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视觉假体铂铱合金微电极阵列的电场分析

上海交通大学学报 2010年第9期44卷 1282-1286页

作者：隋晓红韩兆龙邵轶彬周岱任秋实上海交通大学生命科学技术学院上海200240 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

采用有限元法研究用于视神经视觉假体铂铱合金微电极阵列的电场分布情况,在单极和双极电流刺激条件下,分析不同长度微电极的空间电场分布,通过在体动物实验验证了铂铱合金微电极阵列在体工作的有效性.结果表明,经过100μA的单极和双极... 详细信息

采用有限元法研究用于视神经视觉假体铂铱合金微电极阵列的电场分布情况,在单极和双极电流刺激条件下,分析不同长度微电极的空间电场分布,通过在体动物实验验证了铂铱合金微电极阵列在体工作的有效性.结果表明,经过100μA的单极和双极电流刺激后,铂铱合金电极的最大电场强度均发生在电极材料和绝缘材料的交界处.以电场强度最大点为原点,单极和双极电流刺激的有效半径分别约为21和24μm.

关键词：铂铱合金(Pt/Ir)微电极有限元法视神经视觉假体电场分布

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视觉假体中动态图像识别研究

计算机工程与应用 2018年第23期54卷 162-169页

作者：赵瑛耿秀琳李琦蒋广琪谷宇内蒙古科技大学信息工程学院内蒙古包头014010 上海大学计算机工程与科学学院上海200444

为了确定低分辨率动态图像识别的最小信息需求,通过灰度化、二值化、边缘提取和匹配不同的仿真光幻视模板等处理策略将绘画过程视频处理为五种分辨率(24×24,32×32,48×48,64×64和128×128)的像素化动态视频,对其进行视频复杂度分析,... 详细信息

为了确定低分辨率动态图像识别的最小信息需求,通过灰度化、二值化、边缘提取和匹配不同的仿真光幻视模板等处理策略将绘画过程视频处理为五种分辨率(24×24,32×32,48×48,64×64和128×128)的像素化动态视频,对其进行视频复杂度分析,并使用简化的Itti算法提取特征点来分类有效信息,记录并统计分析不同分辨率下的被试者识别时间以及识别准确率。实验结果表明,随着不同分辨率下的视频复杂度的升高,识别时间逐渐减少,识别准确率不断升高;动态视频的像素化分辨率越高,识别所需特征信息越少,当视频像素化分辨率达到64×64或128×128时,被试者只需少量特征信息即可完成识别。

关键词：视觉假体视频复杂度识别时间识别准确率特征点提取

视觉假体图像处理中降采样算法的优化设计与评估

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中国医疗器械杂志 2013年第1期37卷 33-36页

作者：古陨吴开杰雷旭平吴昊柴新禹上海交通大学生物医学工程学院上海市200240

对视觉假体图像处理系统的实时性分析表明,降采样环节的运算量是影响图像处理实时性的重要因素。为此,提出了基于间隔抽样均值的降采样算法,并以区域均值降采样算法为参照,统计分析了间隔抽样参数对图像处理效果和算法复杂度的影响。研... 详细信息

对视觉假体图像处理系统的实时性分析表明,降采样环节的运算量是影响图像处理实时性的重要因素。为此,提出了基于间隔抽样均值的降采样算法,并以区域均值降采样算法为参照,统计分析了间隔抽样参数对图像处理效果和算法复杂度的影响。研究表明,在处理效果无显著差异的前提下,间隔抽样均值算法可以使降采样环节的运算量降低90%以上。

关键词：视觉假体图像处理降采样实时处理

基于深度学习实例分割的人工假体视觉行动能力障碍避免研究

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基于深度学习实例分割的人工假体视觉行动能力障碍避免研究

作者：朱海怡上海海洋大学

学位级别：硕士

视觉是人类认识环境的重要途径,视觉功能丧失是人类最严重的残障之一,导致患者生活质量严重降低。根据当前的医疗水平,一些视网膜发生永久性病变的疾病如原发性老年黄斑变性与视网膜色素变性尚不能通过药物或手术的方式进行治疗。因此,... 详细信息

