專(zhuān)利名稱(chēng)：仿真假體視覺(jué)的光幻視生成裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域的裝置及其方法，具體是一種仿真假體
視覺(jué)的光幻視生成裝置及其方法。
背景技術(shù)：
視覺(jué)的形成需要完整的視覺(jué)通路，在視覺(jué)通路不同部位受到損傷或發(fā)生病變將會(huì)導(dǎo)致視力障礙甚至失明，受到人工耳蝸的啟發(fā)，科技人員希望通過(guò)采用視覺(jué)假體的方法來(lái)修復(fù)盲人的視覺(jué)功能，通過(guò)剌激失明患者視覺(jué)系統(tǒng)中仍有部分功能的神經(jīng)組織的方法，幫助盲人重新獲得有意義的視覺(jué)，按照植入位置的不同，現(xiàn)今研究的視覺(jué)假體基本上可以分為視皮層假體、視神經(jīng)假體和視網(wǎng)膜假體。研究表明，對(duì)視覺(jué)通路不同位置如大腦皮層，視神經(jīng)，視網(wǎng)膜的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞施加電剌激可以引發(fā)光點(diǎn)感受，被稱(chēng)為光幻視，假體視覺(jué)是建立在光幻視基礎(chǔ)上的，在假體視覺(jué)中， 一副視覺(jué)圖像是由高度相關(guān)，彼此隔離的光幻視點(diǎn)組成的。微電極視覺(jué)假體通過(guò)多點(diǎn)同時(shí)引發(fā)的光幻視為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)重建視覺(jué)的目的。 但是由于假體視覺(jué)的研究目前尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，不能進(jìn)行大規(guī)模的臨床植入實(shí)驗(yàn)，因此假體視覺(jué)的工效學(xué)研究均借助仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。正常視力受試者基于仿真假體視覺(jué)的心理物理學(xué)研究對(duì)神經(jīng)假體裝置早期的研究發(fā)展有重大意義，可以使假體裝置對(duì)其植入者來(lái)說(shuō)更實(shí)際可行。美國(guó)、德國(guó)等一些國(guó)家的假體視覺(jué)研究小組已經(jīng)證實(shí)利用多點(diǎn)同時(shí)引發(fā)的光幻視來(lái)形成可辨識(shí)的符號(hào)和形狀的可能性，研究者對(duì)仿真假體視覺(jué)模型提出了各種設(shè)想。仿真假體視覺(jué)的一般設(shè)想即是用模擬的光幻視陣列來(lái)表示視覺(jué)圖像。但至今還沒(méi)有具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的用于仿真假體視覺(jué)的可以生成光幻視陣列圖像的裝置。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Mshant R Srivastava和Philip R Troyk等人所著的"Detection, eye-hand coordination and virtual mobility performance in simulated vision for acortical visual prosthesis device(仿真皮層視覺(jué)假體裝置下的探測(cè)、手眼互動(dòng)、虛擬運(yùn)動(dòng)任務(wù)的研究)"一文中，描述了一種用于心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)的仿真假體視覺(jué)裝置，由COMS數(shù)碼攝像機(jī)和圖像處理濾波器組成。攝像機(jī)用于采集圖像傳輸?shù)綀D像處理濾波器，圖像處理濾波器包括光幻視定位及計(jì)算對(duì)應(yīng)電極產(chǎn)生光幻視點(diǎn)的閾值，并將該值與預(yù)先設(shè)定好的四個(gè)亮度等級(jí)不同的區(qū)間進(jìn)行比對(duì)，產(chǎn)生該像素點(diǎn)的亮度，最終生成四個(gè)灰度級(jí)的像素化圖像。