CN104270588A

CN104270588A - 一种色盲色觉辅助装置

Info

Publication number: CN104270588A
Application number: CN201410477904.3A
Authority: CN
Inventors: 刘一清; 方挺
Original assignee: East China Normal University
Current assignee: East China Normal University
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2015-01-07

Abstract

本发明公开了一种色盲色觉辅助装置，该装置包括视频采集设备、视频接收电路、高速数字信号处理器、测试图像存储及加载接口电路、内存电路、视频发送电路以及显示镜片，其中高速数字信号处理器完成视频源数据选择、RGB三色通道增益调节以及亮度、对比度的调整。本发明在色盲患者障碍色段上通过调节采集到的视频信号对应色通道的增益，使得患者能够正确辨别出该色段所包含的色觉信息。通过数字视频处理，本发明为辅助色盲患者正确识别颜色信息提供了一种可行的解决方案。

Description

一种色盲色觉辅助装置

技术领域

本发明涉及数字视频信号处理技术领域，特别是针对色盲患者视频信号处理的一种色盲色觉辅助装置。

背景技术

人类视觉感受器有两种，一种叫视杆细胞，另一种叫视锥细胞。视杆细胞主要分布在视网膜外侧，负责在暗光条件下接收光信息，对色觉不起作用；视锥细胞主要分布在视网膜中心凹槽处，负责在明亮的环境中接收光信息，同时也是感知颜色的不可或缺的重要组成部分。视锥细胞类型有三种：长波型，中波型和短波型，也叫做红色型，绿色型和蓝色型（R型，G型和B型）。每种视锥细胞感知一定波长范围内的光，传递给大脑形成丰富多彩的颜色信息。

目前绝大多数色盲患者表现为一种或者两种视锥细胞功能异常，导致对其中一种或者两种颜色识别障碍，具体表现为对特定颜色信息欠敏感或者过敏感，例如常见的红色盲和绿色盲。依据对颜色识别能力的强弱，色盲有完全色盲和不完全色盲之分，不完全色盲又叫色弱，但社会上统称为色盲。这些患者一部分是先天性的，另一部分则为后天性的。后天性色盲因病而得，病好可以恢复；对于先天性患者，往往是遗传而得，无法治疗。目前色盲的色觉主要通过光学矫正的方法得以改善。光学矫正的方法为色盲患者佩戴镀有特殊膜的眼镜，减弱进入眼睛的过敏感色段的光来达到矫正的目的，而对于欠敏感色段，光学矫正显得无能为力。而且色盲的种类各异，商品化生产的色盲眼镜无法达到理想的矫正效果。

头戴显示技术的发展使得该技术获得极大的应用空间，这一原本用于军事化的技术的民用化，使得其在显示增强、虚拟现实以及立体显示等领域获得前所未有的拓展。在便携性、低功耗乃至美观性等方面，头戴显示器都有着无可比拟的优点。

发明内容

本发明的目的是针对现有色盲色觉矫正方法的不足而提供一种基于数字视频处理技术的色觉辅助装置。该装置将捕获的光学信号转化成的数字视频信号并通过数字视频处理技术把数字视频信号分解为R、G、B三色数字通道，通过单独调整每个通道的增益，增大或者减弱每个通道的光强度，并通过显示镜片的显示调整后的视觉信息。

本发明的目的是这样实现的：

一种色盲色觉辅助装置，该装置包括：

视频采集设备：用于采集外界的视觉信息并且能转化为数字视频信号形式输出；

视频接收电路：与视频采集设备连接，用于接收数字视频信号，并且将其分离成独立的R、G、B三色数字通道输出；

测试图像存储及加载接口电路：存储标准色盲检测图，并将图像信号分离为独立的R、G、B三色的数字通道输出；

高速数字信号处理器：一路与测试图像存储及加载接口电路相连，负责接收来自该接口电路输出的标准色盲检测图信号，通过该检测图，定位色盲患者的障碍色段，调节对应色通道的增益；另一路与视频接收电路相连，负责接收来自视频接收电路提供的数字视频信号；最后通过调整亮度和对比度，输出色盲患者能够正确识别颜色信息并感觉舒适清晰的数字视频；

