模擬初級(jí)視皮層脈沖神經(jīng)元的動(dòng)作識(shí)別研究.pdf

1、隨著動(dòng)作識(shí)別在視頻監(jiān)控、視頻檢索和人機(jī)接口等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,激起了研究人員極大的研究熱情,且取得了較多的研究成果。然而,由于人體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,個(gè)體之間的差異性,以及行為動(dòng)作的多樣性,使得快速、準(zhǔn)確地識(shí)別動(dòng)作變得十分困難。隨著認(rèn)知科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)的迅速發(fā)展,推動(dòng)了模擬視覺(jué)感知機(jī)理的圖像處理研究,特別是人體動(dòng)作動(dòng)作識(shí)別的研究。雖然近年來(lái)研究人員針對(duì)該應(yīng)用領(lǐng)域的研究,提出了許多基于生物啟發(fā)的人體動(dòng)作識(shí)別的模型,但這些模型仍存在計(jì)算量大、識(shí)別性能

2、不穩(wěn)定的缺憾。因此,為進(jìn)一步探索視覺(jué)感知本身所固有的特性,實(shí)現(xiàn)人體動(dòng)作的準(zhǔn)確、快速識(shí)別,本文模擬視覺(jué)感知系統(tǒng)中視覺(jué)神經(jīng)元的信息處理機(jī)制進(jìn)行動(dòng)作識(shí)別。
　　視覺(jué)信息處理在大腦皮層中形成了信息處理通路,其中致力于運(yùn)動(dòng)信息處理通路中包含有許多區(qū)域,如初級(jí)視皮層(V1)和中顳區(qū)(MT)。雖然有關(guān)運(yùn)動(dòng)模式是在哪個(gè)區(qū)域完成的,仍存在不同的推測(cè),目前大部分圍繞 MT區(qū)展開動(dòng)作識(shí)別的研究,構(gòu)建了很多模型,但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低。為此,本文以視覺(jué)神經(jīng)

3、科學(xué)的研究成果為理論依據(jù),在對(duì)現(xiàn)有的動(dòng)作識(shí)別模型進(jìn)行認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上,圍繞V1區(qū)展開動(dòng)作識(shí)別的研究,得出了初步的研究結(jié)果。
　　首先,給出了模擬初級(jí)視皮層V1中細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)信息檢測(cè)方法。該方法首先以Marr的特征分析理論為基礎(chǔ),采用三維Gabor(3D Gabor)時(shí)空濾波器及其組合分別模擬簡(jiǎn)單、復(fù)雜細(xì)胞的感受野,以此對(duì)視頻圖像進(jìn)行處理,從而獲取對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和方向敏感的運(yùn)動(dòng)信息。
　　其次,提出了無(wú)方向性和有方向性的環(huán)繞抑制模型

4、。根據(jù)V1中無(wú)方向選擇性和有方向選擇性細(xì)胞的環(huán)繞抑制特性,以三維Gabor時(shí)空濾波器中的三維高斯函數(shù)為基函數(shù),構(gòu)造了無(wú)方向和有方向的環(huán)繞抑制模型。通過(guò)該模型,有效地避免視頻圖像中各種背景噪聲對(duì)信息檢測(cè)的影響,保持了運(yùn)動(dòng)信息的完整性。
　　最后,提出了基于脈沖神經(jīng)元平均發(fā)放率分析的運(yùn)動(dòng)特征提取方法。以神經(jīng)脈沖作為信息處理和傳遞的載體,依據(jù)基于電導(dǎo)率的Integrate and Fire(I&F)神經(jīng)元模型,構(gòu)建脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)對(duì)神