視覺假體裝置模型建立及視覺信息處理研究.pdf

1、由各種視網(wǎng)膜病變導(dǎo)致的視覺喪失已經(jīng)成為影響人類生活質(zhì)量最為嚴(yán)重的一種殘疾。而隨著信息科學(xué)、微電子技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)等學(xué)科的迅猛發(fā)展與交叉，視覺假體的研究使由于視網(wǎng)膜色素變性(Retinitispigmentosa)和老年性黃斑病變(Age-related macular degeneration)等其它一些眼球、視網(wǎng)膜、視神經(jīng)和視覺皮層病變與損傷所造成失明的視覺修復(fù)成為可能。然而由于人類視覺系統(tǒng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，要在有限密度的微電流刺激器電極陣列

2、下，對失明患者進(jìn)行視神經(jīng)的脈沖電流刺激而使之產(chǎn)生相應(yīng)的光幻視，就產(chǎn)生了客觀世界的場景圖像復(fù)雜，與有限的微電極刺激陣列之間的矛盾。此外，由于微電極刺激陣列的工藝限制，現(xiàn)階段的視覺假體的視野修復(fù)范圍非常有限，從而要求視覺假體裝置具有像人眼那樣按照人的意志靈活轉(zhuǎn)動的功能。
　　為了解決上述問題，本文分別從最小視覺信息需求入手，開展了視覺假體裝置建模與視覺信息的研究，設(shè)計了視覺假體裝置眼動機(jī)構(gòu)的生物、機(jī)械、電子一體化模型，并通過心理物理學(xué)

3、實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評估驗(yàn)證。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)本文通過仿人眼視覺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與性能，進(jìn)行視覺假體裝置的綜合設(shè)計，從仿生的角度出發(fā)，建立了簡化的視覺假體裝置眼動機(jī)構(gòu)，可以根據(jù)人的眼球運(yùn)動而運(yùn)動。此外，從機(jī)器人學(xué)的角度出發(fā)，對視覺假體裝置眼動機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)數(shù)學(xué)建模。從而揭示了我們建立的簡化的視覺假體裝置眼動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)規(guī)律，并研究基于圖形特征對準(zhǔn)的視覺位置信息獲取算法，獲取視覺假體視覺位置信息。
　　(2)由于視覺假體微電極

4、受到制造工藝及手術(shù)上的限制，所植入視神經(jīng)的刺激陣列有限，從而需要將微型攝像機(jī)拍攝的圖像經(jīng)過最小視覺信息聚類分割后提取邊緣輪廓，將盡可能少但足夠的視覺信息映射到微電機(jī)刺激陣列。因此，我們提出從最小視覺信息入手，研究針對解決上述問題的圖像分割算法，獲取視覺形狀信息。
　　(3)本文針對實(shí)際的仿真假體視覺中的像素點(diǎn)表示，提出了基于心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)評估方法，構(gòu)建了假體視覺的心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了評估。基于心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)不但可以

5、在正常人或者部分視力剩余的人群中開展，研究他們對于視覺假體植入者所感受到的視覺環(huán)境適應(yīng)程度，而且還可以用來描述早期時間假體植入者所感知的現(xiàn)象，更好地真實(shí)評估我們提出的視覺信息處理方法的有效性。
　　(4)本文構(gòu)建了半物理仿真假體視覺信息處理系統(tǒng)，展示了半物理仿真假體視覺信息處理系統(tǒng)的整體框架和各個子系統(tǒng)模塊的作用及模擬過程。此外，該系統(tǒng)中的仿真光幻視心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)也同時被用于我們心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，評估我們所獲得的仿真光幻視