視覺顏色恒常和自適應性計算模型與應用研究.pdf

1、視覺是我們獲取外部信息的最主要方式。理解生物視覺系統(tǒng)的信息處理機制能夠幫助我們更好地理解大腦的工作原理。視覺自適應性是視覺系統(tǒng)的最重要特性之一，視覺自適應性使得我們能夠在復雜的動態(tài)環(huán)境下，保持對外部世界的可靠感知；其中的視覺顏色恒常性則讓我們能夠穩(wěn)定地感知外部世界的真實顏色。本文以計算視覺理論為基礎，通過模擬生物視覺系統(tǒng)的信息處理機制和外部刺激(如自然圖像)的統(tǒng)計特性，以及場景中的光源、物體和視覺系統(tǒng)三者之間的交互作用，來發(fā)展有效的計算

2、機視覺方法，為視覺顏色恒常和自適應性提供可行的理論計算框架和假設。
　　本文第一部分工作研究單光源條件下的視覺顏色恒常性(第二章)。其中的第一個貢獻是，我們通過模擬初級視覺皮層中的雙拮抗神經(jīng)元機制，發(fā)現(xiàn)雙拮抗神經(jīng)元對一幅色偏圖像的響應有效地包含了場景光源顏色的信息?；诖税l(fā)現(xiàn)，我們提出雙拮抗神經(jīng)元通過編碼場景中的光源顏色來幫助視覺系統(tǒng)實現(xiàn)顏色恒常性。
　　本文關于單光源下視覺顏色恒常性的第二個貢獻是，通過對大量的自然圖像進行

3、統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，通過局部圖像塊估計的反射率之和與標準無色偏圖像的反射率之和的比值具有統(tǒng)計不變性(statistical invariance)。基于此統(tǒng)計性約束和圖像的物理成像模型，我們提出三通道估計誤差不變性(Achromatic-Estimation-Invariance,achroEI)的假設，并將其用于從一幅色偏圖像中快速地估計出場景的光源顏色。
　　本文第二部分(第三章)工作研究多光源條件下的視覺顏色恒常性。該工作的主要貢

4、獻是，提出了一個基于視覺機制的多光源顏色恒常性模型。我們假設自底向上(bottom-up)的視覺信息處理機制提供一個粗糙的，但快速的光源顏色圖估計傳導到高級視覺區(qū)域(比如V4)，而自頂向下的機制(top-down)，比如光源先驗則進一步對經(jīng)過自底向上處理所傳導過來的視覺信號進行約束，獲得更精確的光源顏色估計。
　　本文的第三部分(第四章)工作研究不同相機(或視覺)顏色響應函數(shù)下的視覺顏色恒常性問題。我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的基于學習的顏色恒

5、常性模型的泛化能力非常有限，無法直接應用于多相機下的顏色恒常性。本文首次提出，在建立顏色恒常性模型的時候同時考慮相機的顏色響應函數(shù)和場景光源顏色的影響，我們的模型能夠更準確地恢復出場景的真實顏色。
　　本文的第四部分(第五章)工作研究視覺自適應性問題。我們通過模擬自然圖像中的非線性統(tǒng)計規(guī)律(homogeneity和heterogeneity)建立模型，發(fā)現(xiàn)大腦中存在著一個由經(jīng)典感受野和非經(jīng)典感受野組成的動態(tài)神經(jīng)元網(wǎng)絡，它是大腦處理