目前，在假體視覺(jué)領(lǐng)域的許多心理物理學(xué)研究都采用與該文獻(xiàn)相類(lèi)似的方法進(jìn)行光幻視圖像的仿真，但存在以下不足光幻視點(diǎn)的參數(shù)單一，沒(méi)有考慮到真實(shí)情況中光幻視點(diǎn)的其他特性參數(shù)(例如大小、顏色、頻率等)；光幻視陣列沒(méi)有扭曲和缺失的設(shè)置，難以模擬假體植入者的真實(shí)情況；對(duì)圖像的處理方法單一，不能夠根據(jù)圖像的信息量特點(diǎn)進(jìn)行像素化處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種仿真假體視覺(jué)的光幻視生成裝置及其方法。通過(guò)將圖像分塊，并根據(jù)各塊圖像的熵值進(jìn)行區(qū)間劃分，在光幻視分布 和光幻視點(diǎn)參數(shù)的設(shè)置過(guò)程中，增加了光幻視隊(duì)列的扭曲分布和缺失率設(shè)置，并分別考 慮了每個(gè)光幻視點(diǎn)的形狀、大小、對(duì)比度、頻率和顏色因素，最終得到的仿真結(jié)果更接 近實(shí)際情況，并可以滿(mǎn)足多參數(shù)實(shí)驗(yàn)的需要。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明涉及的仿真假體視覺(jué)的光幻視生成裝置包括提供圖像模塊、光幻視處 理模塊和圖像顯示模塊，其中提供圖像模塊與光幻視處理模塊相連傳輸外部圖像信 息，光幻視處理模塊與圖像顯示模塊相連傳輸光幻視調(diào)整圖像信息，圖像顯示模塊置于 黑暗環(huán)境中。
所述的提供圖像模塊可以是攝像實(shí)時(shí)采集裝置，也可以是存儲(chǔ)已有圖像的裝置。 所述的攝像實(shí)時(shí)采集裝置可以是CCD，也可以是CMOS。 所述的光幻視處理部分包括圖像預(yù)處理模塊和像素化模塊，其中圖像預(yù)處 理模塊的輸入端與提供圖像模塊相連傳輸外部圖像信息，圖像預(yù)處理模塊的輸出端與像 素化模塊的輸入端相連傳輸經(jīng)過(guò)預(yù)處理的圖像信息，像素化模塊的輸出端與圖像顯示模 塊相連傳輸光幻視調(diào)整圖像信息。 所述的圖像預(yù)處理模塊包括圖像調(diào)整子模塊和熵值區(qū)間子模塊，其中圖像 調(diào)整子模塊的輸入端與提供圖像模塊相連傳輸外部圖像信息，圖像調(diào)整子模塊的輸出端 與熵值區(qū)間子模塊的輸入端相連傳輸經(jīng)過(guò)降噪、信息簡(jiǎn)化處理的圖像信息，熵值區(qū)間子 模塊的輸出端與像素化模塊相連傳輸經(jīng)過(guò)熵值區(qū)間劃分的圖像信息。
所述的像素化模塊包括光幻視分布設(shè)置子模塊和光幻視點(diǎn)參數(shù)設(shè)置子模塊， 其中圖像預(yù)處理模塊與光幻視分布設(shè)置子模塊的輸入端相連傳輸經(jīng)過(guò)熵值區(qū)間劃分的 圖像信息，光幻視分布設(shè)置子模塊的輸出端與光幻視點(diǎn)參數(shù)設(shè)置子模塊的輸入端相連傳 輸像素化圖像，光幻視點(diǎn)參數(shù)設(shè)置子模塊的輸出端與圖像顯示模塊相連傳輸光幻視調(diào)整 圖像。 本發(fā)明涉及的上述仿真假體視覺(jué)的光幻視生成裝置的光幻視生成方法，具體步 驟如下 第一步，輸入一幅圖像信息。
第二步，對(duì)輸入的圖像進(jìn)行降噪和信息簡(jiǎn)化處理。 第三步，對(duì)原圖像按照需要進(jìn)行分塊處理，通過(guò)熵值計(jì)算得到每個(gè)單塊圖像的 信息量，將各個(gè)單塊圖像按熵值進(jìn)行區(qū)間劃分。 第四步，按照需要對(duì)每個(gè)熵值區(qū)間選擇光幻視陣列分布，進(jìn)而調(diào)整光幻視陣列 的點(diǎn)缺失率及光幻視點(diǎn)的飽和度，實(shí)現(xiàn)光幻視點(diǎn)的隨機(jī)缺失及相鄰光幻視點(diǎn)不同程度的 亮度融合。 所述的光幻視陣列分布包括規(guī)則分布和扭曲分布，其中規(guī)則分布包括四 邊形分布、六邊形分布和極坐標(biāo)分布；扭曲分布是通過(guò)空間概率分布函數(shù)來(lái)計(jì)算每個(gè)光 幻視點(diǎn)的分布位置，對(duì)光幻視點(diǎn)陣列實(shí)現(xiàn)扭曲。 第五步，對(duì)每個(gè)熵值區(qū)間的每個(gè)光幻視點(diǎn)，分別選擇形狀、大小、對(duì)比度、頻 率和顏色的參數(shù)設(shè)置級(jí)別。