视觉是人类认识环境的重要途径,视觉功能丧失是人类最严重的残障之一,导致患者生活质量严重降低。根据当前的医疗水平,一些视网膜发生永久性病变的疾病如原发性老年黄斑变性与视网膜色素变性尚不能通过药物或手术的方式进行治疗。因此,视觉假体设备被提出,并逐渐发展完善,经过临床试验,走向商业市场,成为一种可行的视觉替代方案,为视觉修复研究领域提供解决手段。但由于受到体内微电极阵列电极数目的限制,只能呈现出分辨率较低的图像,因而其引发的视觉感受所能传达的信息非常有限。为了优化视觉假体诱发的视觉感受,面向一定的视觉任务提供更有用的信息,需要研究可行的图像处理方法,提升视觉假体植入者的视觉体验。室外环境下的行动能力障碍避免是植入者要面对的重要的日常视觉功能。本研究工作面向视网膜假体人工视觉的图像处理,提出针对室外环境下的场景信息表达方法,提取场景中对假体植入者执行障碍避免任务最有用的信息,帮助植入者更有效地在室外环境下的移动活动中解决障碍避免问题。论文主要开展了以下几个方面的工作:1、研究人工智能领域基于深度学习的实例分割方法,选择满足研究问题和应用场景的单阶段实例分割模型SOLO作为本论文工作的基础方法,并通过自建数据集对模型进行训练和测试。自建的盲道及障碍物数据集包含了实拍及数据增强得到的2060张盲道及障碍物的图片。模型经过75个epoch的迭代后收敛,经摄像头测试,训练后的模型满足实验的分割精度和实时性需求。2、面向室外场景中的行动任务,针对人工视觉条件下的障碍物避免问题,基于SOLO实时且精准的实例掩膜分割,提出了三种图像增强优化表达策略。分别是对室外场景下的盲道和障碍物的掩膜增强(Mask Pixelation,MP)、对盲道和障碍物的掩膜进行边缘提取(Mask Edge Pixelation,MEP)、对盲道进行边缘提取,对障碍物掩膜隔帧闪烁(Obstacle Mask Blink with Blind sidewalk Mask Edge Pixelation,OMB-BME)。3、结合轻型头戴式设备、微型摄像装置及移动工作站,构建了仿真视网膜假体人工视觉系统,并基于该系统在盲道设施健全的人行道上实地开展了仿真人工假体视觉下的障碍避免实验。实验为三种图像增强优化策略和作为对照组的直接低像素化(DP)仿真策略设置了三类不同避障难度的实验场景:场景一为没有障碍物的盲道;场景二为有个别障碍物(1-3个)零星分布在盲道周围;场景三为大量障碍物(4-10个)遍布盲道周围。12位被试在仿真人工视觉条件下参与实验任务,测试每次避障实验所需的时长、被试与障碍物发生碰撞的次数、被试在避障过程中犹豫和停顿的次数。并请被试从对避障任务的助益及呈现的视觉感受方面对图像处理策略进行了主观评价。通过ANOVA单因素方差分析和最小显著性差异法LSD对实验数据进行分析,证明了本研究提出的三种图像增强优化策略对于提升被试避障的速度、减少被试与障碍物碰撞的次数与停顿次数上均有着显著改善。其中MP与OMB-BME策略对于上述三个因素的改善程度没有显著差异,而被试在MEP策略影响下,避障速度、碰撞和停顿的次数结果均有显著的改善,且被试主观评价反馈最佳。实验结果表明,MEP策略对场景关键物体的边缘信息的提取能够进一步简化场景信息,分割出避障任务中被试感兴趣的关键信息,准确定位障碍物的位置,优化被试在室外场景下的障碍避免表现。本研究提出的基于实例分割的视网膜假体图像优化表达策略,均能达到障碍避免实验的分割精度及实时性要求,并通过仿真实验证明了其能够简化场景信息,提取行动导航任务中的障碍物信息,帮助视觉假体植入者更有效地完成室外场景下的障碍避免任务,为视网膜假体设备中图像处理模块的发展提供一定的设计思路和实验参考。

