基于M和P双通路平行机制的图像轮廓提取

1

作者 房涛 肖牛元虎 +2 位作者 蔡哲飞 武薇 范影乐 《传感技术学报》 北大核心 2025年第7期1222-1228,共7页

针对图像轮廓提取存在不完整的问题,受生物视觉信息处理机制启发,提出一种图像轮廓提取的新方法。首先,模拟视网膜水平细胞的光感受特性,构建亮度增益模型,突出图像细节特征;其次,模拟M通路亮度信息处理过程,结合固视微动特性和神经元... 针对图像轮廓提取存在不完整的问题,受生物视觉信息处理机制启发,提出一种图像轮廓提取的新方法。首先,模拟视网膜水平细胞的光感受特性,构建亮度增益模型,突出图像细节特征;其次,模拟M通路亮度信息处理过程,结合固视微动特性和神经元动态编码过程,构建亮度对比度特征提取模型抑制纹理信息;同时,模拟P通路中心分离感受野的颜色信息处理机制,提取彩色轮廓信息;最后,模拟初级视皮层V1区的特征信息融合机理,整合M通路和P通路平行通道信息,最终实现对图像轮廓特征的完整提取。针对BSDS500数据集和BIPED数据集,最优平均P指标分别为0.42和0.50,表明所提方法能够有效地抑制纹理噪声以提取轮廓特征。基于生物视觉信息处理机制提出的轮廓处理模型,可以较好地提取图像完整的轮廓并具有可解释性强,为面向图像处理或理解的视觉机制应用提供了一种新思路。 展开更多

关键词 轮廓提取 视通路 亮度自适应 感受野 初级视皮层

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基于抑制性突触多层神经元群放电编码的图像边缘检测 被引量：5

2

作者 廖进文 范影乐 +2 位作者 武薇 高云园 李轶 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期513-524,共12页

图像边缘检测所获得的目标轮廓细节质量，对于后续图像分析或理解过程具有重要作用。提出一种基于视觉机制的图像边缘检测新方法：构建抑制性突触连接的多层神经元群，在待检测图像的激励下，分析7像素×7像素视觉感受野窗口内互连... 图像边缘检测所获得的目标轮廓细节质量，对于后续图像分析或理解过程具有重要作用。提出一种基于视觉机制的图像边缘检测新方法：构建抑制性突触连接的多层神经元群，在待检测图像的激励下，分析7像素×7像素视觉感受野窗口内互连接神经元的脉冲放电过程，记录发放时刻进行次序编码；同时考虑神经元之间的侧向抑制作用，在选择注意机制作用下获得增强图像；之后利用Log-Gabor滤波器模拟视觉系统中的方向选择特性，获取8个方向的滤波结果，经过输出层神经元群的融合处理并经灰度映射到0-255的范围后获得边缘图像。对含有丰富边缘细节特性的24幅菌落图像进行处理，其处理结果的ROC评价指标均值为0．698 4，优于PCNN法的0．659 3；从评价指标的均方差来看，该结果具有更好的一致性。另外，从信息熵评价指标来看，该方法同样具有一定的优势，能够有效提取图像的边缘信息，而且也能反映更多层次的图像细节。所提出的方法为利用视觉生理特性进行图像处理提供了崭新而有效的思路。 展开更多

关键词 边缘检测 神经元群 抑制性突触 选择注意机制 ROC指标

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基于视交叉与LGN层流特异性的轮廓检测模型

3

作者 池涵煜 房涛 范影乐 《传感技术学报》 北大核心 2025年第6期991-1001,共11页

针对目前轮廓检测算法存在弱轮廓被过度抑制的问题,模拟视交叉与外侧膝状体(Lateral Geniculate Nucleus,LGN)层流特异性的生理机制,提出了一种轮廓快速检测的新方法。首先,模拟视网膜局部边缘侦查器(Local Edge Detector,LED)的中心-... 针对目前轮廓检测算法存在弱轮廓被过度抑制的问题,模拟视交叉与外侧膝状体(Lateral Geniculate Nucleus,LGN)层流特异性的生理机制,提出了一种轮廓快速检测的新方法。首先,模拟视网膜局部边缘侦查器(Local Edge Detector,LED)的中心-外周感受野特性,构建初级轮廓检测模型;然后,受视交叉神经元的信息分流功能启发,建立尖峰脉冲发放时序编码分流模型,利用LGN中M层流的高对比度增益调节特性增强轮廓,同时根据LGN中P层流的环绕抑制特性弱化强纹理干扰;最后,基于LED同步发放机理构建双通路融合模型,将初级轮廓信息经过上丘送入初级视皮层,通过与LGN投射的信息融合,从而实现轮廓特征的整合。以Ru G40和BSDS500图像库为实验对象,最佳检测结果的P指标均值分别为0.50与0.33,FPS为1.35与1.27。所提方法综合性能优于MCI、NDC等轮廓检测主流方法。所提出的基于视交叉与LGN层流特异性的目标轮廓检测计算模型,为生物视觉感知机制的理解和应用提供一种新的思路。 展开更多

