继续通向外侧膝状体。另外也有一部分通向上丘。由外侧膝状体发出的纤维称为视放射,最 后到达大脑皮层的枕叶,即纹状区。这是视觉高级中枢部分。这部分受到损伤时会引起视觉 信息分析和综合过程的破环。整个大脑皮层约有101个神经元,其中大约10%在视觉皮层 BIOLOGICAl. VISION SYSTEMS 79 visual ficld Ontic nerve Lateral nuCleu o otlier formatioa nucleus isn!cure心 Visual colex ot the right heailspiu AssOciation cortex 图A.7视觉通路 A2生物视觉信息处理 前一节从生物学的角度介绍了人类视觉系统的组成。以下我们将讨论如果从计算的角度 来研究这个生物图象处理系统将会是怎样的。这时可把视觉系统看成一个黑箱处理器,它的 输入是图象,输出是心理物理学的响应。研究的方法主要是通过神经生理学和心理物理学实 验。首先研究人类视觉系统是如何处理信息幅度的。如同计算机视觉系统那样,人类视觉系 统首先要对信号采样、量化和编码,然后作进一步的处理。信号数字化从本质上看是把信息 从连续的模拟域映射到被采样和量化的数字阵列。人类视觉系统的“数字化器”就是视网膜 阵列。它起的作用就是对输入的图象在时间域和空间域进行采样。这节将讨论生物光接收器 如何进行采样,以及它对以后处理过程的影响。采样过程对人类视觉系统的直接物理影响可 用所谓的人类视觉系统的分辨能力来描述。例如,两条黑色的平行条纹要相隔多远我们才能 把它们区分开?这里有两种研究方法。一种是从空间域,另一种是从频率域。早期的研究仅 限于空间域的方法,而近来提出的输入/输出的频率模型似乎更接近实际情况并得到最新的 实验结果的支持。这些模型导致了关于人类图象处理的非常令人感兴趣的假设 212
212 继续通向外侧膝状体。另外也有一部分通向上丘。由外侧膝状体发出的纤维称为视放射，最 后到达大脑皮层的枕叶，即纹状区。这是视觉高级中枢部分。这部分受到损伤时会引起视觉 信息分析和综合过程的破环。整个大脑皮层约有 1011 个神经元，其中大约 10%在视觉皮层。 图 A.7 视觉通路 A.2 生物视觉信息处理 前一节从生物学的角度介绍了人类视觉系统的组成。以下我们将讨论如果从计算的角度 来研究这个生物图象处理系统将会是怎样的。这时可把视觉系统看成一个黑箱处理器，它的 输入是图象，输出是心理物理学的响应。研究的方法主要是通过神经生理学和心理物理学实 验。首先研究人类视觉系统是如何处理信息幅度的。如同计算机视觉系统那样，人类视觉系 统首先要对信号采样、量化和编码，然后作进一步的处理。信号数字化从本质上看是把信息 从连续的模拟域映射到被采样和量化的数字阵列。人类视觉系统的“数字化器”就是视网膜 阵列。它起的作用就是对输入的图象在时间域和空间域进行采样。这节将讨论生物光接收器 如何进行采样，以及它对以后处理过程的影响。采样过程对人类视觉系统的直接物理影响可 用所谓的人类视觉系统的分辨能力来描述。例如，两条黑色的平行条纹要相隔多远我们才能 把它们区分开？这里有两种研究方法。一种是从空间域，另一种是从频率域。早期的研究仅 限于空间域的方法，而近来提出的输入／输出的频率模型似乎更接近实际情况并得到最新的 实验结果的支持。这些模型导致了关于人类图象处理的非常令人感兴趣的假设
A21视觉信息的空间域处理 A21.感受野( receptive field) 在计算机视觉系统中图象需要经过采样、量化、编码等步骤然后送入下一级作进一步处 理。那么这在人类视觉系统中是如何进行这些处理的呢?物体在眼球中成象以后,在细胞层 次上对信号作处理的是神经节细胞。它所完成的处理与视网膜上的感光细胞在空间上是如何 以所谓“感受野”形式组织起来有关。感受野是指当视网膜上某一特定区域受到光刺激时, 引起视觉通路较高层次上单一神经纤维或单一神经细胞的电反应,这个区域便是该神经纤 维或细胞的感受野。因此,在视觉通路不同层次上的单个细胞都有一定的感受野。