理机制高效表征图像奠定了基础。三、根据V1区稀疏性，研究了基于稀疏响应特性的图像表征方法，通过少量的神经元表

3、征图像。并以对图像信息的有效表征基础，提出了一种基于生物视觉机理的图像去噪算法。将该算法应用于图像去噪实验，取得了良好的去噪效果，验证了该图像表征方法和去噪算法的有效性。四、在模拟初级视皮层对图像进行稀疏表示的基础上，引入同步振荡机制，构建了一个由预处理层、稀疏表示层、同步振荡层构成的三层图像表征模型。并将该模型应用于自然图像的压缩实验，验证了该基于生物视觉机理的图像表征模型的有效性和高效性。关键词：生物视觉机理；稀疏响应；同步振荡；图像表征；图像去噪；图像压缩AbstractImageisanimportantsourceforhumans

4、enso可outsideinformation，andit’Salsoanimportantcarrierforinformationcommunication．Exploreeffectivemethodsofimagerepresentationhasgreatsignificancefortheresearchofimageprocessesandimagdepthunderstanding．Meanwhile，itCanalsoimprovethemethodofimageencodingandcoding,computevision

5、andimage—basedcontroltechnology．However,theconventionalmethodsofimagerepresentationhavesomeproblemsanddeficiencies，suchaslargeamountofimageinformationdata,imagesareeasilycorruptedbynoiseandlackofadaptability．Aimmedattheseproblems，allimagerepresentationmodelbasedonbiological

6、visualmechanismwasproposedinthispaper．Biologicalvisualsystemhasformedperfectinformationprocessingmechanismafteralong-termevolution，andcouldefficientlycharacterizetheimageinformation．1heimagerepresentationmodelbasedonbiologicalvisualmechanismWasbuildedbysimulatebiologicalvis

7、ualsystemprocessimageinformation．Thefollowingisthemainstudyofthispaper．1．Theprocessofimagetransferinthevisualpathwayandmechanismsofvisualinformationprocessing(receptivefieldproperties，sparse，synchronousoscillation，ere．)areanalyzed，thisprovidedaphysiologicalbasisfortheresear

8、chofimagerepresentation．2．Primaryvisualcortex(V1area)inthevisualsystemisresponsibl