一、图像视觉特征

图像视觉特征能够有效地描述图像的主题内容,是计算机视觉研究领域的核心内容。图像视觉特征一般包括图像的颜色特征、纹理特征和形状特征等。颜色是图像视觉特征中最重要的特征,也是图像分类和目标识别中最关键的特征之一,通常情况下,颜色具有恒定性,图像的尺寸、方向均不会影响颜色特征,即同一类别下不同颜色的图像具有相似的特征,颜色特征通常采用颜色空间模型来定量描述,常用的颜色空间模型有RGB、HSV、YUV、YIQ、HIS以及La*b*等,可用颜色矩、颜色集、颜色直方图等方法表示颜色特征;纹理特征能够体现图像的空间分布和结构等局部细节特征,通常从图像的结构特征、图像的频谱特征以及统计信息方面描述纹理特征;形状特征体现图像中目标的区域信息,能有效地描述图像的高层特征与底层特征的关系,通常有基于边界和基于区域的图像形状描述方法,即图像边缘检测与提取、图像分割等应用场景。

从视觉神经元感知视觉特征信息的机理来看,位于视皮层V1和V2区的视觉感受野能够对条状或者物像的线条边界、方向、位置及运动信息产生反应。研究表明,视觉神经元细胞的活动与物像的具体特征相对应,如能够对物像的边缘、位置等特征信息进行分析。Hubel等通过实验揭示了视觉皮层中存在线条、边缘等特征分析的神经元,这些作为特征分析的神经元位于不同皮层,能够对不同空间频率的视觉刺激产生差异性的反应[18]。

针对视觉特征的加工处理,早在1980年,Treisman等提出了特征整合理论,认为视觉系统感觉到的外界刺激信息的整合取决于对特征的注意,并且Treisman等随后用大量的实验证实了这一观点[31]。视皮层的顶叶区和额叶区对视觉刺激的加工在对特征的整合中起着重要的作用。针对视觉特征绑定神经机制问题的研究,在2004年,方方课题组在Nature杂志报道了视觉颜色特征和运动错误信息的绑定现象,通过大量的脑电、核磁成像及心理学实验证实,这种视觉特征绑定神经机制能够在视觉系统中长时间诱导主动特征绑定,而规避时空重叠、遗忘或视错觉等因素,对颜色和运动信息的绑定适应能诱发颜色依赖的运动后效。通过相关实验分析可知,视觉特征绑定能够在视觉皮质中完成,同时研究表明,物体的大小错觉特征形成与视皮层V1区的神经元感受野的位置相关,物体所处的三维环境会影响其大小错觉,这一特征也同样在皮质中形成,并且皮质的反馈机制在视觉特征绑定中具有重要的作用。