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人工视觉假体映像信息处理模型

中国组织工程研究与临床康复 2009年第30期13卷 5835-5839页

作者：苟先太刘金李广军胡建斌金炜东西南交通大学电气工程学院四川省成都市610031 四川省医学科学院眼科研究所四川省成都市610072

人工视觉是目前生物医学工程、组织工程及计算机科学等领域的热门研究课题。通过在视觉通路的不同部位植入视觉假体使盲人恢复部分视觉功能是目前人工视觉领域主要的研究方法。尽管已有人工视觉相关的研究成果发表,但往往只是粗略地说... 详细信息

人工视觉是目前生物医学工程、组织工程及计算机科学等领域的热门研究课题。通过在视觉通路的不同部位植入视觉假体使盲人恢复部分视觉功能是目前人工视觉领域主要的研究方法。尽管已有人工视觉相关的研究成果发表,但往往只是粗略地说明由视景图像进行编码给出微电极刺激信号,几乎没有对信息处理模型部分的具体介绍。视觉映像的信息处理机制是人工视觉研究中最重要的基础工作和核心技术之一,提出一个能根据反馈信息进行自适应调整的视觉信息处理系统模型尤为重要。文章在阐述人类视觉信息获取及处理原理的基础上,提出一种人工视觉映像信息处理模型。然后详细阐述这一模型在学习训练阶段和应用阶段的系统结构和关键技术。

关键词：人工视觉视觉假体模型图形编码视神经映射

人工视觉用聚酰亚胺薄膜电极的生物相容性及电刺激对神经胶质细胞的影响

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人工视觉用聚酰亚胺薄膜电极的生物相容性及电刺激对神经胶质细胞...

作者：陈巍复旦大学

学位级别：硕士

1.目的人工视觉是指由植入视觉假体产生电信号,刺激并激活视觉系统,从而使失明或濒临失明的患者重新获得部分有用视力。我国则于2005年批准了首个“973”项目,对人工视觉功能修复的基础理论与关键科学开展研究。先期,我们应用计算机技... 详细信息

1.目的人工视觉是指由植入视觉假体产生电信号,刺激并激活视觉系统,从而使失明或濒临失明的患者重新获得部分有用视力。我国则于2005年批准了首个“973”项目,对人工视觉功能修复的基础理论与关键科学开展研究。先期,我们应用计算机技术,已初步成功重建了大鼠视神经内微血管的三维模型,确定了视觉假体电极接入视神经的最佳窗口。而生物相容性则是决定视觉假体材料是否能应用于临床的先决条件之一,本课题从神经胶质细胞的体外培养入手,参照有关标准采用了多种生物学试验方法,研究视神经胶质细胞与聚酰亚胺薄膜电极的黏附性及生物相容性、最佳体外电脉冲刺激参数,为人工视觉假体材料的植入及刺激参数的选择提供实验依据。 2.方法本研究采用植块培养方法获得大鼠的视神经胶质细胞,用免疫荧光染色方法对细胞进行鉴定,选用传至3-5代的细胞用于生物相容性进行检测。通过制备聚酰亚胺薄膜电极浸提液,用CCK-8法检测其细胞毒性,计算细胞相对增殖率,并绘制细胞增值曲线。采用6级毒性分级法评价材料毒性,即0级为≥100%;1级为75%～99%;2级为50%～74%;3级30%～49%;4级为15%～29%;5级0～14%。将细胞接种在底部放置有聚酰亚胺薄膜电极材料的培养板,分别于第1,3,5,24小时观察细胞贴壁程度,检测其短期黏附性;将聚酰亚胺薄膜电极固定在培养板的底壁,接种剪碎的视神经组织块或经传代的视神经胶质细胞,倒置显微镜和扫描电镜下观察细胞在聚酰亚胺薄膜电极上的黏附及生长情况。建立电刺激神经胶质细胞体外模型,观察脉冲电流对神经胶质细胞生物学特性的影响。 3.结果体外培养视神经组织块至第6-10天,可见细胞从组织块中爬出,多为长梭形,呈束状或条索状排列,核呈圆形或卵圆形。细胞培养9-14天后进行传代,经过3-5代扩增后,应用免疫荧光染色显示95%以上细胞为GFAP阳性。 CCK-8法检测聚酰亚胺薄膜电极浸提液的细胞毒性,其OD值和细胞RGR与完全培养液比较差异不具有显著性,且表现出较高的细胞增殖率,浸提液组细胞毒性级为0-1级,即无细胞毒性作用,且随着培养时间的延长,细胞毒性趋于0级。短期黏附测试显示接种1、3小时薄膜电极组黏附性低于空白对照组,而接种5小时后,薄膜电极组与空白对照组比较差异无显著性意义,表明随时间的延长薄膜电极组的黏附性增加。聚酰亚胺薄膜电极表面的细胞黏附生长良好,该材料对体外培养的细胞形态无损害,对细胞的生长和增值均无明显抑制作用。扫描电镜下神经胶质细胞紧密贴附在材料表面,铺展良好并连接成片。将电脉冲刺激的电压与宽度分别固定为2.4V与5ms,给神经胶质细胞施以不同频率的刺激,发现当频率为10Hz时,脱落和死亡细胞较多,而当频率为1Hz则较少,两者之间的差异具有显著性(P<0.05),提示当刺激频率越低,对细胞的影响则越小。 4.结论原代混合胶质细胞的培养纯化后,获得的星形胶质细胞纯度较高、活力较好,达到生物相容性测试要求。通过体外实验证实,聚酰亚胺薄膜电极与视神经胶质细胞有较好的黏附性和生物相容性,是一种优良的视神经植入材料。建立的体外电脉冲刺激模型能够使薄膜电极有效的对细胞产生刺激作用,并能使细胞在持续培养条件下受到薄膜电极电场的刺激,因而具有通用性。由于预设刺激方案是在体条件下响应的刺激参数,用此参数测试时发现细胞在各种频率下均有脱落和死亡,因此有必要对参数进行进一步的筛选。

