CN104586365A - 面色心理感知量化及适应性判别方法 - Google Patents

Abstract

面色心理感知量化及适应性判别方法属于中医色诊的客观化研究领域。在各类面色样本采集基础上，确定各类面色度心理感知度量范围两端的色度物理刺激量。同时，通过心理物理实验确定各类面色心理感知的初始等距单位。以该等距单位对各面色度心理感知度量范围均匀等分，得到初始感觉等距色块。由观察者调整各等分点的物理刺激量，达到心理感觉上的均匀等分，得到最终心理感知等距色块。通过回归建模，计算其在各面色度上的感知量化结果。最后，以颈部肤色为对照色，判别面色所属类别。本方法实现各类面色的单维感知量化，得到各类面色感知坐标上的单维量值，同时结合体现个体正常色的颈部肤色，实现面色类别的适应性分析。

Description

面色心理感知量化及适应性判别方法

技术领域

本发明属于中医色诊的客观化研究领域，特别涉及中医色诊中面色量化领域，用于实现随符合中医认知规律的面色量化，并针对不同人的正常色表现不同，进行面色的适应性判别。

背景技术

在传统中医色诊中，医生在自然光线下目视观察，进行判断分析。这种方法主观性强，易受时间、季节、气候等条件的影响，造成对面部颜色的判别因人因时因地而异，难以获得客观化、定量化的信息，给临床、教学和科研带来了诸多不便，也阻碍了学术交流。随着现代科学技术手段在中医诊断方面的发展，色诊客观化、标准化的研究也成为中医现代化的重要发展方向。

在面色客观化研究中，普遍应用数字图像处理和模式识别技术进行面色分析。在这种模式下，每一种面色均采用某个颜色空间中的多个分量表示，进而给出类别属性，仍缺乏符合中医认知习惯的单维量化及分级方式，对中医面色进行定量度量和类别分析。另一方面，由于面色的个体差异性，不同人的正常面色表现不同，采用统一的标准必然影响判别准确率。因此建立面色变化单维量化描述手段，并根据不同正常色进行适应性的面色判别具有客观必要性。

发明内容

为了实现面色在中医描述规律维度上的量化，需将人眼对面色在这一变化规律下的心理感知进行量化，而心理物理学就是对于人类感知进行量化的一门学科。由于人类对物理刺激的感知具有主观性和差异性，将感知量化的过程受到感觉、心理等多方面因素的影响，因此往往通过统计多个正常受试者的感觉数据，得到具有一定公认度的量化描述规范。

本发明有针对性地采用了视觉心理物理学方法，解决面色在中医描述规律维度上的量化问题。由于中医面色分为黄、白、赤、青、黑、正常六类，而各类面色的变化并非在一个感知维度上，因此以正常色为起点对各类面色建立单维感知量化坐标，分别定义为面黄度、面白度、面赤度、面青度、面黑度。在此基础上，构建面色色度值物理量与各类中医面色度心理感知量的关系，实现面色在各类中医面色感知维度上的量化。针对正常面色的人群差异性，提取体现本色的颈部肤色作为参考，实现面色适应性判别。

本发明具体方案设计如下：在各类面色样本采集基础上，确定各类面色度心理感知度量范围两端的色度物理刺激量。同时，通过心理物理实验确定各类面色心理感知的初始等距单位。以该等距单位对各面色度心理感知度量范围均匀等分，得到初始感觉等距色块。由观察者调整各等分点的物理刺激量，达到心理感觉上的均匀等分，得到最终心理感知等距色块。通过回归建模，建立各类面色心理感知等距色块的物理刺激量与心理感知量之间的关系模型。从而对于任一面色物理刺激量，可由模型计算其在各面色度上的感知量化结果。最后，以颈部肤色为对照色，计算面色及对照色心理感知量坐标比，判别面色所属类别。

依次包括如下步骤：

1.面部面色度心理感知度量范围的确定：

由于建立各面色类别的心理感知度量，需要首先确定进行心理物理实验的各类面色度感知度量的物理刺激量范围。本发明在实际采集到的各类标准面部图像样本基础上，确定各面色类别的物理刺激范围，作为各类面色度的心理感知度量范围。具体步骤如下：

