章视觉科学概论和人工

眼科学

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第十六章视觉科学概论和人工视觉王浩、李世迎、秦伟本章重点视觉现象的定义和意义光学信息的特点和本质视觉相关神经生理机制人工视觉的方法和原理第一节视觉现象视觉为通过接收周围环境中事物所发出或反射出的光的信息，经过知觉和认识而获得知识的过程视觉与帮助生物体的生存和成功繁衍有关，它允许感知者预测未来可能发生的事情，使他们增加生存机会视觉感知的不一致1.适应和后像视觉感知可以对某一特定情况发生适应性改变暗适应暗适应2.真实和错觉视觉系统性感知失实的情况，被称作错觉3.模棱两可的图简单的图像可以引起两种或两种以上的不同感知视觉是对环境的模型化构建1.视觉的完整性感知包括了我们事实上并没有看到的那些部分2.不可能的物体还有“看似合理”的现象，可以非常明确地证明视觉的“模型构建”观点3.预知未来，视觉对未来情况的预测能力是非常重要的视觉是对意义的理解1.分类给定的某类事物的组成成员构成了先前的经验，这种经验使我们可以正确而合理地推断与之同类的新成员2.注意和意识可视环境包含的信息远远多于任何人全部的感知。所以必须选择性地注意，而且选择在很大程度上依赖于需要、目标、计划和意愿第二节

光学信息的本质光的行为1.光与物体间的相互作用穿透物体表面被物体表面吸收被物体表面反射2.光的环绕阵列光的环绕阵列是指来自各个方向的、朝向某一给定观察位点的光，视觉就是处于这种“观察位点”上图像的信息1.光学图像被物体表面反射的光进入观察者的眼睛，光子穿过眼睛在视网膜形成了一个上下颠倒的二维图像2.投射几何学将三维世界映射成为二维图像的图像处理过程是非常有规律的，可以对这种规律采用数学分析视觉是如何将视网膜上的图像“还原”为现实世界的三维感知视觉系统是对环境本质及其被看到时所处的情况，进行的一系列高度仿真的假定这些假定对“还原”难题给予了足够的限定，使其在大多数情况下可以被解决笫三节

视觉神经生理学视觉系统完整的视觉系统不仅包括眼睛，还包括了大脑的许多部分眼睛选择并记录光线中所包含的信息，而大脑则接着处理这些信息使之变得对生物体有用视觉生理学光进入角膜，穿过瞳孔、晶状体、玻璃体，最后到视网膜。视网膜上的光感受器把光转化成神经冲动，再传输到大脑的视觉中枢神经生理学1.神经元：

神经元可以整合与之相连的神经元输入的冲动，并将整合后的冲动传到其他神经元。2.光感受器细胞：在视网膜上有两种不同类型的光感受器细胞：视锥细胞与视杆细胞。3.视网膜神经节细胞：所发出的轴突汇聚成视神经，通过眼眶后壁上的视神经孔，将视觉信息输送到大脑4.视网膜结构的特征视杆细胞和视锥细胞都朝向后方，其前方的视网膜细胞和轴突是很透明的皮层下视觉信息传递通路1.外侧膝状体最重要的视觉信息中转站，节细胞会与外侧膝状体中的神经元换元，之后的投射由外侧膝状体神经元完成2.其它与视觉相关神经核团包括上丘和中脑的视觉相关核团。这些神经核团主要与眼球运动、固视和视觉注意分配功能相关视皮层的功能定位1.枕叶是接受视觉信息的初级皮层。其从同侧丘脑外侧膝状体获取输入信息，所以枕叶的视觉输入是完全交叉的2.顶叶和颞叶这些区域是视觉的高级中枢。视皮层是由编码视网膜刺激的不同性状的许多小块区域拼凑起来的视皮层投射图初级视皮层接收大部分上行投射，大量的处理过程并行发生在视皮层上较低层次的皮层区细胞从小范围的视网膜区域获得输入信息，反之亦然视觉信息处理的皮层机制人类视觉信息处理过程是由初级视皮层外加两条视觉信息处理通路完成的，一条被称为背侧神经通路，另一条为腹侧通路视觉信息的神经解码脑功能成像技术可以从大脑的活动中解码出大脑所处理的信息内容，为人工视觉的建立提供基础第四节

人工视觉研究进展视皮层假体将电极置于视皮层，将光电信号传递给皮层神经元，从而产生光幻视视神经假体将电极组成的“袖带”环绕在盲人的视神经周围，导线与埋在耳朵皮下的连接器相连，最后终止于外界的光感受器视网膜假体基本功能包括3个方面：①获取图像；②转换为刺激图形；③刺激视网膜神经元。

分为两大类：电流刺激和神经递质释放猫视皮层假体植入后的功能检查基于光基因的视功能重建技术1.光基因技术将对光敏感的离子通道蛋白的基因转入到神经元中，达到用光控制神经元活动的目的2.视网膜光基因化在一些疾病中，视网膜细胞大量死亡，但残存有神经节细胞，将这些神经节细胞进行光基因改造，使其具有感光能力，能部分恢复这些患者的视力光基因化的视网膜也可以和视网膜假体技术结合，将神经节细胞改造为可以直接感光的神经元后，视网膜假体将从电极阵列变化为发射光源的阵列视皮层光基因化视皮层神经细胞通过光基因的转染获得可以直接感光的功能，视皮层