人眼在噪声背景下的对比度信号探测技术研究

Human vision always includes three main parts: imaging the outside stimuli on the retina, sampling and transforming the retinal image into neural signal by visual cell, and thansfering the sianal to visual cortex. The current visual noise model described the vision processing course does't include the influence of optical imaging, so we need to rebuild a visual noise model including the optical impact, in order to not only demonstrate the inner variation of neural system after AO correction of ocular aberrations, but also evaluate the effect of aberrations on signal detection with noise for human eyes. The main purpose of this project is to investigate the effect of aberrations on signal detection with noise, the responding of visual system to different signal energy spectral, and the impact of aberratons on signal contrast detection at different levels of retianl illuminance with the help of reconstructed optical perceptual template model. All these can be used to explain the abnormal visual benefit after AO correction, investigate the principle of contrast detection with different levels of noise, and establish a foundation for exploring the visual imformation processing.

外界视觉刺激经人眼光学系统成像到视网膜，视网膜图像经过视细胞采样和转换成神经信号，并由视神经传递到视皮层，最终形成视觉。现有的描述视觉信息处理过程的视觉噪声模型不包括光学系统的影响，因此需要建立一种包含光学像差因素的视觉噪声模型，这样一方面能够更为详尽地反映自适应光学像差矫正前后神经系统内部状态的变化；另一方面可用来评估人眼像差对于噪声背景下对比度信号检测的影响。本课题目的是在建立的光学知觉模板模型的基础上，深入研究人眼像差对不同噪声背景下对比度信号检测的影响，深入研究知觉模板性能以此了解视觉系统对不同信号能量频谱的响应，深入研究不同视网膜照度下人眼像差对对比度信号检测的影响。从而，试图解释矫正像差后不同个体间视觉收益不同的原因和视觉收益低于理论预期的原因。另外，也能更为全面地了解不同复杂程度的背景下对比度信号检测的机制，为人眼视觉信息处理的深入研究奠定基础。

人眼视觉系统主要包括屈光系统和神经系统两部分。人眼的屈光系统受到像差、衍射和散射等因素的影响。自适应光学技术通过实时矫正人眼的低阶和高阶像差，提高人眼屈光系统成像质量，进而在一定程度上提高人眼的对比敏感度。而神经系统的内部响应，可以通过建立外部输入刺激与内部神经响应之间的关系进行等效估计。本课题通过建立的人眼高阶像差矫正系统实时矫正人眼屈光系统的光学像差，并利用建立的包含光学像差因素的视觉噪声模型，分析自适应光学像差矫正前后神经系统内部状态的变化和人眼像差对于噪声背景下对比度信号检测的影响。研究发现AO矫正后人眼视觉系统的内部等效噪声和采样效率均比非AO矫正低，且内部噪声降低的幅度高于采样效率降低的幅度，这也揭示了AO矫正后视觉功能提高量低于光学矫正收益的原因。对临床上常见的视觉系统障碍疾病-弱视，研究了其弱视眼及对侧眼对空间对比度信号的检测性能。结果表明弱视患者视觉系统对空间频率信号探测能力的降低是由于内部噪声升高和采样效率下降共同作用的结果。这一结果为弱视患者视功能的改善与提高提供了潜在的可行办法。本项目提出的光学知觉模板模型实现了对人眼视觉系统的总体模型评价，利用计算机仿真技术对视觉系统进行模拟，结合搭建的自适应光学人眼高阶像差矫正系统验证了复杂背景下人眼视觉信息处理机制，并分析了弱视患者视觉系统的信息处理机制。这样一套完整的研究分析方法为探索人眼视觉信息处理机制奠定了基础，为深入研究人眼视觉改善和治疗提供了潜在的技术途径。