第六步，將生成的光幻視調(diào)制圖像通過(guò)圖像顯示模塊進(jìn)行顯示。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是光幻視點(diǎn)的參數(shù)設(shè)置分別考慮了形 狀、大小、對(duì)比度、頻率和顏色因素，增加了光幻視隊(duì)列的扭曲分布和光幻視點(diǎn)缺失率 設(shè)置，通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行熵值區(qū)間劃分從而對(duì)每個(gè)區(qū)間采用不同參數(shù)設(shè)置，最終得到的仿 真結(jié)果更接近實(shí)際情況，并可以滿(mǎn)足多參數(shù)實(shí)驗(yàn)的需要。


圖1為本發(fā)明構(gòu)成示意框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為 前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限 于下述的實(shí)施例。 如圖1所示，本實(shí)施例的仿真假體視覺(jué)的光幻視生成裝置包括提供圖像模塊 1、光幻視處理模塊2和圖像顯示模塊3，其中所述的光幻視處理模塊2包括圖像預(yù) 處理模塊4和像素化模塊5，所述的圖像預(yù)處理模塊4包括圖像調(diào)整子模塊6和熵值區(qū) 間子模塊7，所述的像素化模塊5包括光幻視分布設(shè)置子模塊8和光幻視點(diǎn)參數(shù)設(shè)置子 模塊9。 本實(shí)施例提供圖像模塊1與圖像調(diào)整子模塊6的輸入端相連傳輸外部圖像信息， 圖像調(diào)整子模塊6的輸出端與熵值區(qū)間子模塊7的輸入端相連傳輸經(jīng)過(guò)降噪、信息簡(jiǎn)化處 理的圖像，熵值區(qū)間子模塊7的輸出端與光幻視分布設(shè)置子模塊8的輸入端相連傳輸經(jīng)過(guò) 熵值區(qū)間劃分的圖像信息，光幻視分布設(shè)置子模塊8的輸出端與光幻視點(diǎn)參數(shù)設(shè)置子模 塊9的輸入端相連傳輸像素化圖像，光幻視點(diǎn)參數(shù)設(shè)置子模塊9的輸出端與圖像顯示模塊 3相連傳輸光幻視調(diào)整圖像。 所述的提供圖像模塊l為攝像實(shí)時(shí)采集裝置，或者存儲(chǔ)已有圖像的裝置。 本實(shí)施例提供圖像模塊l分別為攝像實(shí)時(shí)采集裝置，或者存儲(chǔ)已有圖像的裝
置，技術(shù)效果相同。 當(dāng)采用攝像實(shí)時(shí)采集裝置時(shí)，選擇CCD或者CMOS，而且分別進(jìn)行了實(shí)施，技 術(shù)效果相同。 本實(shí)施例光幻視生成方法的具體實(shí)施步驟如下 第一步，由CCD采集一幅圖像，并將該圖像傳給光幻視處理模塊2。 第二步，圖像調(diào)整子模塊6利用圖像處理方法對(duì)圖像去噪，簡(jiǎn)化信息量，增強(qiáng)
對(duì)比度，改善圖像質(zhì)量。 第三步，熵值區(qū)間子模塊7對(duì)圖像進(jìn)行分塊，分別計(jì)算每塊圖像的熵值，最后 得到若干個(gè)熵值區(qū)間。 第四步，光幻視分布設(shè)置子模塊8按照需要對(duì)每個(gè)熵值區(qū)間選擇光幻視陣列分 布，進(jìn)而調(diào)整光幻視陣列的點(diǎn)缺失率及光幻視點(diǎn)的飽和度，實(shí)現(xiàn)光幻視點(diǎn)的隨機(jī)缺失及 相鄰光幻視點(diǎn)不同程度的亮度融合。
