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Cortical-inspired Wilson-Cowan-type equations for orientation-dependent contrast perception modellingMarceloBertalmio495132-0LucaCalatroni7744c423d913bc229e1cd428648e9038i3s.unice.frluca-calatroni75012546527-750125https://orcid.org/0000-0003-3887-1859ValentinaFranceschi1010839-0BenedettaFranceschiello1260696-0DarioPrandi8604cbcc8d4701c5e729d0ac69c2df45centralesupelec.frdario-prandi349118708-3491https://orcid.org/0000-0002-8156-5526https://scholar.google.fr/citations?user=22p8Wc4AAAAJhttps://www.idref.fr/178639834LucaCalatronia5af39d496375c9b3e1622879262ba52unige.it2019-10-15 17:13:062026-07-08 16:28:042019-10-15 18:39:072020-06-112019-10-15contributorLucaCalatronia5af39d496375c9b3e1622879262ba52unige.itCCSDhal-02316989https://hal.science/hal-02316989bertalmio:hal-02316989<i>Journal of Mathematical Imaging and Vision</i>, 2020, <a target="_blank" href="https://dx.doi.org/10.1007/s10851-020-00960-x">&#x27E8;10.1007/s10851-020-00960-x&#x27E9;</a>Journal of Mathematical Imaging and Vision, 2020, &#x27E8;10.1007/s10851-020-00960-x&#x27E9;HAL AuthorizationINSERM - Institut national de la santé et de la recherche médicaleUniversité Nice Sophia AntipolisCNRS - Centre national de la recherche scientifiqueINRIA - Institut National de Recherche en Informatique et en AutomatiqueINRIA Sophia Antipolis - MéditerranéeINRIA Paris - RocquencourtLaboratoire d'Informatique, Signaux et Systèmes de Sophia-AntipolisLaboratoire des Signaux et SystèmesCNRS-INSMI - INstitut des Sciences Mathématiques et de leurs InteractionsINRIA-SOPHIALaboratoire Jacques-Louis LionsINRIA - Institut National de Recherche en Informatique et en AutomatiquePôle SystèmesTESTALAIN1Ecole CentraleSupélecINRIA 2Réseau de recherche en Théorie des Systèmes Distribués, Modélisation, Analyse et Contrôle des SystèmesUniversité Paris-SaclayUniversité Côte d'AzurSorbonne UniversitéSorbonne Université 01/01/2018Faculté des Sciences de Sorbonne UniversitéUniversité Paris CitéUniversité Paris CitéUniversité Paris Cité - Faculté des SciencesCollection test HAL CNRSUniversité Paris-SaclaySorbonne Université - Texte IntégralANRGraduate School Sciences de l'Ingénierie et des SystèmesGraduate School Computer ScienceGraduate School Sport, Mouvement, Facteurs Humains Alliance Sorbonne UniversitéCollection de l'Institut de Biologie Valrose INRIAARTDOIMathématiques + Informatiquetest niceANR QUANTIQUEANR_QUANTIQUE_2InternationalNoYesCortical-inspired Wilson-Cowan-type equations for orientation-dependent contrast perception modellingMarceloBertalmio495132-0LucaCalatroni7744c423d913bc229e1cd428648e9038i3s.unice.frluca-calatroni75012546527-750125https://orcid.org/0000-0003-3887-1859ValentinaFranceschi1010839-0BenedettaFranceschiello1260696-0DarioPrandi8604cbcc8d4701c5e729d0ac69c2df45centralesupelec.frdario-prandi349118708-3491https://orcid.org/0000-0002-8156-5526https://scholar.google.fr/citations?user=22p8Wc4AAAAJhttps://www.idref.fr/178639834157610924-99071573-7683Journal of Mathematical Imaging and VisionSpringer Verlag2020-06-1110.1007/s10851-020-00960-xEnglishWilson-Cowan equationsCortexContrastPerceptionVariational modellingGeometricaloptical illusionsOrientation-dependent modellingPrimary VisualMathematics [math]/Optimization and Control [math.OC]Mathematics [math]/Analysis of PDEs [math.AP]Mathematics [math]/Numerical Analysis [math.NA]Computer Science [cs]/Image Processing [eess.IV]Journal articlesJournal articlesJournal articles

We consider the evolution model proposed in [9, 6] to describe illusory contrast perception phenomena induced by surrounding orientations. Firstly, we highlight its analogies and differences with widely used Wilson-Cowan equations [48], mainly in terms of efficient representation properties. Then, in order to explicitly encode local directional information, we exploit the model of the primary visual cortex V1 proposed in [20] and largely used over the last years for several image processing problems [24, 38, 28]. The resulting model is capable to describe assimilation and contrast visual bias at the same time, the main novelty being its explicit dependence on local image orientation. We report several numerical tests showing the ability of the model to explain, in particular, orientation-dependent phenomena such as grating induction and a modified version of the Poggendorff illusion. For this latter example, we empirically show the existence of a set of threshold parameters differentiating from inpainting to perception-type reconstructions, describing long-range connectivity between different hypercolumns in the primary visual cortex.

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