CN102289789A - 一种基于手机的色盲图像转换系统及其应用方法 - Google Patents

一种基于手机的色盲图像转换系统及其应用方法 Download PDF

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一种基于手机的色盲图像转换系统,所述系统包括图像获取装置、用于对获取图像进行处理的图像处理装置和显示图像的显示装置,所述图像处理装置包括:用于在处理过程中创建一个或多个用户设置项的设置模块;用于在处理过程中根据用户设置项对图像上至少一种颜色进行转换的转换模块;所述转换模块包括:用于在处理过程中根据用户设置项对图像进行色盲模拟转换的模拟单元,所述模拟单元用于实现对各种异色觉的模拟;用于在处理过程中根据用户设置项对图像进行色觉颜色翻译转换的翻译单元;是一种能帮助色觉异常者在需要的时候能够随时随地对颜色信息进行有效沟通和理解的技术和装置。

Description

一种基于手机的色盲图像转换系统及其应用方法
技术领域
本发明设计一种图像处理设备与方法,特别涉及一种基于手机的色盲图像转换系统及其应用方法。
背景技术
据统计,世界上有约8%的人属于色觉异常(色异),他们由于视网膜中的视锥细胞缺陷,而无法辨别和区分部分颜色。随着半导体与通信技术的发展,带摄像头的彩屏手机的应用已经越来越普及,人们可随时随地拍摄眼前的画面并存储于手机中进行处理。
正常色觉的人拥有固定比例的三种视锥细胞(长波视锥细胞L、中波视锥细胞M、短波视锥细胞S),称为正常三色觉。色觉异常是由于一种或多种视锥细胞完全丧失或部分缺失而导致。某种视锥细胞部分缺失者,则称为异常三色觉,具体分为红色弱、绿色弱、蓝色弱;完全丧失某一种视锥细胞者,称为二色觉,具体分为红色盲、绿色盲、蓝色盲;还存在另外一种异常情况,某两种视锥细胞完全丧失,只能感觉到明暗,无法辨认所有的颜色,称为一色觉,也叫全色盲。大多数人属于红绿色觉异常,蓝色觉异常和全色盲的比例很小。
不同色觉者对客观事物具有不同的颜色感知,他们无法对颜色的描述进行有效地沟通。再者,色异虽能感知颜色,但是当颜色以正常色觉为标准成为承载信息的工具时(比如红灯停,绿灯行),颜色演变成一种语言。对于这种“标准”语言,色异无法完全理解。
现在已有许多方便色异者观测红绿交通信号灯的方法与装置,但是这些方法仅限辨别红绿灯,无法为色异者在平时对颜色信息的沟通和理解提供帮助。
另一种传统的帮助色觉异常者辨别颜色的技术是通过佩戴色盲眼镜过滤特定波长范围内的颜色,该方法能够将色觉异常者混淆的颜色分离。然而它要求色异者随身携带色盲眼镜,佩戴后会改变色异者眼中真实世界的颜色,产生不真实的、怪异的画面。
专利200810113424.3公开了一种基于彩屏手机的红绿色盲显示转换方法,该方法将彩色图像变成黑白图像。然而,色异者只是无法辨别和区分部分颜色,他们眼中并不是只有黑和白。若完全将彩色图像变成黑白图像,则会丢失其他所有色异者能够感知的颜色信息,也无法为色异与正常色觉之间对颜色信息进行有效沟通提供帮助。
为此,有必要开发一种能够帮助色觉异常者在需要的时候能够随时随地对颜色信息进行有效沟通和理解的技术和装置。
发明内容
基于日趋普及的带摄像头彩屏手机,开发一种帮助色觉异常者在需要的时候能够随时随地对颜色信息进行有效沟通和理解的技术和装置,提供一种基于手机的色盲图像转换系统及其应用方法。
一种基于手机的色盲图像转换系统,所述系统包括图像获取装置、用于对获取图像进行处理的图像处理装置和显示图像的显示装置,所述图像处理装置包括:
用于在处理过程中创建一个或多个用户设置项的设置模块;
用于在处理过程中根据用户设置项对图像上至少一种颜色进行转换的转换模块;
所述转换模块包括:
