仿生眼——怎樣仿製大自然最精密聰慧的作品

《仿生眼——怎樣仿製大自然最精密聰慧的作品》是2024年科學出版社出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：仿生眼——怎樣仿製大自然最精密聰慧的作品
• 作者：張曉林  
• 出版時間：2024年6月1日
• 出版社：科學出版社
• 頁數：498 頁 
• ISBN：9787030766946
• 開本：16 開 
• 裝幀：精裝 

內容簡介

《仿生眼：怎樣仿製大自然*精密聰慧的作品》從眼球及大腦的生理解剖結構和其運動控制神經系統的拓撲描述出發，通過建立生物視覺系統的數學模型，解析視覺信息在大腦中的處理流程，搭建類腦框架，推測並模擬意識的形成及智慧型決策的過程，直到設計眼球運動控制系統，構建出了一套從感知到理解再到決策*後到運動控制的較完整的閉環的自主智慧型系統—仿生眼。《仿生眼：怎樣仿製大自然*精密聰慧的作品》*先闡述了筆者關於當代仿生學應該擔負起的科學發展使命的觀點；隨後，介紹了研究仿生視覺系統所**的生物學基礎和對視覺系統進行科學解析所需要設定的前提條件，包括相關學術名詞的科學定義等；接著描述了與視覺神經系統相關的人腦解剖學構造和生理學功能以及與之對應的數學模型；而且，不僅介紹了研製仿生眼所需的技術，提出了動態雙目的立體視覺原理，還討論了仿生視覺系統為了實現類人的視覺功能，其背後需要具備的智慧型系統的形態和功能，提出了意識空間的概念；*後，作者介紹了仿生眼目前的產業套用情況及未來展望，闡述了對後ChatGPT人工智慧的觀點。