(1)、采集各类中医面色标准图像样本(以标准sRGB空间描述)，需要包含正常色、白色、黄色、赤色、青色、黑色各类用例，共6类；每类用例需要包含100例以上的实例，且由三位以上中医医师给出所属类型标定。

(2)、提取所有图像样本中面部色部的颜色物理量值，并将其转换为与人眼感知相对应的均匀Lab颜色空间；计算各类面色样本Lab坐标平均值，得到各类面色中心Lab坐标，包括正常色、白色、黄色、赤色、青色、黑色中心坐标；寻找距离正常色中心最远的各类面色样本点，作为该类面色度心理感知度量范围终点，由此得到白色度、黄色度、赤色度、青色度、黑色度度量终点物理刺激量Lab值；寻找距离各面色样本中心点最远的正常色样本点，作为该面色度心理感知度量范围起点，由此得到白色度、黄色度、赤色度、青色度、黑色度度量起点物理刺激量Lab值。由此确定各面色度心理感知度量范围两端的物理刺激量值(Lab值)。

2.面部面色度心理感知初始等距单位的确定：

由于面色变化非常轻微，各类面色的度量范围较小，因此为确保感知量化精度，本发明采用局部可察觉阈限(视觉可察觉的最小变化量)作为感知度量的初始等距单位。具体步骤如下：

(1)、求各面色度心理感知度量范围两端物理刺激量的Lab坐标中心点。

(2)、将坐标中心点作为比对色，其与坐标终点Lab值转换到sRGB空间，以图像色块的形式显示在颜色标定过的显示器上。多位观察者判断两种颜色是否有差别。

(3)、若半数以上观察者认为中心点与终点颜色有差别，则计算该中心点与终点间的中心点Lab坐标，作为新的比对色。

(4)、重复步骤(2)-(3)，直至半数以上观察者认为两色比对没有差别。则比对色与坐标终点色的Lab值之差，设为该面色度心理感知坐标的初始等距单位。

3.面部面色度感知等距量表的建立：

因为面色量化需要量表各部分单位相等，没有绝对的零点，因此可以选用等距量表来满足要求。由于不同物理刺激量的可察觉阈限略有差异，因此本发明以上述初始等距单位(局部可察觉阈限)对度量范围进行划分的基础上，通过视觉心理物理实验，对各划分点进行调整，得到最终的心理感觉等分点，建立等距量表。具体步骤如下：

(1)、将各面色度心理感知度量范围按各自的初始等距单位平均等分，得到每个刻度的Lab值。将所有Lab值转换到sRGB空间，以图像色块的形式，沿各面色度感知度量刻度位置顺序，显示在颜色标定过的显示器上。多位观察者以初始等距单位各分量的1/10调整各等分点的Lab值，直至心理感觉各等分点平均等分。

(2)、多位观察者在各等分点的调整结果的平均值，作为心理等距的物理刺激序列。该物理刺激序列与其对应的心理感知等分值，即构成各面色度感知等距量表

4.通过数学建模，得到面部各面色物理量值与心理感知量的函数关系：

将面部各面色刺激物理量(L、a、b)作为输入量，等距量表心理感知量作为输出量，采用回归方法建立两者的函数关系模型。

5.中医面部面色度感知量化：

提取面部图像中需要量化的色部的sRGB值，并将其转换为Lab值，代入面部各面色物理量值与心理感知量的回归模型，即可得到该面部色在各面色度坐标上的感知量化结果。

6.面部面色的适应性判别：

由于肤色受到地域、年龄、性别、季节、生活习惯等多方面的影响，表现为正常面色的个体差异性较大。研究表明，颈部肤色比较准确地反映了个体正常肤色状态。因此本发明在面色度感知量化基础上，以颈部肤色作为个体正常对照色，对面色进行适应性地属性判别。具体步骤如下：

采集受试者面部及颈部sRGB图像，提取各色部及颈部肤色的sRGB值。采用面部面色度感知量化方法，得到色部及颈部肤色在各面色度坐标上的量化值。以颈部肤色为对照色，将其在各面色度坐标上的量化值作为横坐标，色部肤色在各面色度坐标上的量化值作为纵坐标。若某面色度纵横坐标比大于正常人群的纵横坐标比阈值，即可判别色部肤色属于该类面色，坐标比越大表示属该类面色程度越重。

