Encoding static images into spike trains is a fundamental step for enabling Spiking Neural Networks (SNNs) to process visual information. However, widely used methods such as rate coding, Poisson encoding, and time-to-first-spike (TTFS) often neglect spatial correlations and produce temporally inconsistent spike patterns, limiting both efficiency and interpretability. In this work, we propose a novel cluster-based encoding framework that explicitly preserves semantic structure across both spatial and temporal domains. The method first introduces a 2D spatial clustering mechanism, which leverages connected component analysis and local density estimation to identify salient foreground regions. Building upon this, we extend the approach to a 3D spatio-temporal (ST3D) encoding scheme that incorporates temporal neighborhood information, generating spike trains with enhanced temporal coherence. Experiments on the N-MNIST dataset demonstrate that the proposed ST3D encoder achieves 98.17% classification accuracy using a simple single-layer SNN, outperforming conventional TTFS encoding (97.58%). Notably, this performance is achieved with significantly fewer spikes (3800 vs. 5000 per sample), highlighting improved efficiency without sacrificing accuracy. These results indicate that the proposed method provides an interpretable, structure-aware, and computationally efficient encoding strategy, offering strong potential for neuromorphic computing applications.


翻译:将静态图像编码为脉冲序列是使脉冲神经网络(SNN)处理视觉信息的基础步骤。然而,速率编码、泊松编码和首次脉冲时间编码(TTFS)等广泛采用的方法常忽略空间相关性,并产生时间上不一致的脉冲模式,从而限制了编码效率与可解释性。本文提出一种新颖的基于聚类的编码框架,该框架在空间和时间两个维度上显式保留语义结构。该方法首先引入二维空间聚类机制,利用连通分量分析和局部密度估计来识别显著的感兴趣前景区域。在此基础上,我们将该方法扩展为三维时空(ST3D)编码方案,该方案融入时间邻域信息,生成具有更强时间一致性的脉冲序列。在N-MNIST数据集上的实验表明,所提出的ST3D编码器采用简单的单层SNN即可实现98.17%的分类准确率,优于传统TTFS编码方法(97.58%)。值得注意的是,该性能是在使用显著更少脉冲(每样本3800个对比5000个)的情况下实现的,凸显了效率提升而未牺牲精度。这些结果表明,所提方法提供了一种可解释、结构感知且计算高效的编码策略,为神经形态计算应用展现了巨大潜力。

0
下载
关闭预览

相关内容

脉冲神经网络在普适计算中的潜力:综述与新视角
专知会员服务
16+阅读 · 2025年6月4日
脉冲神经网络的架构原理、数据集和训练方法
专知会员服务
23+阅读 · 2024年8月13日
专知会员服务
63+阅读 · 2021年9月20日
专知会员服务
29+阅读 · 2020年8月8日
基于图神经网络的聚类研究与应用
THU数据派
10+阅读 · 2020年5月29日
脉冲神经网络(SNN)概述
人工智能前沿讲习班
62+阅读 · 2019年5月30日
【AAAI专题】论文分享:以生物可塑性为核心的类脑脉冲神经网络
中国科学院自动化研究所
15+阅读 · 2018年1月23日
脉冲神经网络,下一代机器学习?
专知
13+阅读 · 2018年1月13日
前沿 | 简述脉冲神经网络SNN:下一代神经网络
机器之心
39+阅读 · 2018年1月13日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
10+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
14+阅读 · 2008年12月31日
VIP会员
最新内容
面向2027年及未来的海军情报改革
专知会员服务
0+阅读 · 今天15:49
综述 | Self-Evolving Coding Agents:自进化编程智能体
专知会员服务
0+阅读 · 今天13:16
美海军陆战队将三型无人机整合入统一战场网络
专知会员服务
2+阅读 · 今天9:39
《无人机蜂群:释放人类-蜂群编队的潜能》
专知会员服务
4+阅读 · 今天9:12
《战略战术化:一项综合性述评》
专知会员服务
2+阅读 · 今天9:08
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
10+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
14+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员