基于生物视觉感知机理的轮廓检测算法研究-模式识别与智能系统专业论文.docx

华 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I I 摘 要 轮廓标识了物体的形态特征，对目标主体轮廓的感知是计算机视觉领域的主要研 究方向之一。在自然图像中，目标轮廓多被淹没于背景纹理边缘之中，检测难度较 大。如何有效去除图像纹理信息，同时完成对目标轮廓的完整提取，是一个亟待解 决的关键问题。人类视觉感知系统对于目标形态的认知，可以在繁杂信息中通过结 构化感知进行快速识别。探索人类视觉感知机理，建立神经信息处理模型，是国内 外研究的前沿热点之一。 本文的研究目的在于建立人类视觉系统中形状通道的计算模型，以模拟人类视觉 获取不变性特征的能力，实现自然图像中复杂背景下的轮廓检测。首先，对近年来 神经生理学方面关于视皮层结构功能特性的研究成果进行归纳总结，对典型仿生轮 廓检测算法进行分析研究；而后，以初级视皮层的细胞聚集特性及其水平连接机制 为依据，提出了一种新的轮廓检测算法。算法结合初级视皮层的细胞排列特性构建 图像信息与皮层细胞的映射关系，通过模拟神经元间的长程、短程连接机制，实现 对图像中轮廓信息的增强和背景信息的抑制。与传统方法相比，本文算法以初级视 皮层风车状结构为基础，对其轮廓感知功能进行有效建模，对图像背景纹理的抑制 和目标轮廓的增强区分度较大，在一定程度上实现了轮廓过度检测与欠检测的平衡， 同时，计算复杂性小，耗时少，具有更好的计算准确性。 关键词： 轮廓检测 纹理抑制 水平连接 初级视皮层 视觉感知 II II Abstract Contours convey the key information of the target’s shape and morphological characteristics. Contour detection has long been a fundamental problem in computer vision. In some natural images, contours of the target are imbedded in cluttered texture edges, which are difficult to distinguish. How to eliminate the texture information effectively while complete extracting the target’s contour, is an important problem. Human visual perceptual system can solve such situation perfectly. Exploring the human visual perception mechanism, establishing neural information processing model, is currently a hot research. Our study aimed to establish the calculation model of shape channel in human visual system, simulate the ability of accessing invariant features. Firstly, summarize the recent neurophysiology researching results about visual cortex structure and function characteristic s, analyse some typical bionic contour detection algorithm. Secondly, propose an effective method based on human visual perception mechanism, which combines the properties of primary visual cortex and psychology researching results to simulate the contour perception of the V1 cortex. Include model single cell response, then, establish the mapping relationship between stimulus and neurons in primary cortex, get an effective balance between suppression and enhancement by d