CN112773324B - 色觉测量器的色觉测量方法 - Google Patents

Abstract

一种色觉测量器的色觉测量方法，其基本原理就是在明环境条件下，通过适合的显示屏的RGB通道，通过调整RGB亮度比例使图形和背景对l、m、s三种椎体细胞作用并刺激，刺激值按一定的比例分配，从而达到测试目的。l、m、s对应人眼长波敏感(l)、中波敏感(m)和短波敏感(s)的椎体细胞。其RGB亮度比例选用对某一椎体细胞刺激值高于其他两种椎体细胞刺激值，并且其他两种椎体细胞的刺激值满足与无色调背景的刺激值相等的条件。

Description

色觉测量器的色觉测量方法

技术领域

本发明涉及色觉检测领域，尤其涉及色觉测量器的色觉测量方法。

背景技术

在民用交通、化验检验、信号辨别、美术设计、农林园艺中，对色觉认识要求较高中，色觉测量器的应用前景巨大。色觉是指各种不同波长的可见光作用于视觉系统所产生的一种主观感觉，即人眼辨别各种颜色的能力。正常色觉是形觉的一个辅助感觉，可以增进形觉的心理判断，提高视觉质量。色觉检查主要依赖主观检查，即心理物理学色觉检查，包括假同色图、色相排列、色觉镜等试验。假同色图检查简便、易操作，是民航医学体检鉴定中使用最多的检测方法，但因大部分色觉检查本较为普及，色弱程度较轻的受检者在熟记检查本后可能会侥幸通过测试。大部分假同色图不能精确判定色觉异常的类型和程度。随着研究的不断深入，测定色觉的客观电生理方法也取得了一定进展，但其应用仅限于对色觉功能障碍较严重的患者如色盲等的筛查，且只能对部分色觉异常如红绿色盲及绿色盲的识别较好。综上所述，研究和探索色觉客观检查方法具有重要的临床意义和医学价值。

国内民用航空人员色觉检查通常采用假同色板检查法，不同版本对照，筛选出色盲和色弱者。各级体检合格证发明人若为色盲应当评定为不合格，Ⅲb、Ⅳ级体检合格证发明者为色弱者可评定合格，I、Ⅱ、Ⅲa级体检合格证发明人如为色弱，可作个别评定。

颜色辨认在民航飞行实践中起着重要作用，主要用于航空中的信号、仪表、符号、灯光系统及印刷物等方面，是一种辅助而不需要阅读的信息。颜色的使用对检测信号、辨识信息类别及显示器中分割复杂景象等方面起着重要作用。在目前中国民航飞行活动中，助航、进近、跑道、滑行道灯光系统使用颜色种类主要包括红色、绿色、白色、黄色、蓝色，指令标记牌使用颜色种类主要有红色、白色、黄色、黑色。驾驶舱内显示器颜色主要有红色、白色、洋红色、绿色、蓝色及琥珀色；航线图颜色使用较少，主要有黑色、绿色和蓝色。越来越多的颜色种类应用于民航各种重要显示器，如空中交通管制工作所依赖的显示器。通常，设计师在颜色使用的选择（如空中交通指挥系统显示器调色板）时会遵循一组商定的人为因素的行为准则。到目前为止，我国民航针对色弱飞行员能否安全履行职责的评定标准尚未制定，有学者对轻度色觉异常能否构成潜在危险持有异议。

我国现有色觉评定仅将色觉异常定性为色盲和色弱，并无定量或者分级的标准。急需量化色觉评定检查，建立统一的色觉评定标准。为保证飞行安全，提高航空医学选拔和体检鉴定质量，规范航空体检医师鉴定操作势在必行。解决色觉异常航空人员实测不规范、缺乏统一评定流程和鉴定标准等问题，不断更新航空人员色觉测试技术迫在眉睫。为保证飞行安全，减少航空人员工作负荷，成立航空人员色觉检测实验室，结合其工作特点制定全面规范的色觉测试系统如飞行模拟机及空中交通管制显示器色觉测评系统，尽快研发出符合我国国情的航空人员色觉测试系统。在保证飞行安全的基础上，根据飞行过程的具体要求以及色觉缺陷程度，来决定是否颁发或颁发不同限制级别的医学鉴定执照。真实客观评定色觉存在相对缺陷，并以此为依据为发明人提供科学可靠的体检合格证。既是管理方，也是体检医师需要探索和努力的方向。