关键词 轮廓检测 视交叉 LGN层流 尖峰脉冲发放 视觉计算模型

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一种基于空间频率优化的各向异性轮廓检测方法

4

作者 唐浩然 蔡哲飞 +1 位作者 范影乐 武薇 《传感技术学报》 北大核心 2025年第4期623-633,共11页

基于空间频率对朝向差别的调制机制,提出了一种空间频率调制下的生物视觉轮廓检测方法。首先引入了MCI轮廓检测模型,对图像进行初级轮廓提取和多特征外周抑制计算;然后基于视觉细胞对空间频率敏感的生理学机制,构建了面向轮廓检测的多... 基于空间频率对朝向差别的调制机制,提出了一种空间频率调制下的生物视觉轮廓检测方法。首先引入了MCI轮廓检测模型,对图像进行初级轮廓提取和多特征外周抑制计算;然后基于视觉细胞对空间频率敏感的生理学机制,构建了面向轮廓检测的多层空间频率探测模型:引入基于神经元树突的多方向空间频率感知、基于异常值剔除的空间频率筛选、基于神经元纵向排列的多级纹理信息整合等步骤,提升了空间频率探测的准确性与鲁棒性;最后引入二分类精确度指标调制朝向选择性抑制权重以实现图像的显著轮廓提取。分别用P指标和F指标评价RuG40和BSDS300数据库的检测轮廓,结果分别为0.63与0.76,相较于原MCI方法提高了37%和16%,表明模型能弥补朝向差别在纹理检测方面的不足,有效提高图像质量。 展开更多

关键词 生物视觉 轮廓检测 朝向特征优化 空间频率调制

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基于突触连接视通路方位敏感的图像分级边缘检测方法 被引量：4

5

作者 王典 范影乐 +1 位作者 张梦楠 武薇 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期522-532,共11页

视觉通路上的多级方位敏感特性对于视觉轮廓感知起着关键作用,将为更高层次的视皮层图像理解提供重要的特征信息。从视觉方位敏感机制出发,提出一种图像边缘检测的新方法。利用神经节细胞以及外膝体神经元感受野向心分布的生理结构特性... 视觉通路上的多级方位敏感特性对于视觉轮廓感知起着关键作用,将为更高层次的视皮层图像理解提供重要的特征信息。从视觉方位敏感机制出发,提出一种图像边缘检测的新方法。利用神经节细胞以及外膝体神经元感受野向心分布的生理结构特性,构建具有突触连接和多方向敏感特性的视皮层下功能层,融合多方向上的神经元脉冲发放信息,将视觉激励映射为边缘敏感图像;构建具有去最优方位感受野特性的初级视皮层的功能层,对前级结构生成的脉冲序列按时间信息进行神经编码,经过感受野内侧向抑制和阈值处理,获得边缘检测结果。对层次模糊而细节丰富的菌落图像进行处理,并以边缘置信度和重构相似度以及两者的加权和作为边缘检测评价指标。结果表明,该方法在完整检测图像边缘的同时,并不引入纹理噪声,有着明显的优势,其对12幅图像的加权和指标均值为0.746 8,显著高于其他对比方法。所提出的方法可以模拟视通路中初级视皮层及视皮层下的方向敏感特性,提供一种基于视觉机制的图像处理和理解新思路。 展开更多

关键词 边缘检测 视通路 突触连接 方位敏感 侧向抑制

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基于视觉感光层功能的菌落图像多强度边缘检测研究 被引量：3

6

作者 罗佳骏 武薇 +1 位作者 范影乐 高云园 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第6期677-686,共10页

