7、实时便携式仿生眼模拟器：原理与实现

实时便携式仿生眼模拟器：原理与实现

1. 引言

在科技不断进步的今天，仿生眼技术为盲人恢复视力带来了新的希望。视觉假体，也就是常说的“仿生眼”，是一种可植入的生物医学设备，其核心是由专业电子设备驱动的电极阵列。电极通过向患者视觉通路的特定部位注入电流，在视野中生成“图像”。

视觉通路是指信号从眼睛视网膜产生处到大脑后部初级视觉皮层的路径。光线照射到视网膜的光感受器上会产生信号，这些信号经过视神经和外侧膝状体核（LGN）后到达初级视觉皮层（V1），然后信号会分散到后续的视觉皮层进行更高级的处理。而盲人的视觉通路部分可能无法正常工作，导致视觉信号无法到达视觉皮层，成功的假体则需要绕过这些失效部分，将信号传递到V1。

澳大利亚研究委员会在2009年资助了一项开发功能性视觉假体的合作研究计划，其中一个由莫纳什大学领导的研究团队（莫纳什视觉小组，MVG）在2010年成立，旨在开发以皮质植入物为核心、使用约600个电极的视觉假体（莫纳什仿生眼）。

随着仿生学研究的发展，对这种植入物可能结果的模拟或可视化变得至关重要。仿生眼模拟器不仅是研究人员研究算法有效性、调整参数的良好平台，还可用于心理物理试验，以及向公众进行科普教育和管理潜在患者家属的期望。然而，现有的许多视觉假体模拟器存在局限性，如多数在计算机上使用图像处理库进行图像处理，受限于固定计算机附近的区域，可能存在延迟和帧率问题，并且在皮质视觉假体模拟器中，视拓扑映射（将视觉皮层上的电极位置映射到视野中的光幻视激发）常被忽视或使用简化模型。

我们开发的“HatPack”系统旨在解决这些问题。它基于现场可编程门阵列（FPGA）系统实现，具有低延迟、高度并行实现以及可通过大量外设接口引脚与大量外部设备集成