发明内容

本发明为解决上述问题之一；提供一种色觉测量仪的色觉测量方法，通过设置同心约束机构方式实现：

一种色觉测量器的色觉测量方法，包括如下步骤：

步骤S1、人眼观看显示屏，将显示屏初始化，设置显示屏为无色调背景，人眼注视显示屏，

使人眼中长波敏感锥体细胞、人眼中波敏感锥体细胞、人眼短波敏感锥体细胞的刺激值的比值为：

Sl₀:Sm₀:Ss₀=1:1:1 （1）

其中，Sl₀为无色调情况下长波敏感椎体细胞刺激值，Sm₀为无色调情况下中波敏感椎体细胞刺激值，Ss₀为无色调情况下短波敏感椎体细胞刺激值；

步骤S2、在显示屏上调出易识别图标并调节屏幕背景颜色和亮度，使得：

Sl=Sl₀+Sl_e（2）

Sl:Sm:Ss=(Sl₀+Sl_e):Sm₀:Ss₀=(Sl₀+Sl_e):1:1（3）

其中，Sl为测试条件下长波敏感椎体细胞刺激值，Sm为测试条件下中波敏感椎体细胞刺激值，Ss为测试条件下短波敏感椎体细胞刺激值，Sl_e为长波锥体细胞刺激值的增量，测试多组Sl_e不同时对应的Sl数据；

再次调节易识别图标的背景颜色和亮度，使得：

Sm=Sm₀+Sme（4）

Sl:Sm:Ss=Sl₀:（Sm₀+Sm_e）:Ss₀=1:（Sm₀+Sme）:1（5）

其中，Sme为测试条件下中波锥体细胞刺激值的增量，测试多组Sm_e不同时对应的Sm数据；

再次调节易识别图标的背景颜色和亮度，使得：

Ss=Ss₀+Ss_e（6）

Sl:Sm:Ss=Sl₀:Sm₀:（Ss₀+Ss_e）=1:1：（Ss₀+Ss_e）（7）

其中，Ss_e为测试条件下短波锥体细胞刺激值的增量，测试多组Ss_e不同时对应的Ss数据；

步骤S3、输出测得的各细胞的刺激值比值，筛选各细胞的刺激值比值中人眼能识别的最小差别刺激值比值；

步骤S4、根据细胞刺激值比值和敏感度级数表格和各细胞的最小差别刺激值比值判断人眼各细胞的敏感程度。

优选的，调节所述易识别图标的背景颜色和亮度的方法为调节显示屏的RGB通道。

优选的，所述各细胞的敏感度刺激值的测量方法为：

通过人眼刺激值曲线和RGB亮度曲线计算所述显示屏的灰度值，计算公式为：

（8）

其中，R*为红色通道灰度数值，G*为绿色通道灰度数值，B*为蓝色通道灰度数值，M₁为显示屏数值亮度转换矩阵，M₂为人眼受刺激值到显示屏R、G、B通道亮度转换矩阵。

优选的，所述无色调背景为灰色调。

优选的，所述测试条件下的显示屏亮度在20nits至300nits之间。

优选的，所述人眼通过眼罩与所述易识别图标的距离为500mm。

优选的，所述易识别图标为E视力表。

优选的，所述E视力表的背景亮度为43.2nits。

优选的，所述E视力表的字符视张角为2.5°。

一种色觉测量仪，通过上述的色觉测量方法进行色觉检测，包括壳体、设置在壳体内部的遮光罩、显示屏、显示屏背板、眼罩，所述眼罩设置在所述壳体前端并嵌入到所述壳体中，所述显示屏通过所述显示屏背板安装在所述壳体后端的内壁上，所述遮光罩设置在所述眼罩与所述显示屏之间并使所述眼罩与所述显示屏之间形成暗室。

有益效果：本发明的测量方法具备统一性和数据行，可以通过控制变量法输出人眼对不同的亮度和色调的观察目标时收到的刺激值，然后科研院所或医疗机构可通过刺激值的变化和大小进行人眼分析，分析人眼的色觉程度，为人眼色觉的判断提供了更科学的证据，检查人眼色觉是可以设定统一标准，规范了人眼色觉的判断。

