一种视皮层非经典感受野的模型

第33卷第2期燕山大学学报V ol.33No.2 2009年3月Journal of Yanshan University Mar.2009

0引言

人类视觉通路上各层次的神经细胞，由简单到复杂，它们所处理的信息，分别对应于视网膜上的一个局部区域，层次越深入，该区域就越大，这就是著名的感受野（receptive field）等级假设；感受野其外部的周边区域称之为非经典感受野（non-classical receptive field），它对感受野具有调制的作用。心理物理学的研究表明，对某一局部图形特征的感受会受到周围图形特征的影响，这种视觉感知结果和对在主视觉皮层中的神经细胞做的神经生理测量的结果是一样的。这些研究表明，一个具有方向选择的视觉神经元如果被它周围外加的另外的方向刺激，那么此神经元对它所对应的经典感受野的刺激将会减少[1]。神经心理学家把这种现象称作非经典感受野抑制[2-3]，在视觉皮层中大约80％的方向选择性细胞具有这种抑制效果，约30％的方向选择性细胞，周边刺激的方向与最优中心感受野的方向是正交时具有比跟它一样方向的刺激有更弱的抑制效果。

Grigorescu等人[4]将非经典感受野抑制分为各向异性抑制和各向同性抑制，考虑中心感受野与对应的非经典感受野具有相同方向的刺激时才产生抑制作用，或非经典感受野中所有方位的刺激对中心感受野都产生相同的抑制效果；Papari[5]构造一个中心环境的高斯差分（DoG）函数作为一个环形的抑制区域，这样的做法可能导致轮廓成分的相互抑制，破坏轮廓的完整性；文献[6]中改进了抑制区域，以感受野轴向两侧的两个半圆环作为非经典感受野的抑制区域，但没有考虑感受野中心与周边非经典感受野区域最优响应的相位差角度关系；桑农[7]等人采用一种蝶形模拟感受野两侧的周边环境抑制，但此模型在对图像中的纹理边界或区域边缘仍然具有抑制作用。本文以李朝义、邱芳土等人[8]提出的多数神经元的感受野大外周抑制区域呈椭圆形，其长度稍大于宽度为基础，考虑非经典感受野抑制区域与对应中心感受野的角度关系，并将非经典感受野区域设计成两个半椭圆环来建立模型。

1计算模型

1.1感受野的响应

视网膜上的光感受器（杆体细胞和锥体细胞）通过接受光并将它转换为输出神经信号而来影响许多神经节细胞、外膝状体细胞以及视觉皮层中的神经细胞；反过来，大多数神经细胞的输出都依赖

文章编号：1007-791X(2009)02-0109-05

一种视皮层非经典感受野的模型

窦燕，王柳锋，孔令富*

（燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛066004）

摘要：根据视觉信息加工过程中视皮层细胞非经典感受野对中心感受野区域具有抑制作用的生物机制，提出了一种模拟该机制的模型。用Gabor能量作为感受野响应，以高斯差分函数为基础构造两个具有方向的半椭圆环来作为非经典感受野区域，设计中心感受野与周边抑制区域的相位差权重函数来模拟非经典感受野的抑制机制。实验结果与这种生理特性相一致。

关键词:感受野；非经典感受野；Gabor能量；自抑制

中图分类号：TP391文献标识码：A

收稿日期：2008-09-05基金项目：国家高技术研究发展计划（2006AA04Z212）

作者简介：窦燕（1968-），女，陕西西安人，博士研究生，副教授，主要研究方向为机器视觉和模式识别；*通讯作者：孔令富（1957-），男，吉林公主岭人，教授，博士生导师，主要研究方向为机器视觉、智能信息处理、并联机器人、自动控制，Email：lfkong@ 。

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