[发明专利]一种基于视觉神经通路的边缘检测方法

权利要求书

1.一种基于视觉神经通路的边缘检测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、建立视网膜的感受机制模型，模拟视网膜对图片信息的响应；

步骤2、建立侧膝体的感受机制模型，模拟侧膝体对图片信息的响应；

步骤3、建立大脑皮层V1区的感受机制模型，模拟脑皮层V1区对边缘轮廓的检测；

步骤4、结合步骤1～3建立的模型组合生成基于视觉神经通路的边缘检测模型，模拟视觉神经通路的边缘检测输出；

所述步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、建立光源信号对电信号的转换模型，即在视网膜神经外丛状层中水平细胞和双极细胞中进行光源信号对电信号的转换，具体如式(1)所示：

式中，Ω_i代表以x_i为中心的双极细胞的感受野，K(x,t)是单个双极细胞在t时刻的时空传播模型，f(x,t)是t时刻感光细胞接受到的光信号刺激，式(1)表示外丛状层电信号的产生完全线性依赖于以x_i为中心的双极细胞感受野Ω_i及t时刻以前的输入信号在感受野中的滞留；

步骤1.2、单个双极细胞时空传播模型K(x,t)简化为所有双极细胞时空传播模型K₁(x,t)，假设双极细胞数量极多且所有双极细胞均遵循同样的时空传播函数K(x,t)，且时空传播函数K(x,t)不受限于Ω_i空间内，则式(1)可简化为：

A(x，t)＝∫t′∈R∫x′∈RK1(x-x′，t-t′)f(x′，t′)dx′dt′＝(K1*f)(x，t)(2)

步骤1.3、光信号刺激f(x,t)具有时变性，并且中枢和周围反应具有不用的时间进程，故建立时空不可分离的中心-环绕型感受野模型，具体如式(3)～(5)所示：

K(x，t)＝C(x，t)-S(x，t)(3)

式中，ω_c是感受野中心区的常数系数，ω_s是周围区的常数系数，G(x)是高斯滤波器，σ_c和σ_s是用于调节感受野半径的高斯函数标准差；

光源信号对电信号的转换模型、双极细胞时空传播模型K₁(x,t)及时空不可分离的中心-环绕型感受野模型组合为视网膜的感受机制模型；

所述步骤2具体按照以下步骤实施：

步骤2.1、建立侧膝体的感受机制模型，侧膝体的感受机制模型包括经典感受野模型与非经典感受野模型，典感受野模型与非经典感受野模型均为加权的高斯函数，侧膝体模型具体如式(8)所示：

B(x，t)＝H(x，t)-A(x，t)(8)式中，H(x,t)表示外膝体细胞在t时刻对对视网膜输出信号A(x,t)的变换；

外膝体细胞在t时刻对对视网膜输出信号A(x,t)的变换H(x,t)，具体如(9)所示：

式中，R_C表示经典感受野中心区域，R_S表示经典感受野周围区域,R_ns表示非经典感受野的半径，R_s≥2R_c，R_ns≥4R_c，Gσi(·)是以σ_i为偏差的高斯滤波器，σ_i的选择与R成正比，β_i为参数，其选择会影响建模准确度，采用使用高斯函数拟合的方法来确定β_i的值；

步骤2.2、简化侧膝体的感受机制模型，对于静态图像，假设任意时刻内的侧膝体变换是不变的，获得简化侧膝体的感受机制模型，则式(8)可简化为：

B(x)＝H(x)*A(x)(10)简化侧膝体的感受机制模型即为侧膝体的感受机制模型；

所述步骤3具体按照以下步骤实施：

步骤3.1、大脑皮层V1区的感受机制模型选用感受野合并模型；

步骤3.2、感受野合并模型视为简单细胞由多个子单元组成，每个子单元接受侧膝体细胞的输出作为输入，并对其附近的侧膝体细胞响应线性加权求和计算出每个子单元的响应，如式(12)～(14)所示：

式中，δ_i，σ_i，ρ_i，是简单细胞的子单元位置参数，x′∈[-3σ_i,3σ_i]，x_i，y_i代表子单元i相对于简单细胞感受野中心的坐标；

步骤3.3、基于感受野合并模型中简单细胞对特定方向的响应，定义为所有子单元响应的几何加权平均，具体式(15)所示，即只有当简单细胞的所有子单元都被激活时，该简单细胞才被激活；

ω_i是由子单元位置参数决定的系数；

步骤3.4、感受野合并模型的不同方向选择性通过改变子单元位置的参数来得到，使用具有不同方向的感受野合并模型对图像进行处理，即可以获得各个方向的边缘，并使用最大化操作方法对各个方向的简单细胞响应进行合并，获得边缘响应集合，具体如式(16)所示，针对得到简单细胞的边缘响应集合，使用Canny算子中的非极大值抑制；

式中，ψ(C)是一系列不同方向角度对应的子单元位置参数集合，感受野合并模型即为大脑皮层V1区的感受机制模型。