借鉴视觉神经系统在轮廓感知中的独特优势,提出一种基于视觉感光层功能的图像边缘检测新方法。构建以带漏感的积累发放(LIF)神经元电生理模型为基本单元的神经元网络;根据特定时间窗口内各个神经元的脉冲发放情况,对神经元的增强(ON)或... 借鉴视觉神经系统在轮廓感知中的独特优势,提出一种基于视觉感光层功能的图像边缘检测新方法。构建以带漏感的积累发放(LIF)神经元电生理模型为基本单元的神经元网络;根据特定时间窗口内各个神经元的脉冲发放情况,对神经元的增强(ON)或抑制(OFF)类别进行判断;通过拮抗式感受野特性以及神经元激励的反馈增强模式,实现弱边缘的凸显;为克服视觉感光层所具有的适应性并凸显弱细节的对比度,对图像进行多方向、多距离尺度的移动,并融合感光层神经元网络脉冲发放率的差异信息,最后实现图像边缘的有效检测。以具有丰富边缘特性的20幅菌落图像为样本,以边缘置信度和重构相似度作为评价指标,对多强度边缘进行检测。结果表明,所提出方法可以有效完整地检测出图像多强度边缘,且其对弱边缘检测的重构相似度均值高于0.8,检测准确性有显著的提高(P<0.05)。所提出的利用生理视觉系统特性进行边缘检测,为包含多强度边缘信息的图像处理提供崭新的思路。 展开更多

关键词 边缘检测 感光层 感受野 LIF神经元模型

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基于多特征多分类器融合的图像纹理分类 被引量：1

7

作者 项健 范影乐 庞全 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2006年第33期153-156,共4页

论文提出了一种新的基于多特征多分类器融合的图像纹理分割方法。该方法结合Log-Gabor滤波方法对于规则纹理识别的高分辨性和DCT方法在纹理识别上的稳定性,对两种图像滤波特征分别用模糊c-均值方法进行聚类以获得模糊隶属度矩阵,针对此... 论文提出了一种新的基于多特征多分类器融合的图像纹理分割方法。该方法结合Log-Gabor滤波方法对于规则纹理识别的高分辨性和DCT方法在纹理识别上的稳定性,对两种图像滤波特征分别用模糊c-均值方法进行聚类以获得模糊隶属度矩阵,针对此类高维数以及强非线性的软分类结果,论文引入多类支持向量机进行融合。实验表明,这种多特征多分类器融合方法与传统的单一特征、单一分类器方法相比,具有高准确度以及抗干扰能力。 展开更多

关键词 多分类器系统 支持向量机 模糊C-均值

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基于动态突触神经网络的菌落图像轮廓提取方法 被引量：2

8

作者 蔡哲飞 范影乐 武薇 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期699-707,共9页

菌落图像轮廓提取的准确性对于微生物菌落形态学和特征分析具有重要意义。本研究构建一种基于动态突触神经网络的菌落图像轮廓提取方法。首先面向视网膜光电转换过程,提出一种基于光照强度的感受野尺度自适应调节模型;其次构建融合了电... 菌落图像轮廓提取的准确性对于微生物菌落形态学和特征分析具有重要意义。本研究构建一种基于动态突触神经网络的菌落图像轮廓提取方法。首先面向视网膜光电转换过程,提出一种基于光照强度的感受野尺度自适应调节模型;其次构建融合了电突触与化学突触侧向调节的带泄漏积分触发(LIF)模型,通过神经元膜电位、空间分布关系以及响应时间差调节电突触和化学突触强度,并获得有无侧向调节作用下的菌落边缘敏感图像;最后比较有无侧向调节作用下神经元响应时间差,利用STDP学习规则对突触权重进行动态更新,以此调整菌落轮廓细节,并将其与初级轮廓响应相结合,得到最终菌落图像轮廓信息。以实验室所采集的40幅菌落图像为研究对象,选取边缘置信度BIdx、平均结构相似度MSSIM,以及综合性能EIdx为评价指标。结果表明,本方法所获取的菌落轮廓更加准确、连续且噪声少,BIdx和MSSIM分别为0.6514±0.0565和0.8318±0.0261,EIdx为0.7657±0.0274,较OS、BAR和LS等3种基于生物视觉的对比方法分别有显著性提升(P<0.01)。所构建的动态突触神经网络适用于菌落等具有丰富细节特征的图像轮廓提取,可为融入生物视觉机制的神经计算模型研究和应用提供一种新思路。 展开更多