有益效果

本方法可按中医诊断学面色类型的描述规律，实现各类面色的单维感知量化，即由面部图像中面色像素值得到各类面色感知坐标上的单维量值，其数量的大小表示面色在某类面色中的属性程度，同时结合体现个体正常色的颈部肤色，实现面色类别的适应性分析。

传统中医色诊中，对面色的描述是定性的，即用文字描述其所属类别。一般包含正常、黄、白、赤、青、黑。由于文字描述的模糊性和主观差异，给中医病例分析、数据挖掘、疗效评价带来诸多不便，阻碍了中医诊断学的进一步发展。近年来，采用标准图像数据或者色度数据描述面色，成为面色描述走向量化的开端。并在图像数据或色度数据基础上，采用模式识别方法，得到面色分类属性。

但是，基于图像数据或色度数据的描述手段虽然采用数值量化形式，却与中医对面色变化的认知规律无法很好的融合。体现为由于多个通道的综合影响，很难直观地判断面色数据变化带来的属性变化(偏赤、偏黄)，而属性变化程度就更难以度量，这对中医诊断信息的收集与分析是非常不利的。而目前的分类识别算法，也仅得到面色所属类别，无法得到面色在某类别中的属性程度。此外，由于面色的个体差异性，不同人的正常面色表现不同。仅根据面部颜色数据进行面色识别往往得到不准确的结果。

采用本方法，则会根据中医面色属性变化感知，在黄、白、赤、青、黑各类别中建立心理感知坐标度量方式。任一面色可以通过建立的函数关系，得出在各类面色感知坐标上的量值。同时，以颈部肤色为正常色对照，通过计算面色及对照色的坐标比，适应性地得出面色的所属类别。由此，可以用一维量值简单直观地描述面色在某个类别中的属性程度，并得到面色相对个体正常色的属性类别。而某类人群面色的分布范围，也可用其所属类别感知坐标上的一维量值范围来表示。这种描述手段，将量化描述与中医认知规律相结合，突破了目前采用多维颜色空间描述面色的局限性，实现了真正意义上的中医面色量化表示有利于推动色诊客观化研究。

具体实施方式

本方法中涉及的心理物理实验均是在暗室条件下进行，通过一台经颜色矫正的LED显示器显示刺激色块，对10位以上具有正常色觉的观测者进行心理物理实验。具体实施过程如下：

1.面部面色度心理感知度量范围的确定：

(1)、采集各类中医面色标准图像样本，需要包含正常色、白色、黄色、赤色、青色、黑色各类用例，共6类；每类用例需要包含100例以上的实例，且由三位以上中医医师给出所属类型标定。图像采集需采用准确的白平衡和曝光设置，以确定的颜色空间，如sRGB空间，输出图像数据，保证图像数据的规范性。

(2)、提取所有图像样本中面部色部的颜色物理量值，并将其转换为与人眼感知相对应的均匀Lab颜色空间。

计算各类面色样本Lab坐标平均值，得到各类面色中心Lab坐标。以黄色类别为例,设单个黄色样本i的Lab坐标s_yi＝[L_yi,a_yi,b_yi],则黄色中心Lab坐标其中N为黄色样本数。同样得到正常色类别中心Lab坐标

寻找距离正常色中心最远的各类面色样本点，作为面色度心理感知度量范围终点。以黄色类别为例，黄色度心理感知范围终点Lab坐标 $s_{\mathrm{ye}}=[L_{\mathrm{ye}},a_{\mathrm{ye}},b_{\mathrm{ye}}]=\underset{1\≤i\≤N}{\max }\left\{\right|s_{\mathrm{yi}}-\stackrel{\‾}{s_n}\left|\right\}$

寻找距离各面色度中心点最远的正常色样本点，作为该面色度心理感知度量范围起点。以黄色类别为例，黄色度心理感知范围起点Lab坐标 $s_{\mathrm{ys}}=[L_{\mathrm{ys}},a_{\mathrm{ys}},b_{\mathrm{ys}}]=\underset{1\≤i\≤M}{\max }\left\{\right|s_{\mathrm{ni}}-\stackrel{\‾}{s_y}\left|\right\},$ 其中M为正常色样本数。

