Exploring and establishing artificial neural networks with electrophysiological characteristics and high computational efficiency is a popular topic in the field of computer vision. Inspired by the working mechanism of primary visual cortex, pulse-coupled neural network (PCNN) can exhibit the characteristics of synchronous oscillation, refractory period, and exponential decay. However, electrophysiological evidence shows that the neurons exhibit highly complex non-linear dynamics when stimulated by external periodic signals. This chaos phenomenon, also known as the " butterfly effect", cannot be explained by all PCNN models. In this work, we analyze the main obstacle preventing PCNN models from imitating real primary visual cortex. We consider neuronal excitation as a stochastic process. We then propose a novel neural network, called continuous-coupled neural network (CCNN). Theoretical analysis indicates that the dynamic behavior of CCNN is distinct from PCNN. Numerical results show that the CCNN model exhibits periodic behavior under DC stimulus, and exhibits chaotic behavior under AC stimulus, which is consistent with the results of real neurons. Furthermore, the image and video processing mechanisms of the CCNN model are analyzed. Experimental results on image segmentation indicate that the CCNN model has better performance than the state-of-the-art of visual cortex neural network models.


翻译:探索和建立具有电子生理特征和高计算效率的人工神经网络是计算机视觉领域一个受欢迎的主题。在初级视觉皮层、脉冲相联神经网络(PCNNN)的工作机制的启发下,可以展示同步振动、相联周期和指数衰减等特征。然而,电子生理证据表明,在外部周期信号的刺激下,神经元表现出高度复杂的非线性动态。这种混乱现象,又称“蝴蝶效应”,不能由所有PCNN模型来解释。在这项工作中,我们分析了妨碍PCN模型模仿真实的初级视觉皮层的主要障碍。我们认为神经神经刺激是一个切视过程。我们随后提出了一个新的神经神经网络,称为连续相联神经网络(CCNNNN)。理论分析表明,CCNNNM的动态行为与PC的动态行为与PCNNNN不同。 数字结果显示,CC模型显示,CCNNM模型的图像和图像处理机制比CONNF图像模型更好地分析。

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