用于在处理过程中根据用户设置项对图像进行色盲模拟转换的模拟单元,所述模拟单元用于实现对各种异色觉的模拟;
用于在处理过程中根据用户设置项对图像进行色觉颜色翻译转换的翻译单元;
所述系统还包括,用于在处理过程中接收用户的一个或多个输入的接收装置,所述用户的一个或多个输入对应于转换模块的选择和相应转换模块的用户设置。对转换模块的选择,即选择色觉颜色翻译转换还是色盲模拟转换,并根据用户需要选择相应的色觉异常类型,如红色盲、绿色盲或蓝色盲。接收装置接收这些设定后,即可根据相应的转换模块完成颜色转换过程。
一种基于手机的色盲图像转换系统所实现的应用方法,所述方法包括以下步骤:
接收需要显示的图像信号然后进行处理;
在处理过程中创建一个或多个用户设置项;
在处理过程中根据用户设置项对所述图像上至少一种颜色进行转换;
显示转换后的图像。
所述处理过程包括以下步骤:
接收来自用户的一个或多个输入信号,所述用户的一个或多个输入包括:转换模块的选择和相应转换模块的用户设置;
显示修正后的图像,所述修正后的图像为根据所述输入信号进行了转换后的图像;
对于选择色觉颜色翻译转换时,还可以根据需要重复以上处理步骤,并根据用户判断,直到所述修正图像中所有颜色都能被用户区分为止。
本发明的一个特色是,对于图像信号,可以不经过储存,直接对由图像获取装置获得的图像进行实时转换,也可以对已有的图像进行图像的转换。如可以直接对有手机摄像头捕获的图像进行转换,而无需拍照和存储。
本发明的一个特有技术是色盲模拟转换。该技术使用色域缩减算法:对于一幅给定的彩色图像,模拟模块通过去除特定色觉异常类型无法感知的颜色信息,再将处理后的图像显示在彩屏手机屏幕上,从而实现对该色异色觉的模拟。
所述色盲模拟转换采用色觉模拟算法,所述色觉模拟算法通过去除特定色异类型无法感知的颜色信息,从而对该色异色觉进行模拟,通过以下步骤:
(1)从RGB空间变换到LMS空间
以三种视锥细胞的光谱响应量为基,可建立LMS空间。使用下式将图像从RGB空间变换到LMS空间:
L M S = 17.8824 43.5161 4.11935 3.45565 27.1554 3.86714 0.0299566 0.184309 1.46709 R G B
(2)在LMS空间上进行色域缩减,根据用户选择的欲模拟的色异类型,在LMS空间上进行色域缩减;
对于红色盲,变换公式如(式2):
L p M p S p = 0 2.02344 - 2.52581 0 1 0 0 0 1 L M S (式2)
对于绿色盲,变换公式如(式3):
L d M d S d = 1 0 0 0.494207 0 1.24827 0 0 1 L M S (式3)
对于蓝色盲,变换公式如(式4):
L t M t S t = 1 0 0 0 1 0 - 0.395913 0.801109 0 L M S (式4)
3.从LMS空间变换回RGB空间
使用(式5)将缩减的LMS图像变换回RGB空间,得到最终的模拟图。
R x G x B x = 0.080944 - 0.130504 0.116721 - 0.0102485 0.0540194 - 0.113615 - 0.000365294 - 0.00412163 0.693513 L x M x S x (式5)
(3)从LMS空间变换回RGB空间;
使用下式将缩减的LMS图像变换回RGB空间,得到最终的模拟图;
R x G x B x = 0.080944 - 0.130504 0.116721 - 0.0102485 0.0540194 - 0.113615 - 0.000365294 - 0.00412163 0.693513 L x M x S x .