由此确定各面色度心理感知度量范围两端的物理刺激量值(Lab值)，即起点坐标s_ys和终点坐标s_ye。

2.面部面色度心理感知初始等距单位的确定：

(1)、求各面色度心理感知度量范围两端物理刺激量的Lab坐标中心点，将坐标中心点作为初始比对色。以黄色类别为例，黄色心理感知度量初始比对色c_y＝(s_ye+s_ys)/2。

(2)、将比对色c_y与终点坐标s_ye转换到sRGB空间，以图像色块的形式显示在颜色标定过的显示器上。多位观察者判断两种颜色是否有差别。

(3)、若半数以上观察者认为比对色与终点颜色有差别，则计算该比对色与终点间的中心点Lab坐标c′_y＝(s_ye+c_y)/2，并将c′_y赋予c_y，作为新的比对色。

(4)、重复步骤(2)-(3)，直至半数以上观察者认为两色比对没有差别。则比对色与坐标起点色的Lab值之差，设为该面色度心理感知坐标的初始等距单位，黄色度心理感知坐标的初始等距单位u_y＝s_ye-c_y。

3.面部面色度感知等距量表的建立：

(1)、将各面色度心理感知度量范围按各自的初始等距单位平均等分，得到每个刻度的Lab值。以黄色类别为例，即以u_y为步距，等分黄色度起点s_ys与终点s_ye之间的感知区域，确定各等分点的物理刺激量Lab值，d_i＝[L_i,a_i,b_i]＝s_ys+iu_y，i＝1,2,…,n-1，其中得到黄色类别初始等分物理刺激集合D_y＝[s_ys,d₁,d₂,…,d_n-1,s_ye]。

将集合D_y所有Lab值转换到sRGB空间，以图像色块的形式，沿各面色度感知度量刻度位置顺序，显示在颜色标定过的显示器上。多位观察者以初始等距单位各分量的1/10调整各等分点的Lab值，直至心理感觉各等分点平均等分。以黄色类别为例，即计算u_y/10＝[L_t,a_t,b_t]，以L_t,a_t,b_t为各坐标步距调整各等分点颜色，得到每位观察者调整后的感知等分点物理刺激集合 ${\tilde{D}}_{\mathrm{yk}}=[s_{\mathrm{ys}},{\tilde{d}}_{1k},{\tilde{d}}_{2k},...,{\tilde{d}}_{n-1k},s_{\mathrm{ye}}],$ k＝1,2,…,m，其中 ${\tilde{d}}_{\mathrm{ik}}=[{\tilde{L}}_{\mathrm{ik}},{\tilde{a}}_{\mathrm{ik}},{\tilde{b}}_{\mathrm{ik}}],$ m为观察者数量。

(2)、多位观察者在各等分点的调整结果的平均值，作为心理等距的物理刺激序列。以黄色类别为例，最终心理等距的物理刺激序列 ${\tilde{D}}_y=[s_{\mathrm{ys}},{\tilde{d}}_{1k},{\tilde{d}}_{2k},...,{\tilde{d}}_{n-1},s_{\mathrm{ye}}],$ 其中 ${\tilde{d}}_i=[{\tilde{L}}_i,{\tilde{a}}_i,{\tilde{b}}_i]=\frac{1}{m}\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\tilde{d}}_{\mathrm{ik}}.$ 该物理刺激序列与其对应的心理感知等分值，即构成各面色度感知等距量表。黄色类别中，心理感知等分值为0,1,2,…,n-1,n，物理刺激量序列为

4.通过数学建模，得到面部各面色物理量值与心理感知量的函数关系：

将面部各面色刺激物理量(L、a、b)作为输入量，等距量表心理感知量作为输出量，采用回归方法建立两者的函数关系模型。

5.中医面部面色度感知量化：

提取面部图像中需要量化的色部的sRGB值，并将其转换为Lab值，代入面部各面色物理量值与心理感知量的回归模型，即可得到该面部色在各面色度坐标上的感知量化结果。

6.面部面色的适应性判别：

采集受试者面部及颈部sRGB图像，提取各色部及颈部肤色的sRGB值。

采用面部面色度感知量化方法，将sRGB值转换为Lab值，代入面部各面色物理量值与心理感知量的回归模型，得到色部及颈部肤色在各面色度坐标上的量化值。如色部在黄色度坐标上的心理感知量化值v_yf，颈部肤色在黄色度坐标上的心理感知量化值v_yn。