所述的光幻視陣列分布包括規(guī)則分布和扭曲分布，其中規(guī)則分布包括四邊形分布、六邊形分布和極坐標(biāo)分布；扭曲分布是通過(guò)空間概率分布函數(shù)來(lái)計(jì)算每個(gè)光 幻視點(diǎn)的分布位置，對(duì)光幻視點(diǎn)陣列實(shí)現(xiàn)不同程度的扭曲。 按照需要調(diào)整光幻視陣列的點(diǎn)缺失率及光幻視點(diǎn)的飽和度，目的在于模擬實(shí)際 視覺(jué)假體植入者描述的相鄰光幻視點(diǎn)部分重疊以及缺失的情況，以模擬真實(shí)植入患者的 視覺(jué)感受，飽和度設(shè)置是對(duì)于位置相鄰的光幻視點(diǎn)進(jìn)行飽和度增加處理，使多個(gè)光幻視 點(diǎn)重合或交疊，實(shí)現(xiàn)相鄰光幻視點(diǎn)不同程度的亮度融合；點(diǎn)缺失率設(shè)置可以設(shè)置多種參 數(shù)，光幻視點(diǎn)按照所設(shè)的點(diǎn)缺失率隨機(jī)缺失。 第五步，對(duì)每個(gè)熵值區(qū)間的每個(gè)光幻視點(diǎn)，分別選擇形狀、大小、對(duì)比度、頻 率和顏色的參數(shù)設(shè)置級(jí)別，同時(shí)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)置若干個(gè)參數(shù)不變，也可單獨(dú)對(duì)一 個(gè)光幻視點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。 根據(jù)仿真要求進(jìn)行形狀設(shè)置，形狀包括實(shí)心圓點(diǎn)和高斯點(diǎn)，對(duì)于高斯點(diǎn)，可以 選擇不同的o值；根據(jù)不同的熵值區(qū)間進(jìn)行大小設(shè)置，信息量大的圖塊，點(diǎn)的半徑變化 步長(zhǎng)減??；根據(jù)原有圖像的灰度進(jìn)行對(duì)比度選擇，信息量大的圖塊增加灰度級(jí)；根據(jù)仿 真要求設(shè)置頻率；根據(jù)仿真要求設(shè)置顏色。 第六步，將生成的光幻視調(diào)制圖像通過(guò)圖像顯示模塊3進(jìn)行顯示。 本實(shí)施例的光幻視點(diǎn)的參數(shù)設(shè)置分別考慮了形狀、大小、對(duì)比度、頻率和顏色
因素，增加了光幻視隊(duì)列的扭曲分布和光幻視點(diǎn)缺失率設(shè)置，通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行熵值區(qū)間
劃分從而對(duì)每個(gè)區(qū)間采用不同參數(shù)設(shè)置，最終得到的仿真結(jié)果更接近實(shí)際情況，并可以
滿(mǎn)足多參數(shù)實(shí)驗(yàn)的需要。
權(quán)利要求
一種仿真假體視覺(jué)的光幻視生成裝置，其特征在于，包括提供圖像模塊、光幻視處理模塊和圖像顯示模塊，其中提供圖像模塊與光幻視處理模塊相連傳輸外部圖像信息，光幻視處理模塊與圖像顯示模塊相連傳輸光幻視調(diào)整圖像信息，圖像顯示模塊置于黑暗環(huán)境中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿真假體視覺(jué)的光幻視生成裝置 像模塊為攝像實(shí)時(shí)采集裝置，或者存儲(chǔ)已有圖像的裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿真假體視覺(jué)的光幻視生成裝置時(shí)采集裝置為CCD，或者CMOS。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿真假體視覺(jué)的光幻視生成裝置處理部分包括圖像預(yù)處理模塊和像素化模塊，其中圖像預(yù)處理模塊的輸入端與提供 圖像模塊相連傳輸外部圖像信息，圖像預(yù)處理模塊的輸出端與像素化模塊的輸入端相連 傳輸經(jīng)過(guò)預(yù)處理的圖像信息，像素化模塊的輸出端與圖像顯示模塊相連傳輸光幻視調(diào)整 圖像。