内存电路：与高速数字信号处理器相连，完成高速数字信号处理器的正常运行所需要的大量数据存储与读取的工作；

视频发送电路：连接高速数字信号处理器，用以接收高速数字信号处理器输出的数字视频；

显示镜片：连接视频发送电路，用来显示经过矫正的数字视频，从而色盲患者能正确识别色觉信息。

所述高速数字信号处理器包括视频源选择控制模块、色谱测试与调节模块、内存控制模块、色空间转换模块A、亮度与对比度调节模块和色空间转换模块B，其中，视频源选择控制模块通过内存电路和色谱测试与调节模块相连；内存控制模块与内存电路连接，用于控制视频数据的存储和读取；色空间转换模块A连接在色谱测试与调节模块之后，通过R、G、B三色数字通道转换出亮度通道；亮度与对比度调节模块和色空间转换模块A相连，用以在亮度通道上调节视频的亮度和对比度；色空间转换模块B和亮度与对比度调节模块相连，负责从数字视频的亮度通道转换回R、G、B三色数字通道，并将这三色数字通道从高速数字信号处理器输出。

与现有色盲色觉辅助装置相比，本发明的有益效果是：

⑴依据数字视频处理技术调节色通道增益，对色盲患者识别欠敏感或者过敏感色段信息都有良好的辅助效果，同时也适用于更多种类和等级不同的色盲患者的色觉辅助矫正；

⑵当色盲患者色盲等级发生变化时，可以通过本发明色增益调节按钮灵活调节色通道增益，使得患者色盲色觉得以辅助矫正；

⑶通过亮度和对比度模块的调节，色盲患者能够更好地在不同光强度的条件下准确识别颜色。

附图说明

图1为本发明外形图；

图2为本发明电路结构框图；

图3为本发明高速数字信号处理器内部结构示意图；

图4为本发明操作流程图。

具体实施方式

参阅图1，本发明为一头戴显示系统，其中视频采集设备1采集外界光学信息并转化为数字视频信号供内部电路处理，显示镜片7显示经过色觉矫正的数字视频，色盲患者通过观看该视频来正确识别外界的颜色信息。本发明的视频选择按钮8用以选择内部的高速数字信号处理器连接至视频接收电路还是测试图像存储及加载接口电路；增益调节按钮TR、TG、TB用以调节对应数字视频色通道增益；亮度调节按钮9、对比度调节按钮10用以调节数字视频亮度和对比度。

参阅图2，本发明由视频采集设备1、视频接收电路2、高速数字信号处理器3、测试图像存储及加载接口电路4、内存电路5、视频发送电路6和显示镜片7组成。测试图像存储及加载接口电路4能提供标准的色盲检测图信号，帮助定位色盲患者的类型和等级，并通过高速数字视频信号处理器3的调节，使得色盲患者的色觉得以辅助矫正；通过调节障碍色段对应色通道的增益，患者能够正确识别标准色盲检测图的所包含的色觉信息后，高速数字信号处理器3断开与测试图像存储及加载接口电路4的连接，将视频接收电路2接入，与视频发送电路6和显示镜片7构成了能够辅助色盲患者正确识别外界的色觉信息的头戴显示装置。本发明能够在原本限制患者正确识别颜色的领域得以应用，例如驾驶、化工、观影等。

参阅图3，本发明的色觉信息调整矫正任务在高速数字信号处理器中进行，该处理器中包含以下模块：

a) 视频源选择控制模块：在视频源选择信号的控制下，选择视频接收电路或者测试图像存储及加载接口电路提供的信号作为视频源输入至内存电路；

b) 内存控制单元：连接内存电路，负责内存电路的数据流写入与读出，保证本视频数据能够得到及时有效的处理；

c) 色谱测试与调节模块：连接内存电路，负责接收来自内存电路的视频数据信号，同时通过调整R通道、G通道或者B通道的增益，使得色盲患者能够正确识别原本欠敏感或者过敏感的色段的色觉信息；

d) 色空间转换A（RGB->YC_bC_r）模块：将RGB色空间转换到YC_bC_r色空间获取亮度通道Y，从而进行亮度和对比度的调节；

e) 亮度、对比度调节模块：在Y通道上调节视频信号的亮度和对比度，使得色盲患者获得更加清晰舒适的视觉信号；

f) 色空间转换B（YC_bC_r->RGB）模块：重新将YC_bC_r色空间转换回RGB色空间，将调整处理后的数字视频信号从高速数字信号处理器输出并输入给视频发送电路。