本发明的另一个特有技术是色觉颜色翻译转换。使用技术使用色替代补偿算法:对于一幅给定的彩色图像,使用色觉异常者能够感知的信号,替代其无法感知的颜色信息,再将处理后的图像显示在彩屏手机屏幕上,从而帮助色异者提取和翻译图像中的颜色信息。
本发明的另一个方面,是在对图像进行模拟或翻译时,需要选择色觉异常类型。本发明提供的可操作的色觉异常类型有:红色盲、绿色盲、蓝色盲。然而,对与色弱者,其色觉缺陷程度比色盲者低,所以翻译算法同样有效。
本发明的另一个方面,是在对图像进行色觉颜色翻译转换时,提供了三种不同的替代补偿方法,分别是明暗替代法、加色替代法、划线法。它们不同之处在于补偿色异者无法感知的部分颜色的替代信号不同:明暗替代法使用明暗的变化为替代,加色替代使用色异者能够感知的其他颜色来替代,划线法使用线纹信号来替代。各种替代补偿方法的翻译效果不同,用户可根据特定的翻译情景选择最佳的方法。
本发明的另一个方面,是在对图像进行色觉翻译时,能够对替代补偿的程度进行调节。对于明暗替代法,能够调整明暗变化的程度;对于加色替代法,能够选择替代的颜色,调整替代颜色的填充度;对于划线法,能够调整线纹的密度以及深浅。用户可根据喜好,将翻译效果调整至最佳状态
与现有技术相比,本发明的优点在于:
本发明装置基于拥有内置摄像头的彩屏手机,能够帮助色觉异常者对颜色信息进行有效沟通和理解。得益于彩屏摄像手机的普及,这种帮助是随时随地的。
本发明装置通过色觉模拟,能够让正常色觉者感知各种色觉异常的色觉画面,方便不同色觉者之间的沟通。通过色觉翻译,能够帮助色觉异常者有效地提取和理解图像中的颜色信息。
本发明装置使用替代补偿的翻译方法,而不是将彩色图像变成黑白图像,也不是抑制一部分波长的颜色,能够尽可能的保留图像的真实性。本发明能够根据不同的翻译情景,选择合适的替代补偿方法,并调节补偿程度,从而使翻译效果达到最佳。
另外本发明装置的一大特别之处是具有实时转换的功能,能够实时地将摄像头捕捉到的图像信息进行色觉模拟或翻译的处理,在屏幕上直接显示处理后的图像,在很大程度上方便了使用者的使用,可以省去图片转换的时间,直观地给出所要看到的结果。真正做到“随时随地提供帮助”。
附图说明
图1为本发明的系统结构图;
图2为本发明的转换模块的结构图;
图3为本发明的应用方法流程图;
图4为本发明具体实施例的具体步骤流程图;
图5为本发明具体实施例的色盲模拟转换的流程图;
图6为本发明具体实施例的色觉颜色翻译转换的流程图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明的实施方式举例。
如图1-2所示,一种基于手机的色盲图像转换系统,所述系统包括图像获取装置、用于对获取图像进行处理的图像处理装置和显示图像的显示装置,所述图像处理装置包括:
用于在处理过程中创建一个或多个用户设置项的设置模块;
用于在处理过程中根据用户设置项对图像上至少一种颜色进行转换的转换模块;
所述转换模块包括:
用于在处理过程中根据用户设置项对图像进行色盲模拟转换的模拟单元,所述模拟单元用于实现对各种异色觉的模拟;
用于在处理过程中根据用户设置项对图像进行色觉颜色翻译转换的翻译单元;
所述系统还包括,用于在处理过程中接收用户的一个或多个输入的接收装置,所述用户的一个或多个输入对应于转换模块的选择和相应转换模块的用户设置。对转换模块的选择,即选择色觉颜色翻译转换还是色盲模拟转换,并根据用户需要选择相应的色觉异常类型,如红色盲、绿色盲或蓝色盲。接收装置接收这些设定后,即可根据相应的转换模块完成颜色转换过程。
如图3所示,一种基于手机的色盲图像转换系统所实现的应用方法,所述方法包括以下步骤:
接收需要显示的图像信号然后进行处理;
在处理过程中创建一个或多个用户设置项;
在处理过程中根据用户设置项对所述图像上至少一种颜色进行转换;
显示转换后的图像。
所述处理过程包括以下步骤:
接收来自用户的一个或多个输入信号,所述用户的一个或多个输入包括;转换模块的选择和相应转换模块进行的用户设置。
显示修正后的图像,所述修正后的图像为根据所述输入信号进行了转换后的图像;
对于选择色觉颜色翻译转换时,也可以根据需要重复以上处理步骤,并根据用户判断,直到所述修正图像中所有颜色都能被用户区分为止。
本发明的一个特色是,对于图像信号,可以不经过储存,直接对由图像获取装置获得图像进行实时的转换,也可以对已有的图像进行图像的转换。
实施例如下:
本实施例装置包括一个包含中央处理器、存储器、键盘、彩色显示屏幕、摄像头等组件的彩屏摄像手机。其中,实物照片通过手机背面的摄像头拍摄得到,经过中央处理器的模拟或翻译处理之后的图像显示在手机正面的屏幕上。
