计算机视觉是指用计算机实现人的视觉功能,它的研究工作已经取得丰硕的成果。虽然在一些计算机视觉问题上取得了巨大的进步,但是计算机视觉仍然缺乏灵长类视觉系统固有的可靠性、鲁棒性和高效性。计算机视觉的进一步发展需要对生理视觉机制有更深入的了解,所以研究生理视觉系统对视觉信息处理过程的建模很有必要。现有工作很多仅对单细胞感受野进行建模,在同一网络模型中,不同的神经元被设计为具有相同的输入输出特性。而视觉神经科学研究发现,在视皮层方位功能柱内不同神经元之间存在功能分化及特定的组织形式。这意味着,在视觉系统中同一层次的神经元可能具有不同的输入输出特性,而多个神经元之间具有特定的协作关系。本文在课题组前期视觉神经科学研究发现的基础上,设计了方位功能柱内基于细胞调制的功能分化模型和特定组织形式的自组织模型,复现了视觉皮层的方位选择性、空间频率选择性和外周抑制等特性。结果显示,我们提出的模型,更能够贴近生理特性,解释性更强。具体研究内容如下:（1）方位功能柱内神经元功能分化模型研究视觉功能区高度分化的哺乳动物的不同方位偏好的功能柱在空间上有序排列,在皮层中以一个个奇点为中心连续地周期扩展为风车样组织结构,结构内不同位置的神经元邻域的局部结构存在差异。方位功能柱内神经元邻域结构的差异可能会使得神经元有不同的响应特性。本文建立了一个基于细胞调制的功能分化模型来研究视皮层方位功能柱内不同神经元之间的功能分化。在皮层区域根据各子域神经元的差异,为它们设计不同的侧向调制输入。新模型成功复现了视皮层方位功能柱内不同子区的方位选择性、空间频率选择性和外周抑制性。（2）方位功能柱内皮层神经元构筑的自组织模型研究灵长类和食肉目动物的视觉皮层方位功能柱在空间上按照一定的规律排列成风车构型,但是啮齿类动物视觉皮层中不同方位偏好的神经元杂散分布,形成“椒盐”状构筑模式。基于初级视觉皮层神经元特定的组织形式,本文研究了基于混合蒙特卡罗数值模拟的XY模型并改进了基于多维缩放（Multiple Dimensional Scaling,MDS）模拟的MDS模型。根据XY模型和MDS模型在不同条件下得到的不同皮层构筑形态的特点,分别设计了一个评估函数,使它能自动识别模型在不同条件下得到的皮层构筑组织形式。最后设计一个分类器分别对两个自组织模型的结果进行分类,找到决定皮层构筑形态的关键因素。