基于Y细胞视觉神经机制的轮廓检测模型

Contour detection is the key step in achieving advanced visual tasks of target recognition, target tracking and etc. Establishing biological vision of visual nerve and perception mechanisms based contour detection model will benefit to development of computer vision.In this proposal, based on our previous researches, we focus on the study of visual nerve mechanisms of Y-cell, and introduce it to construct contour detection model. This process will broaden the ideas and methods of biological contour detection research in three part.(1) Based on adaptive and self-modulating properties of neuron stimulation, we propose anadaptive parameters setting method of receptive field (RF), and a dynamic modulation computational method of RF stimulation.(2) Based on non-linear spatial summation properties of Y-cell RF, we study the inhibitory condition, position and range of non-linear subunit on nonclassical RF (nCRF), and then explore the combination method of inhibition cues of subunit-subunit, subunit-center interaction on different pattern images, finally proposed nCRF suppression computation method.(3) Based on multi-decision information processing mechanism of visual neurons, we study multi-scale stimulation fusion method of Y-cell RF, and construct Y-cell visual nerve mechanism based contour detection model. The results of the project may provide the novel ideas and technical support for some biological inspired studies of the field of computer vision.

轮廓检测是实现目标识别、跟踪等高级视觉任务的关键步骤，基于生物视觉神经机制和视觉感知机理建立轮廓检测模型，是计算机视觉领域研究的热点。本项目以课题组已有研究基础，将Y细胞视觉神经机制引入到轮廓检测研究中，拓宽轮廓检测仿生研究的思路和手段，拟开展如下三方面的创新性研究：1、基于细胞的刺激响应自适应特性、自主调制特性，提出感受野滤波器自适应设置方法和感受野刺激响应动态调制计算方法；2、基于Y细胞感受野的非线性空间总和特性，研究非线性亚单元在非经典感受野中参与抑制的条件、抑制的位置及范围等，并探索不同模式图像下的亚单元-中心区、亚单元-亚单元抑制线索结合方式，提出非经典感受野抑制计算方法；3、基于视觉细胞的多决策信息处理机制，研究Y细胞感受野的多尺度刺激响应融合方法，最终建立基于Y细胞视觉神经机制的轮廓检测模型。本项目研究成果将为计算机视觉领域中相关视觉任务的仿生研究提供新的思路和技术支撑。

计算机视觉中，轮廓检测对显著目标检测、图像分割、目标检测等高级计算机视觉任务至关重要。如何充分利用上下文信息将图像的各个局部特征有效整合成全局特征，并根据该全局特征提取真实轮廓、抑制背景纹理是轮廓检测研究领域中的科学难题。为解决该科学难题，本项目将Y 细胞感受野的视觉特性引入到基于初级视皮层视觉处理机制的目标轮廓检测仿生研究中，研究轮廓检测仿生建模方法，主要包括三大方面研究：1）模拟Y 细胞经典感受野特性及其在初级视皮层轮廓检测的视觉神经机制，研究经典感受野刺激响应计算方法。2）模拟Y 细胞非经典感受野特性及其在初级视皮层轮廓检测的视觉神经机制，研究非经典感受野抑制响应计算方法。3）模拟初级视皮层中多决策信息处理及相关视觉通路机制，研究多尺度刺激响应融合方法，建立轮廓检测模型。本项目研究拓宽了轮廓检测仿生研究的思路和手段，项目研究成果为视觉神经机制在轮廓检测仿生建模的广泛应用奠定理论与方法基础，同时为计算机视觉领域中相关视觉任务的仿生研究提供新的思路和技术支撑。项目组在四年的执行期内，针对研究目标，按照研究计划开展研究工作，取得了一些重要的理论研究成果，共发表学术论文15篇，其中，SCI检索论文14篇，EI期刊检索论文1篇，获发明专利授权23项，培养硕士研究生10名。