[发明专利]基于皮层神经元视觉方向响应的图像边缘检测方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理领域，涉及一种基于皮层神经元视觉方向响应的图像边缘检测方法。 

背景技术

图像的边缘是图像灰度值发生跃变的地方，包含了图像中绝大多数的有用信息。因而图像边缘检测是图像处理中的一个重要部分，其结果的好坏直接关系到后续图像特征的提取、图像分析与图像识别等。同时视觉神经生理实验和模型仿真，从宏观角度表明了视觉系统在观察或识别目标时具有相应的方向选择性，并非对所有方向上的刺激产生等同的响应。例如视觉感知系统对水平或垂直的光强变化感知最大，但对于倾斜方向上的光强感知最小。另外从微观角度来看，生物视觉系统中存在方向各异性敏感皮层神经元集群，它们对特定轮廓或运动方向的刺激能够产生较强的响应，其它方向上则产生较弱的响应。而传统的图像边缘检测方法通常基于图像本身的微分门限原理，对类似噪声的边缘检测效果不是很理想，同时不能很好地反映神经元的动作电位生理特性和视觉系统的方向选择特性。 发明内容 

本发明考虑到：(1)传统边缘检测方法对图像中类似噪声的边缘检测效果不理想，边缘层次感不强；(2)传统的图像边缘检测方法从微分门限的数学原理出发，没有考虑人眼视觉系统的方向选择特性和神经元动作电位脉冲发放的视觉生理特性，其图像边缘检测的结果通常难以满足与人类主观评价相一致的要求。因而结合视觉系统的方向选择特性与神经元的脉冲发放机制，提出了一种基于皮层神经元视觉方向响应的图像边缘检测方法，使其符合视觉生理特性的图像边缘检测工作机制。

本发明基于皮层神经元视觉方向响应的图像边缘检测方法，包括以下步骤： 

步骤（1）对视野内图像采用Log-Gabor滤波器进行特定方向选择性预处理，分别获得、、 和四个方向的结果。

步骤（2）分别对Log-Gabor滤波器选定的四个方向结果取其复数的实部，并分别将其映射为取值0~255之间的像素。 

步骤（3）将四个方向上的映射结果，分别按照对应的扫描方式降维为四路一维信号序列。

步骤（4）将获得的四路一维信号序列分别输入至皮层神经元模型，使其产生相对应的四路神经元脉冲序列。 

步骤（5）将四路脉冲神经元序列，分别按照相对应的图像降维逆扫描方式还原为四路二维信号。 

步骤（6）对还原的四路二维信号通过判别器决策，并融合成一路二维信号。 

步骤（7）对获得的一路二维信号，按照规则映射成0和255的二值图像，即为图像边缘检测结果。 

本发明的有益效果为： 

1、通过Log-Gabor滤波器能够选择特定的方向，从而满足了视觉感知系统的方向选择性。

2、本发明基于皮层神经元模型，该模型简单、计算效率高且能够保留神经元脉冲发放的主要特性，从而使图像边缘检测更符合真实的视觉生理特性。 

3、采用与特定方向相对应的图像降维扫描方式，有利于保留图像特定方向上的空间结构特性和该方向上像素值的关联性。 

4、通过判别器的决策与融合，有利于保留各个方向上的边缘，丰富图像的边缘细节信息，从而进一步提升边缘检测的效果。 

附图说明

图1为本发明流程图； 

图2为图像降维示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。 

如图1所示，步骤（1）对视野内图像(，变量和下同）采用Log-Gabor滤波器进行预处理，分别获得、、和四个方向的结果，记为(，下同）。 

图1中(，下同)为Log-Gabor滤波器选择特定方向后的结果；为取复数实部的结果；为灰度重新映射的结果； (其中，下同)为降维后的一维信号结果；为皮层神经元模型输出的脉冲序列结果；为逆扫描后还原成二维信号的结果；为判别器；为判别器决策和融合后的结果；为二值映射的边缘检测图像。 

由于Log-Gabor滤波器函数在原点的奇异性，不能直接得到解析表达式，其频域数学表达式如式(1)所示： 

                                             (1)

其中，、为待滤波图像的频率和方向；为中心频率；为滤波器方向；为径向带宽；为方向带宽。其中滤波器方向分别取为、、和， 、、。

上述步骤的具体实现方式：首先利用快速傅立叶变换(FFT)，将视野内的空域图像变换为频域，然后将频域结果与Log-Gabor滤波器进行相乘，最后对相乘结果进行傅立叶反变换，获得预处理后的结果。