Giáo trình xử lý ảnh y tế Tập 3 P1

Chỉ dẫn Không nghi ngờ gì nữa, con người là cách tốt nhất để phân loại màu sắc. Tuy nhiên, các ứng dụng đòi hỏi sự phân loại màu trực tuyến và sửa lại tín hiệu sắc màu một cách có lựa chọn như trong tín hiệu truyền hình màu, thay thế cho sự phân lớp của con người là cần phải có.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình xử lý ảnh y tế Tập 3 P1 CHƯƠNG 12 MẠNG THẦN KINH NHÂN TẠO CHO PHÂN LỚP MÀU SẮC 12.1 Chỉ dẫn Không nghi ngờ gì nữa, con người là cách tốt nhất để phân loại màu sắc. Tuy nhiên, các ứng dụng đòi hỏi sự phân loại màu trực tuyến và sửa lại tín hiệu sắc màu một cách có lựa chọn nh ư trong tín hiệu truyền hình màu, thay thế cho sự phân lớp của con người là cần phải có. May mắn thay, một nhóm các kiểu phân loại được mô hình hoá theo kiểu trí tuệ sinh vật (hệ thống thần kinh nhân tạo) đ ã được phát triển và nghiên cứu trong một thời gian dài. Mục tiêu của các nghiên cứu này là đạt được tới mức giống như con người. Chúng ta chưa đạt được mục tiêu này. Sự thách thức là chúng ta phải hiểu được bằng cách nào mà một loạt các tác động thần kinh đem lại cho chúng ta khả năng nhìn, nghe, cảm giác, chuyển động... Mặc dù chúng ta đã có những hiểu biết đúng đắn cấu tạo của tổ chức bộ não con người, chúng ta vẫn không hiểu một cách đầy đủ bằng cách nào mà con người có thể có một loạt các chức năng như vậy. Khả năng học hỏi và thích nghi của con người vẫn còn là một điều bí ẩn. Một trích dẫn rất đáng quan tâm, Tôi đ ã để lại các dấu hiệu như một bằng chứng về sự tồn tại của tôi, cái nào trong số các dấu hiệu này bạn phản đối? Tôi đã tạo ra con người, tôi đã dạy [lập trình] cho họ có khả năng nhận biết... (Kinh Coran, Suret Al-Rahman). Con người nhận ra họ có khả năng phát minh ra các công cụ ngay từ khi họ mới được tạo ra. Phần lớn các sáng tạo của con người đều dựa trên ham muốn tìm hiểu trong lĩnh vực vật lý. Bằng tất cả các khám phá, con người lại quay trở về để tìm hiểu chính bản thân mình. Cùng với sự ra đời của phần mềm, tự động hoá, phỏng sinh học ta đ ã có thể mô phỏng một số chức năng của con người qua các phần cứng và phần mềm mô phỏng. Giống như khi bắt đầu, hệ thống thần kinh nhân tạo vẫn ch ưa mô phỏng được dạng thức con người; tuy nhiên, các cấu trúc này có rất nhiều ứng dụng hữu ích. Một trong những ứng dụng sẽ trình bày ở phần dưới đây là phân lớp màu sắc. Trong chương này chúng ta sẽ xem xét một loạt các mô hình thần kinh nhân tạo, cách thức nhận thức của chúng, và hiệu quả trong phân lớp màu. 12.2 Hệ thống thần kinh sinh vật Mắt cảm nhận ánh sáng xung quanh chúng ta và chuyển chúng thành các xung điện, sau đó đưa về bộ nhớ qua các dây thần kinh. Tại phía sau của mắt, một l ưới dây thần kinh từ giác mạc tạo thành các dây thần kinh cảm quang. Hai lưới dây thần kinh cảm quang gặp nhau tại một miền có tên là giao thoa thị giác (optic 255 chiasm). Tại miền này hai dây tạo thành một lưới, và được chia làm hai