谈细胞基于生物特性视网膜外网膜层建模与并行化仿真

论文导读：
摘要：视网膜外网膜层主要负责为人眼视觉系统获取外界信息、对视觉信息进行第一次预处理,把处理后的视觉信息传输给视网膜内网膜层,最终传输到大脑进行识别。视网膜外网膜层由三层不同种类的细胞构成,分别为：光感细胞层、水平细胞层、双极细胞层。本论文探讨的重点是在充分考虑视网膜的生理学数据以及生理学特性的情况下,建立起了生理学作用的视网膜外网膜层模型并对模型进行并行化仿真。本论文首先依据生理学数据,建立了视网膜层外网膜层各层细胞的数学模型,比较逼真地建立了视网膜外网膜层的模型。视网膜外网膜层各层细胞的模型包括：视锥细胞连续分布模型、视锥细胞的光适应性模型、视锥细胞的空间滤波模型、水平细胞的空间滤波模型、双极细胞感受野模型。视锥细胞连续分布模型依据在区视锥细胞的密度非常高,随着视网膜的离心度的增加视锥细胞的密度快速的减少的特性而建立。视锥细胞的光适应性模型由视锥细胞的明适应性、暗适应性和稳态适应性相结合而形成。水平细胞的空间滤波模型依据H1、H2、H3型水平细胞选择性地接收R、G、B型视锥细胞以及这三种视锥细胞空间高斯滤波权重的不同而建立。依据双极细胞的种类建立了侏儒双极细胞和弥散双极细胞的模型,并考虑了双极细胞的感受野随着离心率的增大而逐渐增大的特性,建立了双极细胞的空间滤波模型。本论文接着依据建立起的视网膜外网膜层的模型,设计了视网膜外网膜层并行化仿真软件系统。根据仿真系统的要求,本论文选择Baumer公司的EXG50C型彩色相机获取外界信息和NVIDIA公司的GEFORCE310M显卡作为视觉信息的处理芯片。为了克服仿真中庞大细胞数量带来巨大计算量的不足,本论文利用统一计算设备架构(CUDA)并行算法在英伟达显卡中实现了视网膜外网膜层的视觉信息的并行处理,实验证明其很好地满足了实时性的要求。虽然本论文的仿真系统不能直接运用于临床医疗,但本论文模型的建立可以验证生理学上的一些假设,同时对于视网膜假体的改善以及仿生人眼系统的建立也具有指导作用。关键词：视网膜论文并行化仿真论文建模论文视锥细胞论文水平细胞论文双极细胞论文
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ABSTRACT7-11
第1章 绪论11-15

1.1 探讨背景与作用11-12

1.2 国内外探讨近况12-13

1.3 本论文工作和探讨目的13-14

1.4 本论文结构14-15

第2章 视网膜外网膜层结构及并行化计算15-22

2.1 光感细胞15-17

2.2 水平细胞17

2.3 双极细胞17-19

2.4 并行化仿真介绍19-21

2.5 本章小结21-22

第3章 基于生理学特性的视网膜外网膜层的建模22-40

3.1 视锥细胞层建模22-32

3.

1.1 基于生理学数据视锥细胞分布函数的确定22-24

3.

1.2 视锥细胞的光适应性建模24-28

3.

1.3 基于视锥细胞空间分布函数的输出28-32

3.2 水平细胞层建模32-34
3.

2.1 水平细胞输出32-34

3.

2.2 水平细胞的返回抑制34

3.3 双极细胞层建模34-38

3.1 侏儒双极细胞的建模35-36

3.2 弥散双极细胞的建模36-38

3.4 视网膜外网膜层的输出38-39

3.5 本章小结39-40

第4章 基于CUDA的视网膜外网膜层仿真40-59

4.1 仿真平台的软、硬件40-42

4.2 视锥细胞的仿真及结论42-51

4.

2.1 视锥细胞分布仿真42-44

4.

2.2 视锥细胞稳态反应仿真44-46

4.

2.3 视锥细胞明、暗适应性仿真46-49

4.

2.4 视锥细胞的输出仿真49-51

4.3 水平细胞的仿真及结论51-53

4.4 双极细胞的仿真及结论53-55

4.1 侏儒双极细胞仿真53-54

4.2 弥散双极细胞仿真54-55

4.5 视网膜外网膜层输出55-57

4.6 CUDA仿真时间优势57

4.7 本章小结57-59

第5章 模型生理学验证与浅析59-64

5.1 人眼动态感应特性59-60

5.2 简单的彩色还原60-61

5.3 同心圆拮抗性及细胞的连接特性验证61-62

5.4 本章小结62-64

第6章 总结与展望64-66

6.1 论文结论64

6.2 展望64-66

参考文献66-70
攻读学位期间发表的学术论文目录70-71
致谢71