机器视觉的研究是个有挑战性又非常有实用价值的研究课题。近年来，由于科学技术及研究方法的不断发展和进步，视觉信息的研究成为图像处理、人工智能、模式识别、神经生理学、认知心理学、自动化及计算机等众多学科的研究热点。生物（包括人类自身）的视觉系统是视觉（图像）信号处理的一个典范。由于视网膜位于视觉信息处理系统的最前端，因而成为了脑科学等领域的研究热点之一。
1.视网膜
视网膜是位于视觉系统最前端的具备感光功能并能对所接受到的刺激信号进行初步处理的组织。它由若干层神经细胞通过不同的突触连接形成复杂的网络，完成初级的视觉功能。一直以来，人们都认为视网膜只是一个转换器，即把入射到视网膜光感受器上的光子转化为电信号，然后这些电信号沿着视神经被输送到大脑，最后在那里接受处理和加工。随着对视网膜研究的不断深入，人们发现视网膜不仅仅充当转换器的角色，实际上，它还会对视觉信息做大量的预处理工作，而后才把一系列尚未完成的影像传输给大脑，以解读这些视觉信息的内容。迄今为止，人们已经发现视网膜具有边沿提取、预编码以及运动检测等三大功能。
（1） 视网膜的目标边缘和轮廓提取功能
边沿与轮廓提取在图形—背景分离乃至整个生物视觉过程中都起着非常关键的作用。由于人的视网膜中存在着的大量的视觉细胞以及存在于这些细胞之间侧的抑制作用，使得视网膜对图像的边缘和轮廓的提取能够达到非常高的精度。生物视觉中所特有的侧抑制机制在视觉信号的预处理和传输阶段起着非常关键的作用。侧抑制机制是相邻的神经元彼此之间发生的抑制作用，即在某个神经元受到刺激而产生兴奋时，再去刺激相邻的神经元时，则后者所发生的兴奋对前者产生的抑制作用。由于视网膜上相邻的细胞间存在相互抑制的作用，会使来自暗区一侧的抑制能量小于亮区一侧的抑制能量，使亮区的边界显得更亮；同样，来自亮区一侧的抑制能量大于来自暗区一侧的抑制能量，使暗区的边界显得更暗，图像的边缘和轮廓就被凸显出来。
（2）视网膜的图像编码、预编码功能
物质世界是由离散的物体所组成的，这些物体表面的反射率都相当地一致，因此无论是在空间上还是在时间上相邻的两个图像点都有着非常相似的亮度。这些冗余信息使得视网膜高效地编码视觉图像。视网膜的编码功能是由神经节细胞来完成的。视网膜中许多类型的神经节细胞所具有的中心-周围拮抗式同心圆结构感受野是视网膜具有编码功能的物质基础，这种同心圆结构使得视觉系统能充分利用自然景象中空间相关性将固有噪声的影响降到最低来编码空间信息——即利用感受野中心亮度与周围亮度的对比关系，通过细胞间的侧抑制作用使得神经节细胞剔除冗余信息而只编码有用的信息。
视网膜神经机制的模型目标：
<1>视网膜边缘和轮廓提取模型
提取目标的边缘和轮廓是视网膜的重要功能之一，研究表明视网膜对于图像边缘的提取能够达到非常高的精度。表达邻近神经元之间相互抑制作用原理的侧抑制机制，是生物视觉系统中普遍存在的基本机制之一。图像的边缘检测和轮廓提取一直是图像信息处理中的重要研究内容，而基于侧抑制理论的边缘与轮廓提取模型是人们研究的重要内容之一。
视网膜目标边缘与轮廓检测生理机制：
视网膜是位于视觉信息处理系统最前端的具备感光功能并能对所接受到的刺激信号进行初步处理的组织。视网膜起源于前脑的一小块胚胎组织，因此被认为是脑组织的一部分而又被称为外周脑，从组织上来讲，包括十层细胞，构成了一个复杂的细胞网络，具有初步的信息处理功能。