这里我们 首先观察出现在形成视束的神经节细胞上的信号,以便研究输入图象在空间是如何被采样 的。更高层次上的细胞的感受野有复杂的几何形状,这便于识别输入图象中特定的图案和特 在探测细胞的感受野时可把微电极插入某一神经节细胞,并用小光点作为刺激来探索和 扫描视网膜,则可以见到在某一区域内给光或撤光可引起这个神经节细胞脉冲发放的增强或 减弱。这个区域就叫做神经节细胞的感受野。对青蛙的感受野的研究发现,大多数感受野呈 圆形,按不同功能可分为三种。如果在给光(或光线增强)时,引起神经节细胞脉冲发放频 率增加,则这种反应称为给光反应(on反应),在感受野图以“+”号表示;如果相反, 给光时无反应,而撤消时引起脉冲发放频率增加,并在撤光以后不保持脉冲发放,则这种反 应叫撤光反应(off反应),用“-”号表示;另外还有一种当给光与撤光时都能引起发放 频率增加,则称为给一撤光反应(on-o反应),用“±”号表示。所以,给光反应的感受 野可以检测照到视网膜上的光线的分布,而撤光反应和给光一撤光反应的感受野则只敏感光 线的变化 "Dif<enter lield 图A8猫的视神经节感受野 对哺乳类动物的感受野的硏究首先从猫开始。κ ufflerl ku 5发现猫的视神经节的感受野虽 然外形也是圆形,但有更复杂的几何结构。它由功能上相互颉顽的两部分,即中心部分和周 边部分组成。有两种感受野:中心部分呈给光反应,而周边部分呈撤光反应的称为给光中心 感受野:中心部分呈撒光反应,而周边部分呈给光反应的称为撤光中心感受野(图A8) 图中右半部分定性地表示了在撤光一给光一撤光过程中各部分的响应特性。 Rodieck65 213
213 A.2.1 视觉信息的空间域处理 A.2.1.1 感受野（receptive field） 在计算机视觉系统中图象需要经过采样、量化、编码等步骤然后送入下一级作进一步处 理。那么这在人类视觉系统中是如何进行这些处理的呢？物体在眼球中成象以后，在细胞层 次上对信号作处理的是神经节细胞。它所完成的处理与视网膜上的感光细胞在空间上是如何 以所谓“感受野”形式组织起来有关。感受野是指当视网膜上某一特定区域受到光刺激时， 引起视觉通路较高层次上单一神经纤维或单一神经细胞的电反应，这个区域便 是该神经纤 维或细胞的感受野。因此，在视觉通路不同层次上的单个细胞都有一定的感受野。这里我们 首先观察出现在形成视束的神经节细胞上的信号，以便研究输入图象在空间是如何被采样 的。更高层次上的细胞的感受野有复杂的几何形状，这便于识别输入图象中特定的图案和特 征。 在探测细胞的感受野时可把微电极插入某一神经节细胞，并用小光点作为刺激来探索和 扫描视网膜，则可以见到在某一区域内给光或撤光可引起这个神经节细胞脉冲发放的增强或 减弱。这个区域就叫做神经节细胞的感受野。对青蛙的感受野的研究发现，大多数感受野呈 圆形，按不同功能可分为三种。如果在给光（或光线增强）时，引起神经节细胞脉冲发放频 率增加，则这种反应称为给光反应（on 反应），在感受野图以“＋”号表示；如果相反， 给光时无反应，而撤消时引起脉冲发放频率增加，并在撤光以后不保持脉冲发放，则这种反 应叫撤光反应（off 反应），用“－”号表示；另外还有一种当给光与撤光时都能引起发放 频率增加，则称为给－撤光反应（on-off 反应），用“±”号表示。所以，给光反应的感受 野可以检测照到视网膜上的光线的分布，而撤光反应和给光—撤光反应的感受野则只敏感光 线的变化。 图 A 8 猫的视神经节感受野 对哺乳类动物的感受野的研究首先从猫开始。Kuffler[Ku 53]发现猫的视神经节的感受野虽 然外形也是圆形，但有更复杂的几何结构。它由功能上相互颉顽的两部分，即中心部分和周 边部分组成。有两种感受野：中心部分呈给光反应，而周边部分呈撤光反应的称为给光中心 感受野；中心部分呈撤光反应，而周边部分呈给光反应的称为撤光中心感受野（图 A.8）。 图中右半部分定性地表示了在撤光—给光—撤光过程中各部分的响应特性。Rodieck[Rod 65]