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿真假體視覺(jué)的光幻視生成裝置，其特征是，所述的圖像預(yù)處理模塊包括圖像調(diào)整子模塊和熵值區(qū)間子模塊，其中圖像調(diào)整子模塊的輸入端與 提供圖像模塊相連傳輸外部圖像信息，圖像調(diào)整子模塊的輸出端與熵值區(qū)間子模塊的輸 入端相連傳輸經(jīng)過(guò)降噪、信息簡(jiǎn)化處理的圖像，熵值區(qū)間子模塊的輸出端與像素化模塊 相連傳輸經(jīng)過(guò)熵值區(qū)間劃分的圖像。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿真假體視覺(jué)的光幻視生成裝置，其特征是，所述的像素化模塊包括光幻視分布設(shè)置子模塊和光幻視點(diǎn)參數(shù)設(shè)置子模塊，其中圖像預(yù)處理模塊 與光幻視分布設(shè)置子模塊的輸入端相連傳輸經(jīng)過(guò)熵值區(qū)間劃分的圖像信息，光幻視分布 設(shè)置子模塊的輸出端與光幻視點(diǎn)參數(shù)設(shè)置子模塊的輸入端相連傳輸像素化圖像，光幻視 點(diǎn)參數(shù)設(shè)置子模塊的輸出端與圖像顯示模塊相連傳輸光幻視調(diào)整圖像。
7. —種根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿真假體視覺(jué)的光幻視生成裝置的光幻視生成方法，其 特征在于，包括步驟如下第一步，輸入一幅圖像信息；第二步，對(duì)輸入的圖像進(jìn)行降噪和信息簡(jiǎn)化處理；第三步，對(duì)原圖像按照需要進(jìn)行分塊處理，通過(guò)熵值計(jì)算得到每個(gè)圖像的信息量， 將各個(gè)單塊圖像按熵值進(jìn)行區(qū)間劃分；第四步，按照需要對(duì)每個(gè)熵值區(qū)間選擇光幻視陣列分布，進(jìn)而調(diào)整光幻視陣列的點(diǎn) 缺失率及光幻視點(diǎn)的飽和度，實(shí)現(xiàn)光幻視點(diǎn)的隨機(jī)缺失及相鄰光幻視點(diǎn)的亮度融合；第五步，對(duì)每個(gè)熵值區(qū)間的每個(gè)光幻視點(diǎn)，分別選擇形狀、大小、對(duì)比度、頻率和 顏色的參數(shù)設(shè)置級(jí)別；第六步，將生成的光幻視調(diào)制圖像通過(guò)圖像顯示模塊進(jìn)行顯示。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的仿真假體視覺(jué)的光幻視生成方法，其特征是，第四步中所述 的光幻視陣列分布包括規(guī)則分布和扭曲分布。，其特征是，所述的提供圖 ，其特征是，所述的攝像實(shí) ，其特征是，所述的光幻視
全文摘要
本發(fā)明提供了一種仿真假體視覺(jué)的光幻視生成裝置及其方法，包括提供圖像模塊、光幻視處理模塊和圖像顯示模塊，其中提供圖像模塊與光幻視處理模塊相連傳輸外部圖像信息，光幻視處理模塊與圖像顯示模塊相連傳輸光幻視調(diào)整圖像信息；光幻視生成方法為輸入圖像、圖像預(yù)處理、分塊并劃分熵值區(qū)間、對(duì)每個(gè)熵值區(qū)間選擇光幻視陣列分布并調(diào)整光幻視陣列的點(diǎn)缺失率、對(duì)每個(gè)光幻視點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、圖像顯示。本發(fā)明光幻視點(diǎn)的參數(shù)設(shè)置分別考慮了形狀、大小、對(duì)比度、頻率和顏色因素，增加了光幻視隊(duì)列的扭曲分布和光幻視點(diǎn)的缺失率設(shè)置，通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行熵值區(qū)間劃分從而對(duì)每個(gè)區(qū)間采用不同參數(shù)設(shè)置，最終得到的仿真結(jié)果更接近實(shí)際情況，并可以滿(mǎn)足多參數(shù)實(shí)驗(yàn)的需要。
文檔編號(hào)A61F9/08GK101690687SQ20091019719
公開(kāi)日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月15日
發(fā)明者任秋實(shí), 史靜茹, 柴新禹, 趙瑛, 陸燕玉 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)