专利名称：仿真假体视觉的光幻视生成装置及其方法
技术领域：
本发明涉及的是一种医疗器械技术领域的装置及其方法，具体是一种仿真假体
视觉的光幻视生成装置及其方法。
背景技术：
视觉的形成需要完整的视觉通路，在视觉通路不同部位受到损伤或发生病变将会导致视力障碍甚至失明，受到人工耳蜗的启发，科技人员希望通过采用视觉假体的方法来修复盲人的视觉功能，通过剌激失明患者视觉系统中仍有部分功能的神经组织的方法，帮助盲人重新获得有意义的视觉，按照植入位置的不同，现今研究的视觉假体基本上可以分为视皮层假体、视神经假体和视网膜假体。研究表明，对视觉通路不同位置如大脑皮层，视神经，视网膜的神经节细胞施加电剌激可以引发光点感受，被称为光幻视，假体视觉是建立在光幻视基础上的，在假体视觉中， 一副视觉图像是由高度相关，彼此隔离的光幻视点组成的。微电极视觉假体通过多点同时引发的光幻视为基础来实现重建视觉的目的。 但是由于假体视觉的研究目前尚处于实验室阶段，不能进行大规模的临床植入实验，因此假体视觉的工效学研究均借助仿真实验进行。正常视力受试者基于仿真假体视觉的心理物理学研究对神经假体装置早期的研究发展有重大意义，可以使假体装置对其植入者来说更实际可行。美国、德国等一些国家的假体视觉研究小组已经证实利用多点同时引发的光幻视来形成可辨识的符号和形状的可能性，研究者对仿真假体视觉模型提出了各种设想。仿真假体视觉的一般设想即是用模拟的光幻视阵列来表示视觉图像。但至今还没有具有统一标准的用于仿真假体视觉的可以生成光幻视阵列图像的装置。
经对现有文献检索发现，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(仿真皮层视觉假体装置下的探测、手眼互动、虚拟运动任务的研究)"一文中，描述了一种用于心理物理学实验的仿真假体视觉装置，由COMS数码摄像机和图像处理滤波器组成。摄像机用于采集图像传输到图像处理滤波器，图像处理滤波器包括光幻视定位及计算对应电极产生光幻视点的阈值，并将该值与预先设定好的四个亮度等级不同的区间进行比对，产生该像素点的亮度，最终生成四个灰度级的像素化图像。目前，在假体视觉领域的许多心理物理学研究都采用与该文献相类似的方法进行光幻视图像的仿真，但存在以下不足光幻视点的参数单一，没有考虑到真实情况中光幻视点的其他特性参数(例如大小、颜色、频率等)；光幻视阵列没有扭曲和缺失的设置，难以模拟假体植入者的真实情况；对图像的处理方法单一，不能够根据图像的信息量特点进行像素化处理。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种仿真假体视觉的光幻视生成装置及其方法。通过将图像分块，并根据各块图像的熵值进行区间划分，在光幻视分布 和光幻视点参数的设置过程中，增加了光幻视队列的扭曲分布和缺失率设置，并分别考 虑了每个光幻视点的形状、大小、对比度、频率和颜色因素，最终得到的仿真结果更接 近实际情况，并可以满足多参数实验的需要。
本发明是通过以下技术方案实现的 本发明涉及的仿真假体视觉的光幻视生成装置包括提供图像模块、光幻视处 理模块和图像显示模块，其中提供图像模块与光幻视处理模块相连传输外部图像信 息，光幻视处理模块与图像显示模块相连传输光幻视调整图像信息，图像显示模块置于 黑暗环境中。
所述的提供图像模块可以是摄像实时采集装置，也可以是存储已有图像的装置。 所述的摄像实时采集装置可以是CCD，也可以是CMOS。 所述的光幻视处理部分包括图像预处理模块和像素化模块，其中图像预处 理模块的输入端与提供图像模块相连传输外部图像信息，图像预处理模块的输出端与像 素化模块的输入端相连传输经过预处理的图像信息，像素化模块的输出端与图像显示模 块相连传输光幻视调整图像信息。 所述的图像预处理模块包括图像调整子模块和熵值区间子模块，其中图像 调整子模块的输入端与提供图像模块相连传输外部图像信息，图像调整子模块的输出端 与熵值区间子模块的输入端相连传输经过降噪、信息简化处理的图像信息，熵值区间子 模块的输出端与像素化模块相连传输经过熵值区间划分的图像信息。
