視覺是人類感知世界最核心的通道，約 80% 的外界信息通過視覺系統(tǒng)獲取。人類視覺不僅能快速識(shí)別物體、判斷距離、感知運(yùn)動(dòng)，更能在復(fù)雜環(huán)境中（如逆光、遮擋、動(dòng)態(tài)變化）靈活適應(yīng)，同時(shí)以極低的能耗實(shí)現(xiàn)從局部特征到全局語義的深度整合 —— 這種高效、魯棒、智能的視覺認(rèn)知能力，始終是計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域追求的終極目標(biāo)之一。模擬人類視覺，并非簡單復(fù)制生物視覺系統(tǒng)的解剖結(jié)構(gòu)，而是借鑒其核心工作機(jī)制，突破機(jī)器視覺在泛化性、適應(yīng)性與語義理解深度上的局限，構(gòu)建更貼近人類認(rèn)知邏輯的視覺智能體系。從早期模擬視網(wǎng)膜邊緣檢測的手工特征，到如今模仿視覺皮層分層處理的深度學(xué)習(xí)架構(gòu)，模擬人類視覺的技術(shù)演進(jìn)既推動(dòng)了機(jī)器視覺的性能突破，也深化了我們對(duì)生物視覺本質(zhì)的理解。本文將系統(tǒng)闡述人類視覺系統(tǒng)的核心認(rèn)知機(jī)制、模擬人類視覺的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)、當(dāng)前面臨的核心挑戰(zhàn)及典型應(yīng)用場景，揭示生物智能與機(jī)器智能在視覺認(rèn)知領(lǐng)域的融合路徑與未來方向。

人類視覺系統(tǒng)的認(rèn)知過程是一個(gè) “分層處理、動(dòng)態(tài)適應(yīng)、語義整合” 的復(fù)雜鏈路，從光線進(jìn)入眼睛到大腦形成場景理解，每一步都蘊(yùn)含著高效的信息篩選與轉(zhuǎn)換邏輯，這些機(jī)制構(gòu)成了模擬人類視覺的生物基礎(chǔ)。首先，視覺信號(hào)的預(yù)處理始于眼球的光學(xué)結(jié)構(gòu)與視網(wǎng)膜的神經(jīng)編碼：角膜與晶狀體將外界光線聚焦于視網(wǎng)膜，視網(wǎng)膜上的感光細(xì)胞（視桿細(xì)胞負(fù)責(zé)弱光環(huán)境，視錐細(xì)胞負(fù)責(zé)色覺與細(xì)節(jié)）將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為神經(jīng)電信號(hào)。這一過程并非簡單的 “像素記錄”，而是通過視網(wǎng)膜內(nèi)的水平細(xì)胞、雙極細(xì)胞實(shí)現(xiàn)初步信息篩選 —— 例如 “中心 - 周邊抑制” 機(jī)制，使視網(wǎng)膜對(duì)明暗對(duì)比強(qiáng)烈的區(qū)域（如物體邊緣）更敏感，自動(dòng)增強(qiáng)邊緣特征，為后續(xù)形狀識(shí)別奠定基礎(chǔ)，這種預(yù)處理能力讓人類在復(fù)雜背景中仍能快速捕捉目標(biāo)輪廓，而無需處理所有像素的冗余信息。

信號(hào)經(jīng)視神經(jīng)傳遞至大腦后，進(jìn)入視覺皮層的分層處理網(wǎng)絡(luò)，這是人類視覺認(rèn)知的核心環(huán)節(jié)。初級(jí)視覺皮層（V1 區(qū)）主要處理邊緣、方向、紋理等低級(jí)特征，其神經(jīng)元僅對(duì)特定方向的邊緣（如水平、垂直）產(chǎn)生響應(yīng)，類似 “特征檢測器”；次級(jí)視覺皮層（V2 區(qū)）在此基礎(chǔ)上整合相鄰 V1 區(qū)的特征，形成更復(fù)雜的紋理與輪廓組合；高級(jí)視覺皮層則進(jìn)一步分工：V4 區(qū)專注于顏色與形狀的精細(xì)識(shí)別，能將分散的邊緣特征整合為完整的物體形狀（如將多個(gè)弧線特征判斷為 “圓形”）；MT 區(qū)（中顳區(qū)）專門處理運(yùn)動(dòng)信息，通過分析相鄰幀的信號(hào)變化，感知目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向與速度，支持人類對(duì)動(dòng)態(tài)場景的預(yù)判（如躲避飛來的物體）；最終，信號(hào)傳遞至顳葉、頂葉等關(guān)聯(lián)皮層，與記憶、語言、邏輯推理系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，完成 “識(shí)別物體 - 理解場景 - 判斷意義” 的全流程語義整合 —— 例如，看到 “杯子” 不僅能識(shí)別其形狀，還能關(guān)聯(lián) “可用于盛水” 的功能常識(shí)，看到 “人在揮手” 則能理解 “打招呼” 的社交意圖，這種跨模態(tài)的語義關(guān)聯(lián)是人類視覺遠(yuǎn)超當(dāng)前機(jī)器視覺的關(guān)鍵。