参阅图4，为本发明操作流程图。本发明要实现对色盲患者色觉辅助矫正，主要完成如下几个过程：

a) 色盲患者佩戴头戴显示器，等待开启装置；

b) 装置开启后，PC机将标准色盲检测图像通过USB接口传送到测试图像存储及加载接口电路中，传输完成后，断开PC机；

c) 高速数字信号处理器内的视频选择控制模块连接到测试图像存储及加载接口电路，依据色盲患者对头戴显示器上显示的测试图像信息的识别反馈，准确定位色盲患者类别及等级；

d) 依据色盲患者类别和等级，在高速数字信号处理器内的色谱测试与调节模块调整相关色通道的增益，使得患者能够准确识别出测试图像原本有障碍的色段上所包含的色觉信息；

e) 高速数字信号处理器内的视频选择控制模块断开与测试图像存储及加载接口电路的连接，选择视频接收电路提供的视频信号接入高速数字信号处理器；

f) 最后通过亮度与对比度模块的调节，使得显示镜片上显示色盲患者感觉舒适清晰的视频信息。这样色盲患者通过本发明看外部世界的色觉得到辅助矫正。

实施例

众所周知，色盲色弱患者由于对交通信号灯及部分交通标志的识别障碍，不能驾驶机动车辆。本发明可以辅助色盲色弱患者识别颜色，使其也可以和正常色觉的人群一样驾驶机动车辆。例如，对红色识别的色盲色弱患者，首先将本发明佩戴于头部，并将本发明通过USB数据线连接到PC机，开启本发明，通过PC机将标准色盲检测图传送至本发明，传输完成后，断开PC机与本发明的连接；然后，通过视频选择按钮选择测试图像存储及加载接口电路作为视频数据源输入高速数字信号处理器，显示镜片上显示标准色盲检测图，通过增益调节按钮TR调节R通道的增益，使得色盲患者能够准确识别出红色段所包含的信息；接着，高速数字信号处理器通过视频选择按钮断开与测试图像存储及加载接口电路的连接，选择视频接收电路作为视频数据源输入高速数字信号处理器，通过亮度和对比度调节按钮调整合适的亮度和对比度，这样经观看本发明显示镜片上显示的视频，红色盲患者观看外部世界的色觉就得到辅助矫正；最后，通过佩戴本装置，红色盲患者正确识别出交通信号灯信号以及交通标志中红色部分的信息，可以正常驾驶机动车辆了。

Claims

1.一种色盲色觉辅助装置，其特征在于该装置包括：

视频采集设备：用于采集外界的视觉信息并将其转化为数字视频信号输出；

视频接收电路：与视频采集设备连接，用于接收数字视频信号，并且将其分离成独立的R、G、B三色数字通道输出；测试图像存储及加载接口电路：存储标准色盲检测图，并将图像信号分离为独立的R、G、B三色的数字通道输出；高速数字信号处理器：一路与测试图像存储及加载接口电路相连，负责接收来自该接口电路输出的标准色盲检测图信号，通过该检测图，定位色盲患者的障碍色段，调节对应色通道的增益；另一路与视频接收电路相连，负责接收来自视频接收电路提供的数字视频信号；最后通过调整亮度和对比度，输出色盲患者能够正确识别颜色信息并感觉舒适清晰的数字视频；内存电路：与高速数字信号处理器相连，完成高速数字信号处理器的正常运行所需要的大量数据存储与读取工作；视频发送电路：连接高速数字信号处理器，用以接收高速数字信号处理器输出的数字视频；显示镜片：连接视频发送电路，用来显示经过矫正的数字视频，从而色盲患者能正确识别色觉信息。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述高速数字信号处理器包括视频源选择控制模块、色谱测试与调节模块、内存控制模块、色空间转换模块A、亮度与对比度调节模块和色空间转换模块B，其中，视频源选择控制模块通过内存电路和色谱测试与调节模块相连；内存控制模块与内存电路连接，用于控制视频数据的存储和读取；色空间转换模块A连接在色谱测试与调节模块之后，通过R、G、B三色数字通道转换出亮度通道；亮度与对比度调节模块和色空间转换模块A相连，用以在亮度通道上调节视频的亮度和对比度；色空间转换模块B和亮度与对比度调节模块相连，负责从数字视频的亮度通道转换回R、G、B三色数字通道，并将这三色数字通道输出。