附图说明

图1是本发明一种实施例以长波敏感l锥细胞为变量，不同测试档下各锥细胞l、m、s刺激值比例。

图2是本发明一种实施例的人眼三刺激值曲线和RGB亮度曲线。

图3是本发明一种实施例的色觉测量器。

图4是本发明一种实施例的爆炸图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

一种色觉测量器的色觉测量方法，包括如下步骤：

S1人眼与色觉测量器的眼罩完全适配，人眼观看显示屏；

S2将显示屏初始化，设置显示屏为无色调背景，人眼注视显示屏，

使人眼中长波敏感锥体细胞、人眼中波敏感锥体细胞、人眼短波敏感锥体细胞的刺激值的比值为：

Sl₀:Sm₀:Ss₀=1:1:1 （1）

其中，Sl0为无色调情况下长波敏感椎体细胞刺激值，Sm₀为无色调情况下中波敏感椎体细胞刺激值，Ss0为无色调情况下短波敏感椎体细胞刺激值；

S3在显示屏上调出易识别图标并调节屏幕背景颜色和亮度，使得：

Sl=Sl₀+Sl_e（2）

Sl:Sm:Ss=(Sl₀+Sl_e):Sm₀:Ss₀=(Sl₀+Sl_e):1:1（3）

其中，Sl为测试条件下长波敏感椎体细胞刺激值，Sm为测试条件下中波敏感椎体细胞刺激值，Ss为测试条件下短波敏感椎体细胞刺激值，Sl_e为长波锥体细胞刺激值的增量，测试多组Sl_e不同时对应的Sl数据；

再次调节易识别图标的背景颜色和亮度，使得：

Sm=Sm₀+Sm_e（4）

Sl:Sm:Ss=Sl₀:（Sm₀+Sm_e）:Ss0 =1:（Sm₀+Sm_e）:1（5）

其中，Sm_e为测试条件下中波锥体细胞刺激值的增量，测试多组Sm_e不同时对应的Sm数据；

再次调节易识别图标的背景颜色和亮度，使得：

Ss=Ss₀+Ss_e（6）

Sl:Sm:Ss=Sl₀:Sm₀:（Ss0+Sse）=1:1：（Ss₀+Ss_e）（7）

其中，Ss_e为测试条件下短波锥体细胞刺激值的增量，测试多组Sse不同时对应的Ss数据；

S5筛选各细胞的刺激值比值中人眼能识别的最小差别刺激值比值；

S6根据细胞刺激值比值和敏感度级数表格和各细胞的最小差别刺激值比值判断人眼各细胞的敏感程度。

表1-各细胞刺激值比值和敏感度级数

本表具体含义举例说明：以人眼中长波敏感锥体细胞为例，多次调整易识别图标背景亮度，也就是调整RGB通道中各通道的灰度值使得人眼中仅长波敏感锥体细胞受到刺激的刺激值高于另两个且另两个细胞的刺激值相当，其中，这里为了保证保证另两个细胞刺激值相等，设置RGB通道中G通道和B通道保持的灰度值一致，调整L通道，通过和受测人员交流，找到最舒适的三细胞受刺激比值，其他两个细胞也是类似操作，这样就完成了步骤五5中的筛选工作，这里要说明的是，长波敏感锥体细胞对应的是RGB通道中R通道、人眼中波敏感锥体细胞对应的是RGB通道中G通道、人眼短波敏感锥体细胞对应的是RGB通道中B通道，其中，长波敏感锥体细胞简称L细胞，人眼中波敏感锥体细胞简称M细胞，人眼短波敏感锥体细胞简称S细胞，表1中的L1级为L细胞受刺激值：M细胞受刺激：S细胞受刺激值=1.25:1:1；M1级为L细胞受刺激值：M细胞受刺激：S细胞受刺激值=1:1.245:1；步骤6中的本表1的使用方法为，根据步骤5输出的三细胞受刺激比值在表中分别找出各细胞最近金的受刺激比值，然后找到对应的级别，假设一个测试结果为L细胞受刺激值：M细胞受刺激：S细胞受刺激值=1.13:1:1，最接近为L3级，说明这个人的人眼的L的细胞受刺激程度较弱，眼部视觉可能是色弱、色盲等。本表中1至5级说明该细胞受刺激程度不明显，受刺激程度不明显的锥体细胞有一定的色觉障碍，6和7级属于正常人眼范围，大于等于8级说明对应的椎体细胞色觉敏感。