包括了彩屏摄像手机固有的摄像模块和显示模块,也包括本发明特有的色觉模拟和翻译系统,该系统包含色觉模拟模块和色觉翻译模块两部分。
图4展示了本发明的具体使用步骤,具体说明如下:
1.步骤100开启本发明装置。
2.步骤200启用本发明特有的色觉模拟和翻译系统,选择要转换内容的读取形式。
3.步骤300选择静态图片处理形式,可根据需要选择手机中存储的图片进行处理或使用摄像头拍摄图片进行处理,如步骤301和302所示。步骤310选择摄像头实时获取方式,通过摄像头实时获取景象,将摄像头所获取景象进行色觉模拟或翻译处理,将处理后的结果实时显示在彩色屏幕上。调用色觉模拟模块如步骤400,或调用色觉翻译模块如步骤410即可进行处理。
4.步骤400对选择的实物照片或图像调用色觉模拟模块,步骤401选择欲模拟的色觉异常类型,步骤402确认对图像进行模拟处理,并自动调用步骤500。步骤410对选择的实物照片或图像调用色觉翻译模块,步骤411选择色觉异常的类型,步骤412选择具体的替代翻译方法,步骤413确定对图像进行翻译处理,并自动调用步骤500。对于实时转换形式还可在显示过程中通过步骤400或410步骤切换色觉模拟或翻译模块。
5.步骤500调用彩屏手机固有的显示模块,将处理后的结果显示在彩屏手机的屏幕上。
图5展示了本发明装置中色盲模拟转换的流程图。
首先选择想要进行模拟的图像,然后选择欲模拟的色觉异常类型,系统对图像进行模拟,最后将模拟图像输出到彩屏手机的屏幕上。色觉模拟算法通过去除特定色异类型无法感知的颜色信息,从而对该色异色觉进行模拟。色觉模拟算法基于Brettel的研究1,主要原理如下:
1.从RGB空间变换到LMS空间
以三种视锥细胞的光谱响应量为基,可建立LMS空间。使用(式1)将图像从RGB空间变换到LMS空间:
L M S = 17.8824 43.5161 4.11935 3.45565 27.1554 3.86714 0.0299566 0.184309 1.46709 R G B (式1)
2.在LMS空间上进行色域缩减
根据用户选择的欲模拟的色异类型,在LMS空间上进行色域缩减。对于红色盲,变换公式如(式2):
L p M p S p = 0 2.02344 - 2.52581 0 1 0 0 0 1 L M S (式2)
对于绿色盲,变换公式如(式3):
L d M d S d = 1 0 0 0.494207 0 1.24827 0 0 1 L M S (式3)
对于蓝色盲,变换公式如(式4):
L t M t S t = 1 0 0 0 1 0 - 0.395913 0.801109 0 L M S (式4)
3.从LMS空间变换回RGB空间使用(式5)将缩减的LMS图像变换回RGB空间,得到最终的模拟图。
R x G x B x = 0.080944 - 0.130504 0.116721 - 0.0102485 0.0540194 - 0.113615 - 0.000365294 - 0.00412163 0.693513 L x M x S x (式5)
最终的模拟图像被显示在手机屏幕上,图7-10展示了一组色觉模拟图像示例。
图6展示了本发明装置中色觉颜色翻译转换的流程图。
首先选择想要进行翻译的图像,然后选择色觉异常类型,以及选择替代补偿方法,系统对图像进行翻译,最后将翻译图像输出到彩屏手机的屏幕上。色觉翻译采用了替代补偿算法,使用色觉异常者能够感知的信号,替代其无法感知的颜色信息,从而帮助色异者提取和理解图像中的颜色信息。
本发明提供了三种具体的替代方法。
具体原理如下:
1.根据色异类型,调用色觉模拟模块得出原图的模拟图,表达式如(式6)。模拟图除去了色异者无法感知的那部分颜色信息。
R x G x B x = D R G B (式6)
2.用原图减去模拟图,得到差分图。差分图代表色异者无法感知的那部分颜色信息,表达式如(式7)。
R d G d B d = R G B - R x G x B x (式7)
3.利用替代算法,将差分图替代为色异者能够感知的信号,得到替代图。矩阵【Rd,Gd,Bd】表示差分图,【Rr,Gr,Br】表示替代图,D表示替代变换矩阵,替代算法可表示为:
R r G r B r = D R d G d B d (式8)
通过修改替代变换矩阵D,可以得到不同的替代信号,供色异者选择最合适的翻译效果。下面分别介绍三种替代算法:
A.明暗替代法