关键词：人工视觉视觉假体视神经神经胶质细胞细胞培养聚酰亚胺电极生物相容性电刺激

一种用于人工视觉弥补的计算成像模型及其评价

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中国图象图形学报 2006年第10期11卷 1480-1486页

作者：李若楠张旭东清华大学电子工程系北京100084

本文基于正在起步的人工视觉技术,在人工视觉成像模型研究以及模拟评价实验开展的基础上,提出一种基于显著性局部特征生成的像素化成像模型,并设计主观评价打分模拟实验来考察这一模型的性能。实验结果初步证实,这一模型能够向受试者优... 详细信息

本文基于正在起步的人工视觉技术,在人工视觉成像模型研究以及模拟评价实验开展的基础上,提出一种基于显著性局部特征生成的像素化成像模型,并设计主观评价打分模拟实验来考察这一模型的性能。实验结果初步证实,这一模型能够向受试者优先呈现原始图像中的特征显著区域,因而使受试者主观感受到更加丰富的视觉信息。从而,该模型能够为这一新兴领域的发展提供参考。

关键词：人工视觉像素化视觉显著性特征主观评价实验

基于人工视觉的运动成绩校对标准器的嵌入式设计

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现代电子技术 2018年第2期41卷 60-62,67页

作者：曾红武彭丽重庆医科大学医学信息学院重庆400016

针对传统校对标准器一直存在嵌入式设计不准确的问题,提出基于人工视觉的运动成绩校对标准器的嵌入式设计。硬件采用ARM处理器代替传统的大型换算处理器、嵌入式待换机以及集成电源电路;软件上利用人工视觉进行反汇编视觉模型设计,通过... 详细信息

针对传统校对标准器一直存在嵌入式设计不准确的问题,提出基于人工视觉的运动成绩校对标准器的嵌入式设计。硬件采用ARM处理器代替传统的大型换算处理器、嵌入式待换机以及集成电源电路;软件上利用人工视觉进行反汇编视觉模型设计,通过设计的反汇编视觉模型能够进行运动成绩的分项标准测定,优化寄存代码计算,对设计的视觉模型标准化进行了标准限定。为了验证设计的基于人工视觉的嵌入式运动成绩校对标准器的有效性,模拟应用环境进行仿真试验,通过实验的数据分析,有效地证明了设计的基于人工视觉的嵌入式运动成绩校对标准器的有效性。

关键词：人工视觉运动成绩校对嵌入式标准器集成电路源 ARM处理器分项标准

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电刺激脑皮质人工视觉现状

国外医学（生物医学工程分册） 1989年第4期12卷 218-222页

作者： Girvin J P 翁铭庆

一、刺激视皮质的早期观察刺激醒觉人大脑视皮质的最早观察见于二十世纪二十年代德国神经外科学家的报告。点状刺激一侧视皮质则在对侧视野产生静止的点状光觉。其后Penfield及其同事在深入研究中也获得同样结果。五十年代。

关键词：人工视觉电刺激脑皮质

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基于DSP的人工视觉图像处理系统

基于DSP的人工视觉图像处理系统

作者：喻玮上海交通大学

学位级别：硕士

人类认识世界所需信息的70%以上来自视觉。全球有超过1亿8000万人患有视觉疾病,其中有4500万是失明,根据中国残联统计数据,在2006年,我国约有877万人有视觉功能障碍。建立机器与生物体的和谐接口,用人造器官替代人体受损的器官,恢复系... 详细信息

