小波变换用于视皮层简单细胞模型的特性分析

1、小波变换用于视皮层简单细胞模型的特性分析【摘要】以视皮层简单细胞生理实验结果为根底，阐述了视皮层简单细胞的生理构造和功能。从视皮层简单细胞具有边缘检测功能出发，分析了“边缘检测型视皮层简单细胞的数学模型,对小波变换在图像处理中的边缘检测原理进展了分析说明，并对小波变换的数学性质描绘。结合“边缘检测型视皮层简单细胞现有的数学模型的特点和小波变换的性质，对小波变换用于建立边缘检测型视皮层简单细胞模型的特性进展了分析。【关键词】人工智能边缘检测小波变换视皮层简单细胞随着对人类视觉系统研究的深化,人们对视觉系统的组成、视觉信息的处理通路以及视觉系统中许多种细胞的特性已经有了比拟明确的认识。arr1认为

2、，关于视觉信息的处理可划分为3个不同的层次来描绘：计算理论；表象和算法；硬件实现。第一层次是按视觉目的建立映射，即把一种信息映射成另一种信息，并对其抽象性质进展定义和论证；第二层次是输入、输出表象的选择，以及表象表换的算法选择；第三层次是表象和算法的物理实现。无疑，这3个方面的研究工作，都离不开视觉功能的模拟研究。它既可为研究提供论证，又可为其提供思想。Hubel和iesel2指出：在视觉系统中，从视网膜到大脑皮层存在一系列细胞，以感受野形式描绘。它们被视网膜上相应区域的光感受细胞视杆细胞核或视锥细胞所激活，并以高度有序的组织形式，对时空信息进展处理，从而实现对“边缘、“条纹、“方向、“双眼立

3、体等图像特征的检测。因此“感受野及其对“感受野模拟一直是视觉及人工视觉研究的重要课题。对简单细胞，生理学上的实验说明，其感受野大致分为两类：一类对特定方向的边缘敏感，称之为“边缘检测器；另一类对线条敏感，称之为“线条检测器。小波理论是80年代后期逐渐开展起来的一个信号分析理论，是近年来得到广泛应用的数学工具。小波变换是傅立叶变化开展史上的一个里程碑，它源于傅立叶变换又优于傅立叶变换。小波变换已经在图像处理的边缘检测中得到了广泛的应用，获得了很多研究成果。视皮层简单细胞的模型有很多，比拟著名是Gabr函数模型。本研究结合边缘检测型视皮层简单细胞现有的数学模型的特点和小波变换的性质，对小波变换用于

4、建立边缘检测型视皮层简单细胞模型的特性进展了分析。1视皮层简单细胞生理根底50年代末以来，Hubel2，3等人首先创始了对视皮层细胞的研究，他们在视皮层17区第4层上发现了对特殊朝向的条形光刺激有强烈反响得感受野构型。简单细胞就是感受野由假设干个兴奋和抑制交织排列的条状子域组成的线性神经元。哺乳动物视觉皮层中的简单细胞代表了视皮层信息处理的第一阶段，它的时空感受野表达是其对刺激的空间和时间特性选择性地产生发放的结果。简单细胞主要分布在视皮层17区的第4层内。简单细胞的感受野小，呈长形，用闪烁的小光点可以测定其感受野中心区为一狭长形，在其一侧或双侧有一个与之平行的拮抗区。简单细胞对大面积的弥散光

5、无反响，而对处于拮抗区边缘一定方位和一定宽度的条形刺激有强烈的反响，因此比拟合适于检测具有明暗比照的直边，对边缘的位置和方位有严格的选择性。图1视皮层简单细胞对刺激的反响略电生理实验说明，猫视皮层的简单细胞感受野对亮条刺激具有最优的朝向相应特性。视皮层简单细胞的根本性质是对于空间频率和朝向的选择性,并被认为具有特征检测的功能，特别是其中感受野根本上由两个显著子域构成的简单细胞具有边缘检测的功能4。2小波变换通俗地讲，小波就是小的波形，所谓“斜是指它具有衰减性，“波指的是它的波动性。一个函数通过伸缩和平移操作后，形成一个函数簇ab：ab(x)|a-1/2|(a-1(x-b)单函数称为根本小波，而

6、由派生出来的函数簇ab称为小波。其中a称为尺度参数，它改变滤波器的频带宽度，从而决定了变换结果中的频域信息；b称为位置参数，它决定了变换结果中的时域信息。由此可见，小波函数是同时具有频域和时域定位特性的函数。与傅立叶(Furier)变换、窗口傅立叶变换(Gabr)相比，小波变换是空间(时间)和频率的部分变换，因此能有效地从信号中提取信息。2.2小波变换特性分析由于小波可以平移，它特别合适分析部分信号特征，假如某一信号中存在一个非常小的连续点，其傅立叶变换的频谱中几乎没有任何异常，但其小波变换的小波系数那么能清楚地说明断点的位置和断点的宽度，小波变换在探测信号变化趋势、不连续点、高阶导数不连续点

7、等方面有明显的优势。小波变换将信号拆解成各种拉伸的、平移的小波，小波是不规那么的、变化剧烈的，因此对部分边缘检测特别有效8。由于小波变换具有的多尺度特性，图像的每个尺度的小波变换都提供了一定的边缘信息。当尺度小时，图像的边缘细节信息较为丰富，边缘定位精度较高；大尺度时，图像的边缘稳定，抗噪性好。将各尺度的边缘图像的结果综合起来，发挥大小尺度的优势，就能到达准确的边缘图像。二维小波变换其本质就是f(x,y)经(x,y)光滑后的梯度：12jf(x,y)4完毕语人类接收外界信息有80%来自视觉，视觉系统的目的是赋予机器人类视觉处理信息的才能。视觉系统对外界图像的感知，导致了图像信息在视觉通路间的逐级

8、传递和提龋从生理实验结果知道，视皮层简单细胞检测的是细胞感受野某一特定位置上的方位信息，比起从LGN传输过来时信息得到了精龋把小波变换应用于视皮层简单细胞模型的创立，将对模型的稳定性和可用性起到重要的作用。【参考文献】1D.arr.AputatinalInvestigatininttheHuanRepresentatinandPressingfVisualInfratin.1988，2427.2D.H.HubelT.N.iesel.Reeptivefieldsbinularinteratinandfuntinalarhitetureintheatsvisualrtex.JurnalfPhysi

9、lgy，1959，148：574591.3D.H.HubelT.N.iesel.Funtinalarhitetureaaquenkeyvisualrtex.PrRySB,1977,198:159.4PllnDA.Visualrtialneurnsaslalizedspatialfrequenyfilters.IEEETrans.Systanybern.,1983,13(5):907916.5DauganJG.pletedisrete2-DGabrtransfrbyneuralnetrksfriageanalysisandpressin.IEEETransnASSP,1988,36(7):107114.6季虎，孙即祥，邵晓芳，等.图像边缘提取方法及展望.计算机工程与应用，2022，14:7073.7姬荣耀，王国宁，王宁.基于小波变换的多尺度边缘检测.中国图象图形学报，1997,210：717720.8DauganJG.Unertaintyrelatinfrreslutininspae,spatialfrequeny,andrientatinptiizedbyt-diensinalvisualrtialfilters.J.pt.S.A.A/2,19