将差分图变为灰度图,使色异者无法感知的部分明显地变亮或变暗,以达到翻译的效果。明暗替代变换矩阵D如下,c为明暗因子:
D = c 0 0 c 0 0 c 0 0 (式9)
B.加色替代法
用某种色异者能够感知的颜色,替代差分图,替代变换矩阵如下式,其中,a,b,c决定了加色色度:
D = a 0 0 b 0 0 c 0 0 (式10)
C.划线法
在差分图上加上一层线纹,以线纹显示色异者无法感知的部分颜色。线纹替代算法可用一张线纹图片与差分图相乘来实现。(式11)中,lineMap表示线纹矩阵,p表示线纹的密度,q表示线纹的深浅。
D=lineMap(p,q)    (式11)
4.将替代图加到原图上,得到最后的翻译图(式12)。
R f G f B f = R G B + R r G r B r (式12)
最终的翻译图像被显示在手机屏幕上。
如上所述,根据本发明,使用者可随时随地利用彩屏摄像手机拍摄实物场景存储为数字图像进行处理,或选择直接对摄像头拍摄到的图像实时进行处理。利用本发明特有的色觉模拟模块,为正常色觉者模拟各种色异色觉,方便不同色觉之间进行颜色沟通。利用本发明特有的色觉翻译模块,为各种类型的色觉异常者翻译图像中的颜色信息并有效地进行提取,同时尽可能地保留图像的真实性。

Claims (9)

1.一种基于手机的色盲图像转换系统,其特征在于,所述系统包括图像获取装置、用于对获取图像进行处理的图像处理装置和显示图像的显示装置,所述图像处理装置包括:
用于在处理过程中创建一个或多个用户设置项的设置模块;
用于在处理过程中根据用户设置项对图像上至少一种颜色进行转换的转换模块;
所述转换模块包括:
用于在处理过程中根据用户设置项对图像进行色盲模拟转换的模拟单元,所述模拟单元用于实现对各种异色觉的模拟;
用于在处理过程中根据用户设置项对图像进行色觉颜色翻译转换的翻译单元。
2.根据权利要求1所述的基于手机的色盲图像转换系统,其特征在于,所述系统还包括,与所述图像处理装置连接的用于在处理过程中接收用户的一个或多个输入的接收装置,所述用户的一个或多个输入对应于转换模块的选择和相应转换模块的用户设置。
3.根据权利要求1所述的基于手机的色盲图像转换系统所实现的应用方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
接收需要显示的图像信号然后进行处理;
在处理过程中创建一个或多个用户设置项;
在处理过程中根据用户设置项对所述图像上至少一种颜色进行转换;
显示转换后的图像。
4.根据权利要求3所述的图像转换方法,其特征在于,所述处理过程包括以下步骤:
接收来自用户的一个或多个输入信号,所述用户的一个或多个输入对应于转换模块的选择和相应转换模块的用户设置;
显示修正后的图像,所述修正后的图像为根据所述输入信号进行了选择一种或多种颜色进行转换后的图像。
5.根据权利要求4所述的应用方法,其特征在于,所述色盲模拟转换采用色觉模拟算法,所述色觉模拟算法通过去除特定色异类型无法感知的颜色信息从而对该色异色觉进行模拟,通过以下步骤:
(1)从RGB空间变换到LMS空间
以三种视锥细胞的光谱响应量为基,可建立LMS空间。使用下式将图像从RGB空间变换到LMS空间:
L M S = 17.8824 43.5161 4.11935 3.45565 27.1554 3.86714 0.0299566 0.184309 1.46709 R G B
(2)在LMS空间上进行色域缩减,根据用户选择的欲模拟的色异类型,在LMS空间上进行色域缩减;
(3)从LMS空间变换回RGB空间;
使用下式将缩减的LMS图像变换回RGB空间,得到最终的模拟图;
R x G x B x = 0.080944 - 0.130504 0.116721 - 0.0102485 0.0540194 - 0.113615 - 0.000365294 - 0.00412163 0.693513 L x M x S x .
6.根据权利要求4所述的应用方法,其特征在于,所述色觉颜色翻译转换采用替代补偿算法,使用色觉异常者能够感知的信号,替代无法感知的颜色信息。
7.根据权利要求6所述的应用方法,其特征在于,所述颜色的转换为将某种颜色改变为不同的颜色。
8.根据权利要求6所述的应用方法,其特征在于,所述颜色的转换为将某种颜色的亮度级别改变成不同的亮度级别。
9.根据权利要求6所述的应用方法,其特征在于,所述颜色的转换为将某种颜色的纹理设置改变成不同的纹理设置。
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