《響尾蛇視覺成像系統的數學建模與套用》是依託吉林大學，由王勇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：響尾蛇視覺成像系統的數學建模與套用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王勇
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
響尾蛇能夠同時感知可見光與紅外輸入信號，並且能夠通過神經系統的處理實現對可見光圖像和紅外圖像的融合,從而得到所感知目標的重要特徵，這與人眼的視覺特性有很大區別。本項目以響尾蛇的頰窩紅外圖像感知以及視頂蓋的可見光圖像和紅外圖像融合機制為主要研究目標，對其生物學機制以及相關的神經元活動進行研究，側重於工程可計算數學模型的建立。主要研究內容有:研究與響尾蛇頰窩紅外成像機制相關並且可用於數學建模的各種生物學研究成果和物理模型，結合針孔成像模型解釋頰窩紅外成像機制,將針孔成像相關理論套用於頰窩成像以及還原。針對紅外圖像增強，圖像還原等問題設計相應的仿生學圖像處理算法。研究視頂蓋的可見光圖像和紅外圖像融合機制，全面利用視頂蓋神經元相互作用的幾種模式進行數學建模，結合頰窩紅外圖像的感知模型建立一種更加完善的描述響尾蛇視覺系統的數學模型，最終進一步最佳化該模型並且針對圖像融合問題設計相應的仿生學算
結題摘要
響尾蛇特殊的圖像感知機制能夠同時感知紅外和可見光圖像，並且能夠完成對各種信息的實時處理，對於這一機制的模擬和仿真有助於相關學科對於這種特殊信息處理機制的研究和套用。在本項目的研究中，採用了多種方法完善了Waxman等人的對響尾蛇信息融合機制的假設，針對融合模型中偽彩色融合圖像中目標不夠清晰的問題進行了研究。針對紅外圖像和可見光圖像分別進行了ON對抗增強和OFF對抗增強，其次，將紅外ON對抗增強圖像饋入中心-環繞感受野模型的中心興奮區域，可見光OFF對抗增強的圖像輸入環繞抑制區，得到融合圖像的B分量；將紅外OFF對抗增強圖像輸入中心-環繞感受野模型的環繞抑制區域，可見光ON對抗增強的圖像輸入中心興奮區，得到融合圖像的G分量；將可見光ON對抗增強的圖像直接作為融合圖像的R分量,從而合成RGB偽彩色融合圖像。實驗結果表明，採用本文方法得到的融合圖像的質量明顯好於採用Waxman模型得到的融合圖像。在此基礎上，還進行了更深入的研究。在響尾蛇視覺感知的初級階段，響尾蛇的“或”和“與”等機制的確發揮了作用，但並不是體現在初始信息接收端的簡單像素信息中，而是可以表示為Olshausen等人提出的稀疏編碼模型中的矩陣參數。其次，在視覺感知的高級階段，將一種新的熱力學模型引入到響尾蛇視頂蓋活動機制的研究中，從而為響尾蛇的視覺感知機制的研究建立了新的科學判據。為了進一步研究圖像信息在腦神經元中的傳遞與處理機制，引入了圖像質量評價環節的研究，針對灰度圖像和彩色圖像分別研究了能夠深刻反映其質量信息的參數分布，將基於複數和四元數的信息合併方法引入到圖像質量評價領域，實驗結果表明，將複雜信息進行合併處理之後，即使採用傳統的評價算法也能得到滿意的評價效果。本項目在研究過程中採用了大量高級信息處理機制與仿生學方法，對於響尾蛇的視覺成像機制進行了深入研究，建立了能夠更加精確解釋響尾蛇紅外成像機制的工程可計算數學模型，進一步深刻揭示了頰窩的紅外成像機制以及神經元活動機制，更加完善地描述了響尾蛇視頂蓋融合機制的數學模型，將頰窩的紅外成像過程與視頂蓋的融合機制相結合，採用工程可計算的數學方法解釋這種複雜的生物視覺過程，而不僅僅是簡單的過程分析和描述，從而為相關學科的研究提供了有效的理論支撐。