圖書目錄

目錄

**篇　緒論

第1章　仿生學的使命3

1.1　生物與機器的不同3

1.2　為什麼要向生命學習6

1.3　目前的立體視覺感測器與仿生眼的區別7

參考文獻9

第二篇　仿生視覺系統的生物學基礎與理論前提

第2章　眼睛的種類和構造13

2.1　眼睛的誕生及種類13

2.2　複眼的構造14

2.3　單眼的構造20

2.4　軟體動物眼的構造22

2.5　脊椎動物眼的構造23

2.5.1　可動雙眼系統的特點及種類23

2.5.2　鷹眼的構造26

2.5.3　人眼的構造29

參考文獻39

第3章　眼球運動的種類與定義40

3.1　為什麼要研究眼球運動40

3.2　眼球運動的定義42

3.2.1　視覺系統的坐標設定42

3.2.2　生理學領域的眼球運動定義47

3.2.3　基於控制學理論重新定義眼球運動50

3.3　固視微動56

3.3.1　固視微動的意義56

3.3.2　固視微動的定義57

3.3.3　固視眼振的測量59

3.3.4　固視微跳對視覺的作用及在機器視覺的套用69

3.4　小結71

參考文獻74

第4章　神經細胞的信號處理原理及數學模型76

4.1　細胞信息傳遞的幾種類型76

4.2　神經細胞的結構和基本功能概述77

4.3　細胞膜電位的形成81

4.4　神經細胞的等效電路與衝動發生原理82

4.4.1　離子電容83

4.4.2　神經細胞膜的等效電路84

4.4.3　神經細胞動作電位的形成87

4.4.4　神經細胞動作電位的傳遞方式90

4.5　神經細胞的信息處理原理91

4.5.1　神經細胞的電信號的信息表達方式91

4.5.2　神經細胞突觸的生理學動作原理92

4.5.3　神經細胞突觸的等效電路95

4.5.4　神經細胞的脈衝信號處理原理及數學模型96

參考文獻106

第5章　大腦神經系統的概述107

5.1　腦幹的構造和功能108

5.2　間腦的構造和功能110

5.3　小腦的構造和功能111

5.4　端腦的構造和功能113

5.4.1　端腦的基本結構113

5.4.2　端腦區域的功能劃分115

5.4.3　端腦各功能區的等級和信息流向118

5.4.4　韋尼克區和布羅卡區124

5.4.5　海馬區的功能126

5.5　人腦視覺系統的巨觀框架127

參考文獻129

第三篇　視覺系統的生理學及其數學模型

第6章　眼球運動控制神經系統及其數學模型133

6.1　視神經至大腦視皮質的巨觀通路134

6.2　以腦幹為中心的眼球運動控制神經系統137

6.3　眼球運動控制系統各要素的數學模型140

6.3.1　眼球的黏彈性模型140

6.3.2　神經核的線性模型141

6.3.3　前庭器官的傳遞函式141

6.3.4　前庭核到運動神經核之間的傳遞函式142

6.4　單眼運動控制系統的數學模型及其解析143

6.4.1　單眼運動控制系統的數學模型143

6.4.2　眼球運動控制系統的動態特性分析147

6.4.3　眼球運動控制系統的頻率特性分析153

6.4.4　小結158

6.5　雙眼運動控制系統的數學模型及其解析159

6.5.1　用於雙眼運動控制系統的坐標變換159

6.5.2　與神經迴路對應的雙眼運動控制神經系統模型160

6.5.3　雙眼運動控制模型的解析161

6.5.4　雙眼控制系統的參數設定166

6.5.5　視網膜分割處理對雙眼運動特性的影響169

6.5.6　小結與討論174

參考文獻174

第7章　上丘的跳躍眼動機制177

7.1　上丘的結構177

7.2　上丘的外部信息通路178

7.3　上丘神經元對視覺信息輸入的回響180

7.3.1　上丘淺層神經元的衝動活動180

7.3.2　上丘深層神經元的衝動活動181

7.4　上丘對聽覺的回響181

7.5　上丘對體感的回響182

7.6　來自各感覺器官信息的統合183

7.7　上丘的淺層神經元和深層神經元的關係184

7.8　上丘的數學模型及在仿生視覺控制系統中的位置184

參考文獻188

第8章　小腦的基本結構及學習控制系統191

8.1　小腦的輸入輸出191

8.2　小腦神經系統的細胞組織結構194

8.3　小腦神經系統的拓撲結構197

8.4　小腦在視覺控制系統中的位置199

8.5　小腦學習系統的模擬實驗201

8.6　神經核的學習功能與小腦學習系統的互補205

8.7　小結207

參考文獻208

第9章　大腦的視覺處理功能210

9.1　視網膜的信息處理功能210

9.2　外側膝狀體的結構和神經投射213

9.3　枕葉視皮質的區域劃分214

9.4　初級視皮質的神經系統結構215

9.5　視皮質各區域的視覺功能221

9.5.1　V1區的主要視覺功能221

9.5.2　V2區的主要視覺功能222

9.5.3　V3區的主要視覺功能224

9.5.4　V4區的主要視覺功能224

9.5.5　MT（V5區）的主要視覺功能225

9.5.6　枕葉視皮質各區域的信息處理的整體框架226

9.6　視覺信息處理在大腦中的通路226

9.6.1　視覺信息的背側通路228

9.6.2　視覺信息的腹側通路231

9.7　海馬區的時空認知與信息表征模式236