关键词 菌落识别 动态突触 轮廓提取 神经计算模型

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基于视觉显著性信息的图像轮廓检测 被引量：1

9

作者 郭笑天 范影乐 +2 位作者 李康群 王典 武薇 《计算机应用与软件》 2017年第10期232-235,287,共5页

融合视皮层边界响应与显著性信息,提出一种图像轮廓检测新方法。利用高斯导函数获得初级视皮层(V1)的多方向梯度响应,同时基于感受野机制设置Leaky integrate-and-fire神经元网络的突触兴奋和抑制电流;通过神经元脉冲频率信息,获得视觉... 融合视皮层边界响应与显著性信息,提出一种图像轮廓检测新方法。利用高斯导函数获得初级视皮层(V1)的多方向梯度响应,同时基于感受野机制设置Leaky integrate-and-fire神经元网络的突触兴奋和抑制电流;通过神经元脉冲频率信息,获得视觉显著性信息;反馈并调控V1的视觉响应,得到图像轮廓。以Ru G图像库为例,与ISO等方法相比,该方法在综合评价指标上具有优势。基于视觉显著性信息的传递和处理过程,将为后续的图像分析和理解提供新思路。 展开更多

关键词 轮廓检测 显著性信息 初级视皮层 脉冲频率

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基于信息流多级结构响应的轮廓检测模型 被引量：1

10

作者 李健 范影乐 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期288-296,共9页

考虑到视觉信息流在视通路多级结构中的处理方式,提出一种图像轮廓检测的新模型。首先,根据初级视皮层(V1区)4B层的简单细胞具有三重感受野结构并对朝向敏感的特性,感知图像方位信息,并经复杂细胞提取获得边缘轮廓响应;其次,根据V1区2/... 考虑到视觉信息流在视通路多级结构中的处理方式,提出一种图像轮廓检测的新模型。首先,根据初级视皮层(V1区)4B层的简单细胞具有三重感受野结构并对朝向敏感的特性,感知图像方位信息,并经复杂细胞提取获得边缘轮廓响应;其次,根据V1区2/3层细胞的抑制特性,引入稀疏性度量指标和神经元突触动态编码机制对边缘轮廓响应进行抑制,得到纹理抑制响应;最后,利用高级视皮层的融合修正机制,对边缘轮廓响应和纹理抑制响应进行优势互补,得到最终的轮廓检测结果。在RuG40和BSDS500图像数据集上进行实验,结果表明所提算法能够有效地区分图像的轮廓与纹理信息,凸显主体轮廓。所构建的基于信息流多级结构响应的轮廓检测模型对后续基于生物视觉机制的图像分析具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 轮廓检测 视觉机制 信息流分层响应 三重感受野 突触动态编码

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基于排列组合熵和灰度特征的纹理分割 被引量：5

11

作者 钱诚 范影乐 庞全 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2006年第3期586-588,共3页

提出了一种基于排列组合熵和灰度特征的纹理分割方法。该方法将不同方向上的排列组合熵与灰度均值、灰度方差结合起来构成一个多维特征向量,利用模糊C均值聚类算法进行聚类实现纹理图像的分割。实验结果表明该方法对纹理分布均匀的图像... 提出了一种基于排列组合熵和灰度特征的纹理分割方法。该方法将不同方向上的排列组合熵与灰度均值、灰度方差结合起来构成一个多维特征向量,利用模糊C均值聚类算法进行聚类实现纹理图像的分割。实验结果表明该方法对纹理分布均匀的图像有着良好的分割效果。在保持较高纹理分割精度的前提下,该方法能减小计算复杂度,并且具有较强的鲁棒性和抗噪声能力。 展开更多

关键词 纹理分割 排列组合熵 灰度特征 模糊C均值聚类

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基于视通路多感受野朝向性关联的轮廓检测方法 被引量：2

12

作者 李康群 范影乐 +1 位作者 甘海涛 武薇 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期1-11,共11页