从视网膜的功能上来说又可以把细胞分为三个单元：第一单元的主要功能是感光，把光量子能量转换成电信号，包含的细胞为杆体细胞及椎体细胞；第二单元的主要功能是处理视网膜内的视觉信息，包含了水平细胞、双极细胞和无长突细胞；第三单元的主要功能是把视网膜处理后的视觉信息编码为神经纤维传输到脑的细胞，包含的细胞是神经节细胞。
神经节细胞位于网膜的最终端，是视觉信息传入大脑的唯一通道，其主要功能是把接收到来自双极细胞和无长突细胞的视觉信号经过整合处理后由视神经纤维传递给大脑， 由大脑来进行后续的视觉信息处理工作。
视网膜上细胞的感受野是指直接或间接影响某一特定神经细胞的光感细胞的全体为该特定神经细胞的感受野。视网膜中各层细胞的感受野大多是同心圆拮抗式结构。同心圆拮抗式结构的感受野分为两种类型：ON 中心型和 OFF 中心型，当感受野的中心给光而周围撤光，若此时细胞的反应最强则为ON 中心型细胞；而当感受野的中心撤光而周围给光，若细胞的反应最强则为 OFF中心型细胞。
光感受器细胞负责把光信号转变为电信号，以便使信息在各层细胞间传播；水平细胞主要对图像起平滑的作用；双极细胞对图像的处理主要是获得马赫带的效应，使图像的边缘/边界就被凸显出来。需要指出的是如果双极细胞感受野的中心在给光时发生去极化响应，那么该双极细胞为ON型双极细胞；若感受野的中心在撤光时发生去极化响应，那么该双极细胞为OFF型双极细胞。
［1］感光细胞层
感光细胞是生物对外界感知的媒介，它的主要作用是把光能转换为生物电能，以便信号在各层细胞间传播。
［2］水平细胞层
水平细胞在视网膜外网状层主要与光感受器细胞形成突触联系，接收来自光感受器的前馈信号输入并对光感受器细胞形成负反馈。另一方面，水平细胞通过侧向伸展的突起以及细胞之间广泛存在的电突触整合广泛区域内的信号。在功能上，水平细胞对视网膜双极细胞和神经节细胞中心周围感受野的抑制性周边的形成具有重要作用。研究表明，这一功能主要来自于两方面:一是水平细胞通过释放GABA等机制对光感受器的负反馈;二是水平细胞之间广泛存在的缝隙连接。
［3］双极细胞层
双极细胞处于直接的视通路中是脊椎动物视网膜的第二级神经元,在视网膜的视觉信号加工中占据重要的地位。双极细胞的主要功能是：首先它把视觉信号分流为给光信号和撤光信号;其次,它是整个视通路中第一类具有中心-周围拮抗式同心圆感受野的神经元。这两种功能特征是许多高级视觉功能如亮度对比、边缘增强的基础。 双极细胞是利用细胞间的侧抑制作用增强图像反差得到类似于马赫带的效应使图像的边缘/边界就被凸显出来。研究表明，视网膜对图像边缘的提取工作是由双极细胞来完成的。
双极细胞的输入信号一部分来自光感细胞，另一部分来自水平细胞，二者共同构成双极细胞的输入信号源。下图就是来自光感细胞的输入（阶跃信号）和水平细胞的输入（平滑后的阶跃信号）经过双极细胞的作用后得到的类似于马赫带的效应（即暗的地方更暗亮的地方更亮）的效果。
从以上模拟结果可以看出双极细胞在检测图像的边缘时可以得到一个很好的马赫带效应，能更精确的检测到图像的边缘与轮廓。
视网膜各层细胞感受野模板的设计：
这里提出的视网膜中各层细胞的感受野的模板是基于视网膜的生理结构进行设计的。由于视网膜上光感细胞的感受野很小，因此可以看作是光点，那么对于双极细胞来说，其感受野的周围区和中心区接收到的信号就直接是光感细胞亮度信号的输入。在本实验中视网膜双极细胞感受野的周围区设计了8个光感细胞，中心区设计了1个光感细胞。
2.LGN
（占个坑）
3.V1视觉皮层
（占个坑）