9.7.1　海馬體的位置細胞及認知地圖239

9.7.2　哺乳動物的外顯記憶與海馬的關係241

9.7.3　格線細胞的空間表征模式243

9.7.4　頭朝向細胞、邊界細胞、速度細胞245

9.7.5　格線細胞與位置細胞的關係247

9.7.6　位置細胞的空間記憶機制248

9.7.7　海馬區的信息處理框架249

9.8　額葉的決策與行動249

9.8.1　背外側前額葉皮質的信息整合250

9.8.2　眶腹內側前額葉皮質的情緒機制250

9.8.3　額葉眼區及其他前運動區的主動運動控制250

9.9　人腦視覺處理系統整體框架與流程251

9.9.1　三維形狀的分級檢測252

9.9.2　運動圖像的檢測252

9.9.3　物體識別253

9.9.4　行動可供性認知255

9.10　腦視覺處理系統對機器視覺的指導意義256

參考文獻257

第四篇　仿生眼技術

第10章　仿生眼的硬體系統設計265

10.1　仿生眼的動力學結構265

10.2　仿生眼硬體配置的基本要求268

10.3　仿生眼的信號處理系統269

10.3.1　信息的同步觸發、採集、輸出與時間戳269

10.3.2　相機全局快門270

10.3.3　仿生眼信息處理與軟體系統範例270

10.3.4　多通道並行處理及多眼聯動模式272

10.3.5　仿生視網膜272

10.4　仿生眼的小型化與巨型化274

10.4.1　仿生眼的小型化274

10.4.2　鷹眼與巨人眼275

參考文獻277

第11章　仿生眼運動控制所需的圖像處理278

11.1　特徵點與特徵線的提取算法278

11.1.1　傳統手工設計的圖像特徵提取279

11.1.2　基於深度神經網路學習的圖像特徵提取283

11.2　特徵點與特徵線的匹配算法283

11.2.1　基於特徵描述子的特徵匹配284

11.2.2　基於像素跟蹤的特徵匹配285

11.2.3　基於深度神經網路的特徵匹配286

11.3　目標追蹤算法287

11.4　光流檢測算法290

11.4.1　概述290

11.4.2　傳統光流檢測算法292

11.4.3　有監督光流檢測算法292

11.4.4　無監督光流檢測算法299

參考文獻300

第12章　仿生眼的標準位姿與動態標定305

12.1　標準輻輳概念的提出306

12.1.1　平行視雙目相機的定義及立體視覺原理306

12.1.2　標準輻輳和正標準輻輳的定義308

12.1.3　虛擬平行視面圖像變換及深度計算310

12.2　標準輻輳誤差314

12.2.1　標準輻輳狀態的意義315

12.2.2　標準輻輳誤差算法315

12.3　動態標定319

參考文獻323

第13章　仿生眼的運動控制系統325

13.1　仿生眼運動控制神經系統整體框架325

13.2　雙眼協同運動控制的功能與特性326

13.2.1　仿生眼的共軛運動和輻輳運動的模型與分析327

13.2.2　仿生眼的共軛運動和輻輳運動的實驗驗證329

13.3　全位姿前庭眼反射的控制332

13.3.1　前庭眼反射控制系統333

13.3.2　前庭眼反射實驗335

13.4　跳躍眼動控制系統342

13.4.1　過往跳躍眼動的研究343

13.4.2　跳躍眼動的數學模型343

13.4.3　跳躍眼動的實驗346

13.5　視動性反應控制系統350

13.6　頸眼聯動系統353

參考文獻354

第14章　仿生眼後端的高級視覺處理技術356

14.1　三維重建356

14.1.1　概述356

14.1.2　雙目視覺三維重建算法358

14.1.3　立體匹配算法359

14.1.4　位姿估計算法361

14.1.5　其他視覺三維重建算法361

14.1.6　主動式三維重建362

14.2　視覺語義感知算法363

14.2.1　圖像分類363

14.2.2　圖像目標檢測365

14.2.3　圖像的語義/實例/全景分割367

14.3　邊緣檢測369

14.3.1　概述369

14.3.2　語義邊緣算法371

14.3.3　語義邊緣的擴展套用373

參考文獻373

第五篇　視覺背後的意識與類腦系統

`第15章　視覺意識空間381

15.1　意識的一般概念和定義381

15.2　意識空間概念的提出385

15.3　意識空間設定原則及描述方式387

15.3.1　意識空間的設定原則387

15.3.2　格線細胞的數學原理390

15.4　構建視覺意識空間的要素技術392

15.4.1　物理建模393

15.4.2　狀態意識空間關聯技術399

15.4.3　場景意識空間關聯技術404

15.4.4　長期記憶與知識圖譜414

15.4.5　小結420

15.5　狀態意識空間的定位與導航421

15.5.1　機器人定位與建圖421

15.5.2　視覺導航與避障423

15.5.3　全局與局部路徑規劃425

參考文獻425

第16章　視覺類腦系統430

16.1　視覺類腦系統框架430

16.2　注意力機制436

16.2.1　注視點預測437

16.2.2　顯著性目標檢測440

16.2.3　注意力機制的發展方向445

16.3　多模態信息融合447