vùng cảm quang đi tới bên trái và bên phải của não. Tất cả các miền này mang tín hiệu từ hai mắt, và não tổng hợp được hình ảnh thực sự. Vùng của não cho các đáp ứng của hình ảnh gọi là vỏ não thị giác (Hình 12.1). Nếu mỗi vùng của não nhận được hai ảnh của vật thể, mỗi ảnh lấy từ một mắt với một góc nhìn khác nhau nhỏ thì kết quả ta sẽ nhận được một hình ảnh ba chiều hay còn gọi là hình ảnh nổi. Tại não, một số khổng lồ các liên lạc của các tế bào thần kinh tạo ra xử lý thông tin. Hình 12.1 Các đường thị giác của bộ não. Hình 12.2 là một sơ đồ đơn giản hoá của tế bào thần kinh. Nó bao gồm một tế bào (soma) với dây thần kinh vào (dendrites) và dây thần kinh ra (axons). Các dây thần kinh vào nhận các tín hiệu kích thích hoặc các tín hiệu kiềm chế. Các tín hiệu kích thích làm tăng và các tín hiệu kiềm chế làm chậm khả năng phát tín hiệu của thần kinh. Các dây thần kinh ra đưa tín hiệu đến một tế bào khác. Thông tin được chuyển qua các hình hành cuối khớp thần kinh (synaptic-end bulbs) và nhận bởi dây thần kinh vào thông qua vùng chuyển tiếp. Hình hành cuối khớp thần kinh và vùng chuyển tiếp được chia ra bằng một lỗ hở vào khoảng một phần triệu inch, và chuyển tiếp tín hiệu qua lỗ hổng này bởi cơ chế hoá điện (hình 12.3). Phần cuối hành và miền chuyển tiếp được gọi là khớp thần kinh (synapse). Tín hiệu đi trong dây thần kinh vào và dây thần kinh ra như một dòng điện. Có rất nhiều kiểu dây thần kinh trong não và một số lớn các tế bào trạng thái và chức năng. Một số hạn chế các xung mà có khả năng làm quá tải mạch cảm biến. Một số đưa tin tức tổng hợp đến bề mặt não, một số khác nhận tín hiệu đưa vào. Các hành ở khớp thần kinh chứa các túi nhỏ bé gọi là các túi khớp thần kinh (hình 12.3). Mỗi túi chứa hàng ngàn các phân tử gọi là chuyển tiếp thần kinh 256 (neurotransmitter). Khi một tín hiệu thần kinh đến hành của khớp thần kinh, các túi hợp nhất với màng, làm tràn các chất chứa bên trong vào các lỗ của khớp thần kinh. Các chuyển tiếp thần kinh gắn chặt với các phần tử tiếp nhận ở tâm của tế bào; làm mở các tuyến tiếp nhận và cho phép các ion natri đi vào trong tâm tế bào và các ion kali đi ra. Dòng của các ion kích thích các màng của tâm tế bào và tạo ra xung điện trong tế bào trung tâm. Hình 12.2 Sơ đồ đơn giản hoá của tế bào thần kinh. 257 Hình 12.3 Các khớp thần kinh. Con người có vào khoảng xấp xỉ 1011 tế bào thần kinh, ước lượng có khả năng thực hiện trên 100 tỷ phép tính một giây. Một siêu máy tính Cray X_MP, một loại máy tính nhanh nhất hiện nay, có khả làm được 0.8 tỷ phép tính một giây. Con người nhanh hơn 100 lần bất kỳ một loại máy tính hiện đại nào, với ưu điểm hơn hẳn về kích thước nhỏ gọn và đòi hỏi ít hơn hẳn năng lượng. Một tính chất cũng cần phải nói tới là bộ não con người được thiết kế để xử lý ba chiều. Trong khi đó, các mạch tích hợp thường là hai chiều, và với sự tiến bộ ngày nay việc thiết kế mạch tích hợp ba chiều vẫn chưa được hoàn thiện hoặc ...