其中，本发明的方法中的显示屏可以为LCD或OLED显示屏，或者其他合适的显示屏带有RGD通道。本方法的具体步骤主要为：首先，在任何光线条件下，人眼抵接至色觉测量器的眼罩上，然后工作人员通过CPU与显示屏接通调节显示屏，开始为初始化，人眼看到的显示屏为无色调背景，这个无色调背景是指灰色调，或者白色调，但是优选的为灰色调，因为灰色调的情况下，人眼受刺激至更为稳定和准确，受干扰因素更少；然后人眼在灰色调的情况，人眼各细胞会有一个初始化的时候的反馈，但是本方法为了控制变量的方式去测试各个锥体细胞，先让各细胞的比值为1：1：1，这就需要通过如图2所示的人眼三刺激值曲线和RGB通道的强度调整灰度色调的各通道强度，使各个细胞的刺激值相等，此时根据图2的锥细胞刺激值记录Sl₀、Sm₀、Ss₀，通过控制变量法，在Sl₀、Sm₀、Ss₀三个数据中个，通过控制变量法做保持其中两个数据不变，另一个数据增加其刺激程度，并且逐步增加侧击程度建立如图1一样的柱状图，然后控制变量法继续控另一个量改变，另两个量与初始值保持不变，然后再次增加变量的刺激程度，最后测试另一个没有变过量的数据同样的重复操作；三个人眼细胞通过控制变量的测试方式输出关于人眼细胞在不同的刺激的情况下的数据和柱状图，医务人员或者相关科研人员、色觉程度调差人员可通过该数据对人眼进行分析，判断人眼各细胞的情况。

优选的一种实施方式，所述各细胞的敏感度刺激值的测量方法为：

通过人眼刺激值曲线和RGB亮度曲线计算所述显示屏的灰度值，计算公式为：

（8）

其中，R*为红色通道灰度数值，G*为绿色通道灰度数值，B*为蓝色通道灰度数值，M1为显示屏数值亮度转换矩阵，M2为人眼受刺激值到显示屏R、G、B通道亮度转换矩阵。

优选的一种实施方式，所述无色调背景为灰色调。所述测试条件下的显示屏亮度在20nits至300nits之间。所述人眼通过眼罩与所述易识别图标的距离为500mm。

优选的一种实施例，所述易识别图标为E视力表。，所述E视力表的背景亮度为43.2nits。所述E视力表调到0.1档，字符视张角为2.5°。

如图1-图4所示，一种色觉测量器，包括壳体1、设置在壳体1内部的遮光罩2、显示屏3、背板4、眼罩5，所述眼罩5设置在所述壳体1前端并嵌入到所述壳体1中，所述显示屏3通过所述背板4安装在所述壳体1后端的内壁上，所述遮光罩2设置在所述眼罩5与所述显示屏3之间并使所述眼罩5与所述显示屏3之间形成暗室、与所述显示屏3连接并用于调控显示屏3背景颜色的CPU；所述显示屏3带有RGB通道；人眼通过所述眼罩5注视所述显示屏3，所述CPU控制显示屏3由无背景色调变为调出易识别图标，所述CPU调整易识别图标的背景亮度及颜色刺激人眼中的长波敏感锥体细胞、波敏感锥体细胞、人眼短波敏感锥体细胞，所述CPU计算并输出长波敏感锥体细胞、波敏感锥体细胞、人眼短波敏感锥体细胞的刺激值比值。

本色觉测量器的具体结构为壳体1为中间带有空腔的方体，所述遮光罩2为没有上下端口的镂空四棱台，所述四棱台的上台面对接所述眼罩5，所述四棱台的下台面对接所述显示屏3，这里的上台面是常规意义上的棱台上台面，常规的棱台的上台面的面积是小于下台面的面积。壳体1包括前壳面11、后壳网12、下壳网14、上壳面13、左壳面15、右壳面16拼接而成。所述前壳面11的上端边与上壳面13的前端边通过上固定带17和螺钉连接；所述前壳面11的下端边与下壳面的前端边通过下固定带17和螺钉连接。