人类认识世界所需信息的70%以上来自视觉。全球有超过1亿8000万人患有视觉疾病,其中有4500万是失明,根据中国残联统计数据,在2006年,我国约有877万人有视觉功能障碍。建立机器与生物体的和谐接口,用人造器官替代人体受损的器官,恢复系统功能一直是医学界所面临的一个重要的科学问题与实现目标。研究人工视觉假体来恢复盲人视觉功能也是当今科学界面临的挑战之一,其可行性已被欧美科学家所证实。本文是国家973项目《视觉功能修复的基础理论与相关科学问题研究》的人工视觉图像处理部分,本文首先提出了基于TMS320DM642人工视觉图像处理系统的解决方案。系统采用体积小、功耗低、像素低的CMOS图像传感器作为图像捕获设备,一方面满足了人工视觉无需太高像素的要求,一方面低功耗、小体积为摄像头植入眼内提供了可能。随后,本文介绍了汉字识别的人工视觉仿真实验,为视觉假体图像处理系统的设计提供理论支持。接着,论文着重讨论了人工视觉领域的图像处理的限制及对策,制定了合理的符合第一代视觉假体需要的图像处理流程,并且在基于DM642的人工视觉处理系统上对图像处理流程进行了效果评估及改进。最后,论文对人工视觉图像算法在DM642上进行了性能评估及初步的优化,结果表明所设计系统完全能满足第一代视觉假体需要。

关键词：人工视觉 DM642 图像处理

基于图像显著性的人工视觉下图像处理算法研究

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基于图像显著性的人工视觉下图像处理算法研究

作者：张羽婷上海海洋大学

学位级别：硕士

眼睛是人类感知世界的窗口。失明不仅会给患者的生活带来很多麻烦,也会给家庭带来生活方面的压力。为了减轻盲人生活上的麻烦、家庭的痛苦以及社会的压力,实现盲人复明势在必行。以原发性老年黄斑变性与视网膜色素变性为代表的神经性视... 详细信息

眼睛是人类感知世界的窗口。失明不仅会给患者的生活带来很多麻烦,也会给家庭带来生活方面的压力。为了减轻盲人生活上的麻烦、家庭的痛苦以及社会的压力,实现盲人复明势在必行。以原发性老年黄斑变性与视网膜色素变性为代表的神经性视网膜疾病目前仍然没有有效的手术或药物治疗方法。针对以上疾病,视网膜假体通过对视觉通路中视网膜的某个位点施加电刺激来取代受损、病变的神经元,从而在一定程度上恢复盲人的功能性视觉。然而,由于现阶段可植入电极数量非常有限,导致假体设备能够提供的外界信息大量损失。因此通过在假体设备中的视觉信息处理模块引入适当的图像处理算法,以优化有限分辨率下的光幻视阵列所表达的信息,是解决以上问题的一种可行方法。目前,用于提高视网膜假体设备性能的图像处理算法在仿真人工视觉条件下得到了广泛的研究。然而,为了得到更佳的感兴趣区域信息表达,大多数算法因复杂的计算过程并不能实现实时处理,局限了其实际应用的可能性。为了满足假体植入者日常生活中的应用需求,对于采集图像信息的实时处理和优化表达是必要的因素。针对以上问题,本研究主要利用了人类视觉感知系统非常敏感的亮度对比,作为人工视觉下感兴趣区域信息提取的基本特征,提出了一种实时的图像处理算法。结合颜色空间变换处理,利用基于图像全局亮度对比的显著性计算的算法,获得采集图像中的显著物体检测结果。在此基础上,为了获得更为准确的显著物体信息,本文进一步提出了“视觉注意力仿真处理”模型。该模型基于人眼的视觉特性理论,利用高斯滤波器自适应地提取最显著区域。从而过滤掉因前景增强而出现的背景噪点,同时补全了仅使用全局亮度对比显著性计算中缺失的前景信息,有效地提取了图像中显著性的信息。本研究工作同时开展了针对所提出的改进的全局亮度对比计算算法的系列评估实验。首先,通过两个公开基准图像数据库以定量和定性的方式综合评估了本文算法,评估结果验证了算法在提取图像显著性信息方面与其他算法对比的优越性,同时测试了算法的处理时间。另一方面,本研究在视网膜假体人工视觉仿真实验平台上实现了改进显著性计算的算法,选取假体植入者日常接触物体的图片作为实验素材,并招募被试开展人工视觉仿真实验。实验结果表明,较之于未引入图像处理和基本的全局亮度对比显著性计算的算法,本文提出的改进算法优化了人工视觉下信息表达,能够提高仿真环境中人工视觉条件下被试的物体识别效率。上述研究工作的开展为该算法在视网膜假体设备中的进一步应用提供一定的参考,为视网膜假体植入者的术后视觉功能的康复训练提供了重要的实验理依据。