基于视通路中各层次的感受野特性以及层次间感受野的关联特性,提出一种图像轮廓检测新方法。根据神经元的放射状树突接收特性,构建检测空间差异性信息的视网膜神经元网络,对轮廓信息进行前级编码;建立LGN细胞的非经典感受野调节机制,结... 基于视通路中各层次的感受野特性以及层次间感受野的关联特性,提出一种图像轮廓检测新方法。根据神经元的放射状树突接收特性,构建检测空间差异性信息的视网膜神经元网络,对轮廓信息进行前级编码;建立LGN细胞的非经典感受野调节机制,结合感受野的层次变换特性,对前级编码结果进行全局调节;提出简单细胞的多感受野朝向性关联模型,模拟初级视皮层简单细胞的方向选择特性;融合多个方向上的轮廓响应,经过非极大值抑制和阈值处理,得到轮廓检测结果。以Ru G图库40幅图片为实验对象,检测结果与基准轮廓图的平均P指标为0.43,结果显示该方法能够有效凸显主体轮廓,强化轮廓与纹理边缘的区分度。利用多感受野的层次关联特性,实现图像轮廓信息的编码与检测应用,为研究高级视皮层的图像理解和视觉认知提供新的思路。 展开更多

关键词 轮廓检测 多感受野 前级编码 全局调节 朝向性关联

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基于初级视通路视觉感知机制的轮廓检测方法 被引量：8

13

作者 张明琦 范影乐 武薇 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期264-273,共10页

考虑到初级视通路中视觉信息传递和处理过程中的特点,本文提出了一种基于视觉感知机制的轮廓检测新方法.构建视觉信息局部细节检测与整体轮廓感知的不同路径.利用高斯导函数提取初级轮廓响应;构建神经网络,利用时空编码提高主体轮廓对比... 考虑到初级视通路中视觉信息传递和处理过程中的特点,本文提出了一种基于视觉感知机制的轮廓检测新方法.构建视觉信息局部细节检测与整体轮廓感知的不同路径.利用高斯导函数提取初级轮廓响应;构建神经网络,利用时空编码提高主体轮廓对比度;然后,利用非经典感受野的侧抑制作用抑制纹理背景;另外,针对轮廓信息强化以及检测鲁棒性的要求,在视辐射区提出了一种信息冗余度增强编码机制;最后,将初级轮廓直接前馈至初级视皮层,以达到轮廓响应的快速调节和完整性融合.以RuG40图库为实验对象,经过非极大值抑制和阈值处理,得到的轮廓二值图与基准轮廓图比较,在整个数据集中的最优平均P指标和每张图的最优平均P指标分别为0.48和0.55,并且FPS达到了1/2.结果表明本文方法能有效突出主体轮廓并抑制纹理背景,为后续图像理解和分析提供了一种新的思路. 展开更多

关键词 轮廓检测 时空编码 信息冗余度增强编码 前馈

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基于主视通路结构分级响应模型的轮廓检测方法 被引量：7

14

作者 陈树楠 范影乐 +1 位作者 房涛 武薇 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期820-833,共14页

基于视通路结构分级响应与动态传递的方式,本文提出了一种图像轮廓检测的新方法.针对视网膜感光细胞的暗视觉特性,建立亮度自适应的暗视野调节模型,利用多尺度经典感受野的方位选择性,构建高级轮廓与全局轮廓的检测路径;模拟外侧膝状体(... 基于视通路结构分级响应与动态传递的方式,本文提出了一种图像轮廓检测的新方法.针对视网膜感光细胞的暗视觉特性,建立亮度自适应的暗视野调节模型,利用多尺度经典感受野的方位选择性,构建高级轮廓与全局轮廓的检测路径;模拟外侧膝状体(Lateral geniculate nucleus,LGN)细胞特性对信息进行纹理稀疏编码,并结合非经典感受野的侧抑制作用抑制背景强纹理;另外在LGN区提出微动整合机制,减少纹理冗余信息,再经适应性突触实现信息关联传递;最后将初级轮廓响应跨视区前馈至V1区并经全局轮廓修正后,与高级轮廓响应实现快速融合.分别以RuG40、BSDS500图像库中的自然图像作为实验数据,检测结果与基准轮廓图的平均最优P指标分别为0.50、0.32,结果表明本方法能更有效地区分轮廓与纹理边缘,凸显主体轮廓.本文利用视神经细胞的内在机制以及神经信息的动态传递过程实现图像轮廓信息的编码与检测,也为研究后续高级视皮层的视觉感知提供了新思路. 展开更多