所述的像素化模块包括光幻视分布设置子模块和光幻视点参数设置子模块， 其中图像预处理模块与光幻视分布设置子模块的输入端相连传输经过熵值区间划分的 图像信息，光幻视分布设置子模块的输出端与光幻视点参数设置子模块的输入端相连传 输像素化图像，光幻视点参数设置子模块的输出端与图像显示模块相连传输光幻视调整 图像。 本发明涉及的上述仿真假体视觉的光幻视生成装置的光幻视生成方法，具体步 骤如下 第一步，输入一幅图像信息。
第二步，对输入的图像进行降噪和信息简化处理。 第三步，对原图像按照需要进行分块处理，通过熵值计算得到每个单块图像的 信息量，将各个单块图像按熵值进行区间划分。 第四步，按照需要对每个熵值区间选择光幻视阵列分布，进而调整光幻视阵列 的点缺失率及光幻视点的饱和度，实现光幻视点的随机缺失及相邻光幻视点不同程度的 亮度融合。 所述的光幻视阵列分布包括规则分布和扭曲分布，其中规则分布包括四 边形分布、六边形分布和极坐标分布；扭曲分布是通过空间概率分布函数来计算每个光 幻视点的分布位置，对光幻视点阵列实现扭曲。 第五步，对每个熵值区间的每个光幻视点，分别选择形状、大小、对比度、频 率和颜色的参数设置级别。
第六步，将生成的光幻视调制图像通过图像显示模块进行显示。
与现有技术相比，本发明的有益效果是光幻视点的参数设置分别考虑了形 状、大小、对比度、频率和颜色因素，增加了光幻视队列的扭曲分布和光幻视点缺失率 设置，通过对图像进行熵值区间划分从而对每个区间采用不同参数设置，最终得到的仿 真结果更接近实际情况，并可以满足多参数实验的需要。
图1为本发明构成示意框图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为 前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限 于下述的实施例。 如图1所示，本实施例的仿真假体视觉的光幻视生成装置包括提供图像模块 1、光幻视处理模块2和图像显示模块3，其中所述的光幻视处理模块2包括图像预 处理模块4和像素化模块5，所述的图像预处理模块4包括图像调整子模块6和熵值区 间子模块7，所述的像素化模块5包括光幻视分布设置子模块8和光幻视点参数设置子 模块9。 本实施例提供图像模块1与图像调整子模块6的输入端相连传输外部图像信息， 图像调整子模块6的输出端与熵值区间子模块7的输入端相连传输经过降噪、信息简化处 理的图像，熵值区间子模块7的输出端与光幻视分布设置子模块8的输入端相连传输经过 熵值区间划分的图像信息，光幻视分布设置子模块8的输出端与光幻视点参数设置子模 块9的输入端相连传输像素化图像，光幻视点参数设置子模块9的输出端与图像显示模块 3相连传输光幻视调整图像。 所述的提供图像模块l为摄像实时采集装置，或者存储已有图像的装置。 本实施例提供图像模块l分别为摄像实时采集装置，或者存储已有图像的装
置，技术效果相同。 当采用摄像实时采集装置时，选择CCD或者CMOS，而且分别进行了实施，技 术效果相同。 本实施例光幻视生成方法的具体实施步骤如下 第一步，由CCD采集一幅图像，并将该图像传给光幻视处理模块2。 第二步，图像调整子模块6利用图像处理方法对图像去噪，简化信息量，增强
对比度，改善图像质量。 第三步，熵值区间子模块7对图像进行分块，分别计算每块图像的熵值，最后 得到若干个熵值区间。 第四步，光幻视分布设置子模块8按照需要对每个熵值区间选择光幻视阵列分 布，进而调整光幻视阵列的点缺失率及光幻视点的饱和度，实现光幻视点的随机缺失及 相邻光幻视点不同程度的亮度融合。
所述的光幻视阵列分布包括规则分布和扭曲分布，其中规则分布包括四边形分布、六边形分布和极坐标分布；扭曲分布是通过空间概率分布函数来计算每个光 幻视点的分布位置，对光幻视点阵列实现不同程度的扭曲。 按照需要调整光幻视阵列的点缺失率及光幻视点的饱和度，目的在于模拟实际 视觉假体植入者描述的相邻光幻视点部分重叠以及缺失的情况，以模拟真实植入患者的 视觉感受，饱和度设置是对于位置相邻的光幻视点进行饱和度增加处理，使多个光幻视 点重合或交叠，实现相邻光幻视点不同程度的亮度融合；点缺失率设置可以设置多种参 数，光幻视点按照所设的点缺失率随机缺失。 第五步，对每个熵值区间的每个光幻视点，分别选择形状、大小、对比度、频 率和颜色的参数设置级别，同时可以根据实验要求设置若干个参数不变，也可单独对一 个光幻视点进行参数设置。 根据仿真要求进行形状设置，形状包括实心圆点和高斯点，对于高斯点，可以 选择不同的o值；根据不同的熵值区间进行大小设置，信息量大的图块，点的半径变化 步长减小；根据原有图像的灰度进行对比度选择，信息量大的图块增加灰度级；根据仿 真要求设置频率；根据仿真要求设置颜色。 第六步，将生成的光幻视调制图像通过图像显示模块3进行显示。 本实施例的光幻视点的参数设置分别考虑了形状、大小、对比度、频率和颜色