关键词：视网膜假体人工视觉图像处理图像显著性

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基于人工视觉技术的太赫兹天线设计与研究

基于人工视觉技术的太赫兹天线设计与研究

作者：高科北京邮电大学

学位级别：硕士

在科学发展给人类带来极大便利的21世纪,视觉残疾患者和盲人由于视觉受损,不能通过视觉感知世界以充分享受美好的生活,视觉疾患给有关家庭带来的不只是生活的艰辛更是心灵的伤痛。把快速发展的先进太赫兹天线技术应用到人工视觉修复系... 详细信息

在科学发展给人类带来极大便利的21世纪,视觉残疾患者和盲人由于视觉受损,不能通过视觉感知世界以充分享受美好的生活,视觉疾患给有关家庭带来的不只是生活的艰辛更是心灵的伤痛。把快速发展的先进太赫兹天线技术应用到人工视觉修复系统的研制上,为失明者重获视力带来新的希望,具有重大的社会价值和广阔的应用前景。为了更好地实现太赫兹天线技术与人工视觉系统结合,本文主要研究内容如下：1.人工视觉修复系统的理论研究调研国内外人工视觉修复技术与应用,研究了人工视觉修复系统的组成结构、类型划分和关键技术,采用将THz天线技术应用于人工视觉系统视觉信号提取前端的方式提升了系统性能。2.太赫兹天线理论研究通过基础天线理论的学习,了解到天线各项参数的实际意义。在太赫兹天线的设计过程中采用了反射面技术、频率选择表面(FSS)技术和阵列技术,提升了太赫兹天线的性能。3.新型THz天线设计采用基于FDTD算法的电磁设计软件优化天线结构,设计出几款新型的太赫兹天线,可以满足人工视觉修复系统对于天线小型化、轻量化、高效率的要求。为实现对传统金属波导开槽天线的轻量化改进我们设计出介质集成波导开槽天线,中心工作频率位于88.4GHz,-10dB通带宽度为16.4GHz,最大定向性为13dBi。同时由于波导部分的介质对于电磁波传输损耗较小,天线的整体辐射效率比金属波导天线有所提升。利用贴片型频率选择阵列的带阻特性设计了频率选择表面结构反射面天线,在抛物面反射增强单侧辐射强度聚合波束的基础上有选择的透射电磁波,使得天线的辐射效率提升,天线的反射系数也得到一定程度改善。我们设计了中心工作频率为101GHz,-10dB通带宽度为6GHz,反射系数深达-50dB的太赫兹天线。利用靠近开口处短路板的设计思想我们设计了波导宽边馈电角锥喇叭天线,在增强天线的辐射效率的基础上缩减了天线的整体尺寸。其工作频率为88.5GHz,-10dB通带宽度为17.9GHz,相对带宽高达20.2%,最大定向性为16.5dBi。采用可与人体共生的生物陶瓷为基底,其上覆盖仿生钛合金蝶形结构,设计了可植入眼底陶瓷贴片蝴蝶形天线,工作于0.224THz,-10dB带宽为11.6GHz,最大定向性为11.8dBi。4.加工测试两款天线基于以上几款天线的设计和国内加工及测试条件,利用微机械精密加工技术实现了波导开槽天线和波导宽边馈电角锥喇叭天线的制作,使用矢量网络分析仪测试了天线的反射系数,并与仿真测试结果做了横向比对,仿真和测试结果具有一定吻合度。本论文为把太赫兹天线技术结合至人工视觉修复系统提供了参考依据,对未来太赫兹天线技术的实际应用具有重要的指导意义。

关键词：人工视觉视觉假体太赫兹天线

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人工视觉带来复明希望

中国高校科技 2001年第12期 45-47页

作者：文执

美国一个视网膜修复技术研究小组的工作人员正在进行一项帮助失明者恢复视觉的研究计划, 他们的这项研究计划试图利用向眼内植入集成电路芯片的方法来帮助失明者恢复视觉哈里·沃尔利是一名色素性视网膜炎患者。这种疾病在他还很年轻... 详细信息

美国一个视网膜修复技术研究小组的工作人员正在进行一项帮助失明者恢复视觉的研究计划, 他们的这项研究计划试图利用向眼内植入集成电路芯片的方法来帮助失明者恢复视觉哈里·沃尔利是一名色素性视网膜炎患者。这种疾病在他还很年轻的时候就夺去了他的五彩生活。他的儿子已经13岁了,但他只隐约记得儿子3岁时的样子。

关键词：视网膜修复大脑皮层芯片电冲动人工视觉视觉信号铁路信号视觉中枢微电极眼内神经细胞