关键词：视觉假体仿真人工假体视觉深度学习 SOLO实例分割障碍避免

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视觉假体中能量无线传输系统设计

视觉假体中能量无线传输系统设计

作者：吴米雪西安理工大学

学位级别：硕士

视觉假体是人工恢复视觉的一种重要手段,它将体外采集到的图像信息通过皮肤信道无线传输到体内,植入体内的刺激器根据接收到的信息控制电极阵列产生微电流,刺激未受损的神经元产生光幻视,在一定程度上恢复患者的视力。而体内植入的刺激... 详细信息

视觉假体是人工恢复视觉的一种重要手段,它将体外采集到的图像信息通过皮肤信道无线传输到体内,植入体内的刺激器根据接收到的信息控制电极阵列产生微电流,刺激未受损的神经元产生光幻视,在一定程度上恢复患者的视力。而体内植入的刺激器需要稳定地供能才能正常工作,因此需要为视觉假体设计能量传输单元。本文基于线圈互感耦合原理,设计了一种可植入、无污染、高效率的经皮能量无线传输系统,应用于视神经视觉假体装置中为其稳定供能。本文的研究内容包括:第一,体外能量发送和体内能量接收电路的整体设计,搭建电路并采用Multisim 10.0.1软件仿真验证能量无线传输系统功能,得到体内接收电路的参数。第二,将体内能量接收电路转换为可集成的有源单元,基于SMIC 0.18μm CMOS工艺,利用Cadence Spectre软件设计有源全波整流器、BUCK DC-DC转换器来提高能量无线传输效率和系统稳定性。第三,利用LSK调制解调原理,采用Multisim 10.0.1软件设计体内数据反向传输单元,并在体外添加解调电路,对植入体的信息进行实时监测。实验结果显示,系统可为体内刺激器提供稳定的0.9V直流工作电压,以及最高20mA的负载电流。在弱耦合的条件下,系统的能量传输效率达35.1%。本文所设计的视觉假体能量无线传输系统避免了有线传输引起的生物组织感染、皮肤穿孔等问题,提高了能量传输效率,对视觉假体的能量传输方式研究有一定的参考意义。

关键词：视觉假体有源全波整流器 BUCK DC-DC 传输效率 LSK

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视觉假体及信息优化研究

中华物理医学与康复杂志 2017年第4期39卷 317-320页

作者：赵瑛翟璐耿秀琳谷宇内蒙古科技大学信息工程学院包头014010 上海大学计算机工程与科学学院

人们从外界接收的信息有70％以上来自视觉，这使得视觉成为人们认识客观世界及独立进行日常生活的先决条件。然而，对于老龄化、病变和意外事故等原因引发的视力受损或失明，目前仍缺乏有效的治疗措施。受到人工耳蜗的启发，科学家们研... 详细信息

人们从外界接收的信息有70％以上来自视觉，这使得视觉成为人们认识客观世界及独立进行日常生活的先决条件。然而，对于老龄化、病变和意外事故等原因引发的视力受损或失明，目前仍缺乏有效的治疗措施。受到人工耳蜗的启发，科学家们研制了恢复视觉的植入式电子设备，也就是视觉假体。其通过对视觉通路（视网膜、视神经以及视皮层等）的完好部位施加特定的人工电刺激而诱发出“光幻视”，使盲人产生视觉感受。主要包括图像采集、信息处理、传递及植入式神经刺激器、微电极阵列等几部分；外部图像传感器采集图像，经信号处理、编码形成模式化的电刺激脉冲并传递给微电极，刺激视网膜、视神经或者视皮层，使佩戴者能够感知外界信息（如图1所示）。

关键词：视觉假体信息优化医学研究视网膜

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视觉假体微电极阵列的发展与研究现状

上海交通大学学报 2009年第7期43卷 1047-1051,1056页

作者：邵轶彬隋晓红任秋实上海交通大学生命科学技术学院上海200240

针对用于视觉修复的微电极,根据其植入部位(视网膜、视神经、视皮层以及脉络膜上腔和视盘等),分别介绍了国内外各主要研究小组的最新进展及其特点,讨论了设计和制作微电极阵列的关键问题和面临的挑战,对视觉假体微电极阵列用于临床实验... 详细信息

针对用于视觉修复的微电极,根据其植入部位(视网膜、视神经、视皮层以及脉络膜上腔和视盘等),分别介绍了国内外各主要研究小组的最新进展及其特点,讨论了设计和制作微电极阵列的关键问题和面临的挑战,对视觉假体微电极阵列用于临床实验具有一定的推动作用.