关键词 轮廓检测 暗视野调节 微动整合 动态关联

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基于双视通路交互感知的轮廓检测方法 被引量：4

15

作者 武薇 韩显修 范影乐 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第7期2512-2521,共10页

基于生物视觉系统存在双视通路(VP)交互感知的机制,该文提出一种图像轮廓检测的新方法。首先针对皮层下视通路中视觉刺激流经多级不同尺度的感受野,提出一种多尺度轮廓融合的轮廓感知模型;接着基于皮层上视通路的对比度适应机制和方向... 基于生物视觉系统存在双视通路(VP)交互感知的机制,该文提出一种图像轮廓检测的新方法。首先针对皮层下视通路中视觉刺激流经多级不同尺度的感受野,提出一种多尺度轮廓融合的轮廓感知模型;接着基于皮层上视通路的对比度适应机制和方向敏感特性,获取显著性视觉特征;然后模拟双视通路的交互感知机制,分别在V1皮层中,构建一种信息流交互引导的脉冲编码模型,提取显著性轮廓;在上丘(SC)浅层提出一种特征调制的非经典感受野侧抑制模型,实现纹理抑制;最后对双视通路中的轮廓响应结果进行修正融合,得到最终轮廓响应。针对RUG40图像库的测试,整个数据集的最优平均P指标和每张图的最优平均P指标分别为0.51和0.57;针对BSDS500图像库的测试,数据集尺度上最优(ODS)为0.68。结果表明该文方法能有效突显主体轮廓并且抑制纹理背景。通过该文提出的轮廓感知方法,为后续基于视觉机制的图像理解和分析提供了一种新的思路。 展开更多

关键词 轮廓检测 交互感知 对比度自适应 视通路

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视网膜功能启发的边缘检测层级模型 被引量：2

16

作者 郑程驰 范影乐 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1771-1784,共14页

基于视网膜对视觉信息的处理方式,提出一种视网膜功能启发的边缘检测层级模型.针对视网膜神经元在周期性光刺激下产生适应的特性,构建具有自适应阈值的Izhikevich神经元模型;模拟光感受器中视锥细胞、视杆细胞对亮度的感知能力,构建亮... 基于视网膜对视觉信息的处理方式,提出一种视网膜功能启发的边缘检测层级模型.针对视网膜神经元在周期性光刺激下产生适应的特性,构建具有自适应阈值的Izhikevich神经元模型;模拟光感受器中视锥细胞、视杆细胞对亮度的感知能力,构建亮度感知编码层;引入双极细胞对给光-撤光刺激的分离能力,并结合神经节细胞对运动方向敏感的特性,构建双通路边缘提取层;另外根据神经节细胞神经元在多特征调控下延迟激活的现象,构建具有脉冲延时特性的纹理抑制层;最后将双通路边缘提取的结果与延时抑制量相融合,得到最终边缘检测结果.以150张来自实验室采集和AGAR数据集中的菌落图像为实验对象对所提方法进行验证,检测结果的重建图像相似度、边缘置信度、边缘连续性和综合指标分别达到0.9629、0.3111、0.9159和0.7870,表明所提方法能更有效地进行边缘定位、抑制冗余纹理、保持主体边缘完整性.本文面向边缘检测任务,构建了模拟视网膜对视觉信息处理方式的边缘检测模型,也为后续构建由视觉机制启发的图像计算模型提供了新思路. 展开更多

关键词 边缘检测 视网膜 Izhikevich模型 神经编码 方向选择性神经节细胞

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FHN神经元小世界网络随机共振下的弱信号增强 被引量：2

17

作者 房涛 范影乐 +1 位作者 蔡哲飞 武薇 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期361-369,共9页