因素，增加了光幻视队列的扭曲分布和光幻视点缺失率设置，通过对图像进行熵值区间
划分从而对每个区间采用不同参数设置，最终得到的仿真结果更接近实际情况，并可以
满足多参数实验的需要。
权利要求
一种仿真假体视觉的光幻视生成装置，其特征在于，包括提供图像模块、光幻视处理模块和图像显示模块，其中提供图像模块与光幻视处理模块相连传输外部图像信息，光幻视处理模块与图像显示模块相连传输光幻视调整图像信息，图像显示模块置于黑暗环境中。
2. 根据权利要求1所述的仿真假体视觉的光幻视生成装置 像模块为摄像实时采集装置，或者存储已有图像的装置。
3. 根据权利要求2所述的仿真假体视觉的光幻视生成装置时采集装置为CCD，或者CMOS。
4. 根据权利要求1所述的仿真假体视觉的光幻视生成装置处理部分包括图像预处理模块和像素化模块，其中图像预处理模块的输入端与提供 图像模块相连传输外部图像信息，图像预处理模块的输出端与像素化模块的输入端相连 传输经过预处理的图像信息，像素化模块的输出端与图像显示模块相连传输光幻视调整 图像。
5. 根据权利要求4所述的仿真假体视觉的光幻视生成装置，其特征是，所述的图像预处理模块包括图像调整子模块和熵值区间子模块，其中图像调整子模块的输入端与 提供图像模块相连传输外部图像信息，图像调整子模块的输出端与熵值区间子模块的输 入端相连传输经过降噪、信息简化处理的图像，熵值区间子模块的输出端与像素化模块 相连传输经过熵值区间划分的图像。
6. 根据权利要求4所述的仿真假体视觉的光幻视生成装置，其特征是，所述的像素化模块包括光幻视分布设置子模块和光幻视点参数设置子模块，其中图像预处理模块 与光幻视分布设置子模块的输入端相连传输经过熵值区间划分的图像信息，光幻视分布 设置子模块的输出端与光幻视点参数设置子模块的输入端相连传输像素化图像，光幻视 点参数设置子模块的输出端与图像显示模块相连传输光幻视调整图像。
7. —种根据权利要求1所述的仿真假体视觉的光幻视生成装置的光幻视生成方法，其 特征在于，包括步骤如下第一步，输入一幅图像信息；第二步，对输入的图像进行降噪和信息简化处理；第三步，对原图像按照需要进行分块处理，通过熵值计算得到每个图像的信息量， 将各个单块图像按熵值进行区间划分；第四步，按照需要对每个熵值区间选择光幻视阵列分布，进而调整光幻视阵列的点 缺失率及光幻视点的饱和度，实现光幻视点的随机缺失及相邻光幻视点的亮度融合；第五步，对每个熵值区间的每个光幻视点，分别选择形状、大小、对比度、频率和 颜色的参数设置级别；第六步，将生成的光幻视调制图像通过图像显示模块进行显示。
8. 根据权利要求7所述的仿真假体视觉的光幻视生成方法，其特征是，第四步中所述 的光幻视阵列分布包括规则分布和扭曲分布。，其特征是，所述的提供图 ，其特征是，所述的摄像实 ，其特征是，所述的光幻视
全文摘要
本发明提供了一种仿真假体视觉的光幻视生成装置及其方法，包括提供图像模块、光幻视处理模块和图像显示模块，其中提供图像模块与光幻视处理模块相连传输外部图像信息，光幻视处理模块与图像显示模块相连传输光幻视调整图像信息；光幻视生成方法为输入图像、图像预处理、分块并划分熵值区间、对每个熵值区间选择光幻视阵列分布并调整光幻视阵列的点缺失率、对每个光幻视点进行参数设置、图像显示。本发明光幻视点的参数设置分别考虑了形状、大小、对比度、频率和颜色因素，增加了光幻视队列的扭曲分布和光幻视点的缺失率设置，通过对图像进行熵值区间划分从而对每个区间采用不同参数设置，最终得到的仿真结果更接近实际情况，并可以满足多参数实验的需要。
文档编号A61F9/08GK101690687SQ20091019719
公开日2010年4月7日 申请日期2009年10月15日 优先权日2009年10月15日
发明者任秋实, 史静茹, 柴新禹, 赵瑛, 陆燕玉 申请人:上海交通大学