关键词：微电极阵列视觉假体视网膜视神经视皮层

视觉假体中基于E类功率放大电路的无线能量与数据传输

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中国医疗器械杂志 2011年第4期35卷 239-242,245页

作者：刘博吴开杰吴小贝柴新禹上海交通大学生物医学工程上海市200240

介绍了一种基于E类功率放大电路的无线传输装置,通过电磁耦合的方式,为人工视觉假体的体内装置传输能量与数据。该装置采用调制深度为25%、载波频率为10MHz的幅移键控调制,通过一对耦合线圈同时传输能量与数据,减小了装置的体积,提高了... 详细信息

介绍了一种基于E类功率放大电路的无线传输装置,通过电磁耦合的方式,为人工视觉假体的体内装置传输能量与数据。该装置采用调制深度为25%、载波频率为10MHz的幅移键控调制,通过一对耦合线圈同时传输能量与数据,减小了装置的体积,提高了可植入性。实验表明,该装置能同时为16通道微刺激器提供足够的能量,同时不归零码的传输速率可达到2Mbps。

关键词： E类功率放大电路 ASK调制能量与数据无线传输视觉假体

视觉假体中小波边缘检测算法的VLSI结构设计

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视觉假体中小波边缘检测算法的VLSI结构设计

作者：李刊西安理工大学

学位级别：硕士

视觉系统是人类最为重要的感知器官。经研究发现,大部分盲人都只是在视觉通路上部分发生病变,这就为视觉假体的研究奠定了生理基础。视觉假体技术属于功能点刺激技术的一种,通过在盲人眼中植入微电极阵列来刺激其视觉通路中未受损伤的部... 详细信息

视觉系统是人类最为重要的感知器官。经研究发现,大部分盲人都只是在视觉通路上部分发生病变,这就为视觉假体的研究奠定了生理基础。视觉假体技术属于功能点刺激技术的一种,通过在盲人眼中植入微电极阵列来刺激其视觉通路中未受损伤的部分,产生光幻视。但目前视觉假体技术受低分辨率、光幻视的不稳定性以及光幻视延时等问题的限制,这就需要通过图像预处理在少量的像素点下实时为盲人提供识别物体的主要信息。边缘是图像信息最集中的部分,盲人通过对边缘图像的识别能保证基本的视觉感受。而小波分析是近年来逐渐兴起的热门信号处理方法,其良好的时频局部分析的特性以及多尺度多分辨率思想在图像处理中具有高度的应用价值。本文在小波变换的理论基础上设计了基于提升小波的边缘检测算法。重点设计了基于FPGA的提升小波变换VLSI电路结构,提出了一种9输入的并行计算电路,保证了少量像素点的边缘连续性,并在每级变换的高频运算中加入阈值截取,提取出更为精细的边缘曲线。论文中首先在MATLAB软件上设计算法并对各类边缘提取算法的效果进行对比分析,之后详细设计介绍了算法的硬件电路并对算法各个模块进行RTL级设计及仿真,最后通过CMOS摄像头、SDRAM存储器、VGA显示器等搭建视频处理系统来对算法进行系统级验证。本文设计的提升小波运算属于整数域的运算,具有同址计算、相比传统小波速度更快、易重构等适合硬件实现的特性,并在视频流处理的过程中围绕SDRAM进行分时复用,在提取出较为准确的边缘信息的同时能够满足视觉假体所需求的分辨率大小的视频实时传输,丰富了视觉假体图像处理的研究内容。

关键词：视觉假体提升小波 VLSI