以颈部肤色为对照色，将其在各面色度坐标上的量化值作为横坐标，色部肤色在各面色度坐标上的量化值作为纵坐标，计算纵横坐标比。如黄色度纵横坐标比

若某面色度纵横坐标比大于正常人群的纵横坐标比阈值，即可判别色部肤色属于该类面色，坐标比越大表示面色程度越重。以黄色类别为例，若R_y＞R_yn，则判别面色属于黄色。其中，R_yn为正常人群黄色度纵横坐标比的最大值，其中M为正常色样本数。

Claims (1)

1.面色心理感知量化及适应性判别方法，其特征在于依次包括如下步骤：

1)面部面色度心理感知度量范围的确定：

(1)、采集各类中医面色标准图像样本，以标准sRGB空间描述，需要包含正常色、白色、黄色、赤色、青色、黑色各类用例，共6类；每类用例需要包含100例以上的实例，且由三位以上中医医师给出所属类型标定；

(2)、提取所有图像样本中面部色部的颜色物理量值，并将其转换为与人眼感知相对应的均匀Lab颜色空间；计算各类面色样本Lab坐标平均值，得到各类面色中心Lab坐标，包括正常色、白色、黄色、赤色、青色、黑色中心坐标；寻找距离正常色中心最远的各类面色样本点，作为该类面色度心理感知度量范围终点，由此得到白色度、黄色度、赤色度、青色度、黑色度度量终点物理刺激量Lab值；寻找距离各面色样本中心点最远的正常色样本点，作为该面色度心理感知度量范围起点，由此得到白色度、黄色度、赤色度、青色度、黑色度度量起点物理刺激量Lab值；由此确定各面色度心理感知度量范围两端的物理刺激量值Lab值；

2)面部面色度心理感知初始等距单位的确定：

(1)、求各面色度心理感知度量范围两端物理刺激量的Lab坐标中心点；

(2)、将坐标中心点作为比对色，其与坐标终点Lab值转换到sRGB空间，以图像色块的形式显示在颜色标定过的显示器上；多位观察者判断两种颜色是否有差别；

(3)、若半数以上观察者认为中心点与终点颜色有差别，则计算该中心点与终点间的中心点Lab坐标，作为新的比对色；

(4)、重复步骤(2)-(3)，直至半数以上观察者认为两色比对没有差别；则比对色与坐标终点色的Lab值之差，设为该面色度心理感知坐标的初始等距单位；

3)面部面色度感知等距量表的建立：

(1)、将各面色度心理感知度量范围按各自的初始等距单位平均等分，得到每个刻度的Lab值；将所有Lab值转换到sRGB空间，以图像色块的形式，沿各面色度感知度量刻度位置顺序，显示在颜色标定过的显示器上；多位观察者以初始等距单位各分量的1/10调整各等分点的Lab值，直至心理感觉各等分点平均等分；

(2)、多位观察者在各等分点的调整结果的平均值，作为心理等距的物理刺激序列；该物理刺激序列与其对应的心理感知等分值，即构成各面色度感知等距量表

4)通过数学建模，得到面部各面色物理量值与心理感知量的函数关系：

将面部各面色刺激物理量(L、a、b)作为输入量，等距量表心理感知量作为输出量，采用回归方法建立两者的函数关系模型；

5)中医面部面色度感知量化：

提取面部图像中需要量化的色部的sRGB值，并将其转换为Lab值，代入面部各面色物理量值与心理感知量的回归模型，即可得到该面部色在各面色度坐标上的感知量化结果；

6)面部面色的适应性判别：

采集受试者面部及颈部sRGB图像，提取各色部及颈部肤色的sRGB值；采用面部面色度感知量化方法，得到色部及颈部肤色在各面色度坐标上的量化值；以颈部肤色为对照色，将其在各面色度坐标上的量化值作为横坐标，色部肤色在各面色度坐标上的量化值作为纵坐标；若某面色度纵横坐标比大于正常人群的纵横坐标比阈值，即可判别色部肤色属于该类面色，坐标比越大表示属该类面色程度越重。