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专利号: 2020100493273
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于视觉机制暗边缘增强的轮廓检测方法,其特征在于,该方法具体包括以下步骤:步骤1:模拟视网膜暗视野调节机制,对输入图像I(x,y)进行处理,得到暗视野调节响应Irod(x,y);首先获取图像I(x,y)的亮度通道L(x,y),计算L(x,y)归一化后的局部亮度平均值Lavg(x,y);然后利用改进的Sigmoid函数对Lavg(x,y)进行激活约束,计算得到尺度参数σ(x,y),具体如式(1)~(4)所示;

式中(x,y)表示图像的二维坐标,(xm,yn)表示图像局部窗口Sxy,以(x,y)为中心原点,d为窗长,r=(d‑1)/2为半径内的坐标位置,m,n∈[1,d];ω(xm,yn)为Sxy内的余弦权重函数;

为窗口Sxy内的权重总和,mean(·)和max(·)分别表示均值计算和均值集合的最大值计算,∪表示Sxy内的像素集合,×表示乘法运算,下同;以d为步长,计算亮度通道L(x,y)在各Sxy内的均值,取均值的极大值,记为Lmax;

再采用归一化的去中心高斯函数 与Sxy内的I(xm,yn)相乘求和,得到调节因子Wrod(x,y),将其与输入图像I(x,y)融合得到暗视野调节响应Irod(x,y),具体如式(5)~(7)所示:其中Imax和Imin分别为I(x,y)的最大值与最小值;

步骤2:根据神经节细胞以及更高级组织细胞的经典感受野的朝向特性,引入二维高斯导函数,计算单尺度条件下的初级轮廓响应E1(x,y),以及多尺度条件下的全局轮廓信息E2(x,y);具体实现过程如下:首先计算Irod(x,y)在Nθ个朝向方位下的神经节经典感受野响应ei(x,y;θi,σCRF),取所有方位的最大值得到初级轮廓响应E1(x,y),具体如式(8)~(10)所示:E1(x,y)=max{ei(x,y;θi,σCRF)|i=1,2,...,Nθ}           (10)式中 |·|表示取绝对值运算,g表示二维高

斯函数,下同;σCRF表示神经节细胞经典感受野的单尺度,γ表示感受野的椭圆率,θi表示经典感受野的第i个朝向,max(·)表示计算最大方位响应,*为卷积运算符,下同;

然后考虑视通路经典感受野的多尺度特性,计算Irod(x,y)在Nσ个尺度下的Nθ个朝向方位响应eij(x,y;θi,σj),其中θi和σj分别表示经典感受野的第i个朝向和第j个尺度;接着利用主成分分析法对eij(x,y;θi,σj)进行降维处理,提取i×j个成分分量Ps,并取Ps的最大值,得到具有多尺度多朝向特征的全局轮廓信息E2(x,y),如式(11)和(12)所示:E2(x,y)=max(Ps|s=1,2,...,i×j)        (12)s表示成分分量的序号;

步骤3:视觉信息流传递至外膝体时,在非经典感受野的侧抑制作用下,引入神经元的稀疏特性,实现对初级轮廓响应E1(x,y)的背景纹理协同抑制;具体实现过程如下:首先计算初级轮廓响应E1(x,y)的稀疏度sparsity(x,y)和变异系数cv(x,y),将两者融合后达到刻画强纹理区域的作用,如式(13)~(15)所示:f(x,y)=sparsity(x,y)×cv(x,y)                (15)2

其中δ(x,y)和μ(x,y)分别表示局部窗口Sxy内E1(x,y)的方差和均值, 表示为局部窗口Sxy内的直方图,n是 的维度,||·||p指p范数,f(x,y)为E1(x,y)强纹理区域的稀疏表达式;

然后采用各向同性抑制方法减弱纹理,如式(16)所示:

+

式中DoG(x,y)表示高斯差函数,经半波整流后得到DoG(x,y);b(x,y)表示纹理抑制项,由初级轮廓响应E1(x,y)与距离抑制权重 卷积获得;

最后计算得到经纹理抑制后的轮廓信息C(x,y;α),如式(17)所示:其中α表示对纹理的抑制强度,取值范围为[0,1],resize表示双线性插值运算;

步骤4:对步骤3的轮廓信息C(x,y;α)进行神经元动态传递编码,并经动态突触Wsynapse传递至初级视皮层V1区,获得输出响应IV1(x,y);具体实现过程如下:首先利用考虑绝对不应期的LIF漏放电积分模型,对C(x,y;α)进行脉冲频率编码,计算得到脉冲激励响应IFires(x,y);

然后构建微动信息快速整合模型,抑制弱纹理区域神经脉冲发放,如式(18)和(19)所示:式中 表示微动信息的神经元响应,θi表示由pi和qi所确定的8个微动方向,pi和qi的可能取值对为{(1,0),(1,1),(0,1),(‑1,1),(‑1,0),(‑1,‑1),(0,‑1),(1,‑1)},[·]表示向下取整,dx和dy分别代表水平和竖直方向的微动量,默认设置为5个像素大小,Imove(x,y)表示微动信息整合后的脉冲频率响应;

针对神经元间动作电位序列的相互关系,采用适应性动态突触Wsynapse(x,y)将脉冲响应Imove(x,y)传递至V1区,如式(20)和(21)所示:IV1(x,y)=Imove(x,y)*Wsynapse(x,y)          (21)式中,Wconst表示突触权重常量,默认设置为1,(xc,yc)表示群体感受野中心神经元位置,|Imove(x,y)‑Imove(xc,yc)|表示群体感受野周边神经元与中心神经元的脉冲频率差异,ΔImove表示群体感受野内脉冲频率响应的最大差值,IV1(x,y)表示V1区的响应输出;

步骤5:计算经跨视区前馈融合后的轮廓响应;具体实现过程如下:将步骤2得到的初级轮廓响应E1(x,y)直接前馈至V1区后,与全局轮廓信息E2(x,y)融合后,将步骤4得到的脉冲响应IV1(x,y)进一步融合,从而得到最终轮廓响应,记为SE(x,y),如式(22)所示:SE(x,y)=(E1(x,y)+E2(x,y))×IV1(x,y)  (22)。