考虑到生物神经系统显著的弱信号感知能力,提出一种基于概率随机重连的神经元动态连接小世界网络。首先为提高计算神经模型工作效率,本文改变了FHN神经元恢复变量和膜电位特征时间默认相等的思路,可灵活调整膜电位势函数的势垒高度以提... 考虑到生物神经系统显著的弱信号感知能力,提出一种基于概率随机重连的神经元动态连接小世界网络。首先为提高计算神经模型工作效率,本文改变了FHN神经元恢复变量和膜电位特征时间默认相等的思路,可灵活调整膜电位势函数的势垒高度以提高状态的跃迁概率;其次将改进后的FHN神经元作为网络节点,引入基于距离连接权重的动态突触的神经元节点互连模式,通过调整外部干扰和网络内部的噪声强度,使系统进入随机共振状态;最后根据FHN神经元输入输出信号之间的互相关系数,对网络各节点输出进行筛选和融合,从而实现弱信号增强还原。对多种形式的输入弱信号进行了实验,结果表明,本方案可以有效实现弱信号的还原和增强,不仅能保持周期信号频谱的一致性,还能使原始弱信号和系统输出信号的互相关系数保持在0.92以上。因此,基于FHN神经元的小世界网络,能够充分利用随机共振特性,为弱信号的增强复原也提供了一种新的思路。 展开更多

关键词 FHN神经元 小世界网络 随机共振 信号增强

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基于长短时程突触互补网络的边缘检测方法 被引量：1

18

作者 余翔 范影乐 +1 位作者 房涛 武薇 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期641-651,共11页

边缘检测的准确性对于提升人工视觉感知系统的性能具有重要意义。构建一种具有长短时程突触互补特性的神经元网络:首先引入视锥细胞群的主导颜色拮抗特性,对待测图像的颜色拮抗通道进行加权编码,获得待测图像的初级边缘感知;然后模拟神... 边缘检测的准确性对于提升人工视觉感知系统的性能具有重要意义。构建一种具有长短时程突触互补特性的神经元网络:首先引入视锥细胞群的主导颜色拮抗特性,对待测图像的颜色拮抗通道进行加权编码,获得待测图像的初级边缘感知;然后模拟神经元群同步放电特性,定义突触动态连接的神经元作用窗口,实现对初级边缘感知的群放电时间编码;接着构建长短时程突触互补模块,基于短时程内神经元群同步放电特性和长时程内神经元放电活动时序空间依赖性,实现长短时程突触可塑性编码及互补融合;最后通过对时间信息流的编码,得到边缘响应。以根据常规微生物实验需求而采集的20幅菌落图像为实验材料,并以重构相似度MSSIM、边缘置信度BIdx及综合性指标EIdx作为评价指标。结果表明,相对于VSC、NIS和MSP等3种主流方法,该研究算法的检测结果边缘准确且漏检率较低,与人工主观观测结果较为一致;同时MSSIM、BIdx、EIdx等3个指标的均值和标准差分别为0.9096±0.0377、0.6715±0.1057、0.8048±0.0521,整体性能优于上述3种主流方法。通过模拟神经元群体的长短时程突触互补特性,为实现视觉感知计算模型的构建以及在图像处理中的应用提供一种新的思路。 展开更多

关键词 边缘检测 主导颜色拮抗 突触动态连接 突触可塑性 长短时程突触互补

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基于神经元颜色拮抗与动态编码的轮廓检测方法 被引量：1

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作者 胡钧皓 范影乐 +1 位作者 李康群 武薇 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期520-528,共9页

基于神经元的颜色拮抗特性及神经元群体的动态编码机制,实现对图像的轮廓检测。模拟视皮层下神经元的颜色单拮抗特性,引入单拮抗感受野的动态调节机制,以充分响应颜色边界和亮度边界;利用单细胞的树突极性分布,构建初级视皮层的双拮抗... 基于神经元的颜色拮抗特性及神经元群体的动态编码机制,实现对图像的轮廓检测。模拟视皮层下神经元的颜色单拮抗特性,引入单拮抗感受野的动态调节机制,以充分响应颜色边界和亮度边界;利用单细胞的树突极性分布,构建初级视皮层的双拮抗神经元网络,实现对特定方位的视觉刺激响应,有效提取目标轮廓;在神经元的群体感受野内,考虑神经元的动态突触连接,融合单细胞的脉冲频率响应,实现对纹理信息的抑制作用。以BSDS500图库的图像为实验对象,结果显示该方法在提取主体轮廓的过程中能有效抑制纹理信息,其对100幅图像最佳检测结果的P值指标均值和标准差为0.58±0.04,相对CORF和CO等其他对比方法,可提高轮廓提取的准确率。所提出方法可有效实现图像的轮廓检测,为利用颜色信息以及神经元之间的动态编码、实现更高级皮层的图像理解或者视觉认知提供新的思路。 展开更多

关键词 轮廓检测 颜色拮抗 方向选择 动态编码

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