优选的一种实施方式，所述后壳网12与下壳网14为镂空的网状，所述后壳网12与下壳网14用于散热。

优选的一种实施方式，所述拼接方式为前壳面11、后壳网12、下壳网14、上壳面13、左壳面15、右壳面16的连接处通过型材架18连接，所述前壳面11、后壳网12、下壳网14、上壳面13、左壳面15、右壳面16的连接处的短边设置有与型材架18适配的滑轨。所述左壳面15、右壳面16的表面上设有扣手。所述型材架18与前壳面11、后壳网12、下壳网14、上壳面13、左壳面15、右壳面16之间通过螺钉固定。

以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种色觉测量器的色觉测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、人眼观看显示屏，将显示屏初始化，设置显示屏为无色调背景，人眼注视显示屏，

使人眼中长波敏感锥体细胞、人眼中波敏感锥体细胞、人眼短波敏感锥体细胞的刺激值的比值为：

Sl₀:Sm₀:Ss₀=1:1:1 （1）

其中，Sl₀为无色调情况下长波敏感椎体细胞刺激值，Sm₀为无色调情况下中波敏感椎体细胞刺激值，Ss₀为无色调情况下短波敏感椎体细胞刺激值；

步骤S2、在显示屏上调出易识别图标并调节屏幕背景颜色和亮度，使得：

Sl=Sl₀+Sl_e（2）

Sl:Sm:Ss=(Sl₀+Sl_e):Sm₀:Ss₀ =(Sl₀+Sl_e):1:1（3）

其中，Sl为测试条件下长波敏感椎体细胞刺激值，Sm为测试条件下中波敏感椎体细胞刺激值，Ss为测试条件下短波敏感椎体细胞刺激值，Sl_e为长波锥体细胞刺激值的增量，测试多组Sle不同时对应的Sl数据；

再次调节易识别图标的背景颜色和亮度，使得：

Sm=Sm₀+Sm_e（4）

Sl:Sm:Ss=Sl₀:（Sm₀+Sm_e）:Ss0 =1:（Sm₀+Sm_e）:1（5）

其中，Sm_e为测试条件下中波锥体细胞刺激值的增量，测试多组Sm_e不同时对应的Sm数据；

再次调节易识别图标的背景颜色和亮度，使得：

Ss=Ss₀+Ss_e（6）

Sl:Sm:Ss=Sl₀:Sm₀:（Ss₀+Ss_e）=1:1：（Ss₀+Ss_e）（7）

其中，Ss_e为测试条件下短波锥体细胞刺激值的增量，测试多组Ss_e不同时对应的Ss数据；

步骤S3、输出测得的各细胞的刺激值比值，筛选各细胞的刺激值比值中人眼能识别的最小差别刺激值比值；

步骤S4、根据细胞刺激值比值和敏感度级数表格和各细胞的最小差别刺激值比值判断人眼各细胞的敏感程度。

2.根据权利要求1所述的色觉测量器的色觉测量方法，其特征在于，调节所述易识别图标的背景颜色和亮度的方法为调节显示屏的RGB通道。

3.根据权利要求2所述的色觉测量器的色觉测量方法，其特征在于，所述各细胞的敏感度刺激值的测量方法为：

通过人眼刺激值曲线和RGB亮度曲线计算所述显示屏的灰度值，计算公式为：

（8）

其中，R*为红色通道灰度数值，G*为绿色通道灰度数值，B*为蓝色通道灰度数值，M1为显示屏数值亮度转换矩阵，M2为人眼受刺激值到显示屏R、G、B通道亮度转换矩阵。

4.根据权利要求1所述的色觉测量器的色觉测量方法，其特征在于，所述无色调背景为灰色调。

5.根据权利要求1所述的色觉测量器的色觉测量方法，其特征在于，所述测试条件下的显示屏亮度在20nits至300nits之间。

6.根据权利要求1所述的色觉测量器的色觉测量方法，其特征在于，所述人眼通过眼罩与所述易识别图标的距离为500mm。

7.根据权利要求1所述的色觉测量器的色觉测量方法，其特征在于，所述易识别图标为E视力表。

8.根据权利要求7所述的色觉测量器的色觉测量方法，其特征在于，所述E视力表的背景亮度为43.2nits。

9.根据权利要求8所述的色觉测量器的色觉测量方法，其特征在于，所述E视力表的字符视张角为2.5°。

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