基于视觉皮层-丘脑反馈及非经典感受野的图像增强算法研究
批准号:
62076170
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
高绍兵
依托单位:
学科分类:
认知与神经科学启发的人工智能
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
高绍兵
中文摘要
大脑获得高质量视觉信号的生理基础很大程度上依赖其所具有的视觉皮层-丘脑反馈及非经典感受野机制。模拟生物视觉机理建立融合视觉前馈、反馈以及自适应信息处理的图像增强算法已成为机器视觉领域的研究热点。本项目充分整合国际上在视觉皮层-丘脑反馈,非经典感受野,以及对比度自适应的视觉机理实验研究方面的最新进展,系统性地模拟早期视觉信息处理机制,建立基于局部对比度的自适应图像增强模型。模型具有如下特点:1)所采用的机制符合视觉皮层-丘脑反馈及非经典感受野的基本实验结论;2)能够解释实验上观测到的各层次神经元的亮度和对比度自适应,以及反馈在这些现象中的作用;3)解决复杂动态场景下的一大类图像亮度和对比度增强问题。项目的研究成果将对最终阐明视觉皮层-丘脑反馈及非经典感受野在视觉信息的动态处理中的作用具有深刻的理论价值,并为自适应图像增强这一计算机视觉中的基本问题提供全新的思路。
英文摘要
Our brain largely relies on mechanisms of visual corticothalamic feedback and nonclassical receptive field to obtain high-quality visual signals. Integrating the visual feedforward, feedback, and adaptive information processing to establish an image enhancement algorithm by simulating biological vision mechanisms is also a hot topic in the field of computer vision. In this project, we plan to study and simulate the early visual information processing mechanisms from the perspectives of visual corticothalamic feedback, nonclassical receptive field, and local contrast adaptation, based on the various newest findings about the biological vision. The goal is to build an image enhancement model that adapts its parameters according to the local contrast. The new model has the following features: 1) The mechanisms used are in line with the basic experimental conclusions of visual corticothalamic feedback and nonclassical receptive field. 2) It can explain the luminance and contrast adaptation observed at various levels of neurons, and the role of feedback in these phenomena. 3) It can be used to solve a large class of image enhancement problems in complex dynamic scenes. The expected results of this project will have profound theoretical value for finally clarifying the role of visual corticothalamic feedback and nonclassical receptive field in dynamic processing of visual information, and provide new ideas for adaptive image enhancement.
现有成像设备因为复杂的观测环境,动态变化的成像条件,以及成像设备自身固有的缺点而导致图像质量被严重破坏,无法像人的视觉系统那样获得高质量的视觉信号。本项目针对传统方法只能对单一图像降质问题(例如颜色校正、对比度增强、图像融合等)进行建模,而人类视觉系统仅使用一套机制即早期视觉信息处理即可实现复杂动态场景下的视觉信息自适应处理和增强,从模拟视觉皮层-丘脑反馈及非经典感受野机制入手,建立能应用于各种复杂场景视觉信息处理任务的模型。首先,负责人建立了一个全面模拟视觉皮层-丘脑反馈及非经典感受野机制的可见光图像和红外图像融合模型(VIIF)。VIIF模型根据输入的视觉刺激的空间上的局部亮度和对比度信息来控制模拟的视觉神经元的经典感受野和非经典感受野的大小,以及非经典感受野对经典感受野的抑制程度,从而实现从可见光图像和红外图像中自适应的提取显著性特征并融合。其次,负责人建立了一个结合贝叶斯概率推理,自然图像统计,以及非经典感受野的视觉自适应模型,探索性的解释了神经电生理实验观测到的、灵长类(例如猴)V1区神经元对光栅刺激的朝向对比度响应的各种自适应现象,并基于模型结果提出了新的基于先验概率的胜者全得的工作机制来解释上述实验现象。最后,负责人提出了一种结合视网膜->LGN->V1区神经元颜色拮抗和经典感受野机制的无监督STDP学习算法,用于将颜色信息整合到脉冲神经网络(SNN)的学习过程中,从而使得SNN能够同时利用图像的亮度和颜色信息进行学习,有效提升基于SNN的物体识别性能。在项目资助下,发表论文12篇,授权发明专利3项,建立了一个模拟各种复杂天气和成像条件、可用于可见光和红外图像融合和目标检测任务性能测试的机场场面数据集,参加国内外学术会议二十余次。
基于视觉皮层-丘脑反馈及非经典感受野的图像增强算法研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:58万元
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批准年份:2020
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负责人:高绍兵
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依托单位:
基于视觉自适应机理的复杂场景多光源颜色恒常性算法研究
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批准号:61806134
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:27.0万元
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批准年份:2018
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负责人:高绍兵
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依托单位:
国内基金
海外基金