CN114820386A

CN114820386A - 一种终端显示设备用色盲色弱彩色图像增强系统

Info

Publication number: CN114820386A
Application number: CN202210581864.1A
Authority: CN
Inventors: 马瑞青; 张运红; 强彦; 阎鹏飞; 高强; 谭军
Original assignee: Taiyuan University of Technology; China National Institute of Standardization
Current assignee: Taiyuan University of Technology; China National Institute of Standardization
Priority date: 2022-05-26
Filing date: 2022-05-26
Publication date: 2022-07-29

Abstract

本发明公开了一种终端显示设备用色盲色弱彩色图像增强系统，首先通过三张色盲检查图图片和FarnsworthD15测验对用户进行色觉异常检测和分类，将用户分为色盲和普通色弱，色盲包括红色盲、绿色盲和蓝色盲，普通色弱包括红色弱、绿色弱和蓝色弱，然后针对色盲用户通过调整自然度和对比度两个参数自定义最后得到的彩色图像增强后的效果，针对普通色弱者，采用普通色弱者平均颜色匹配函数，得到普通色弱者的模拟图像，在此基础上，通过提高色弱者不敏感颜色的饱和度，获得色弱者的增强图像，本发明不仅能筛选出色盲还能筛选出普通色弱的患者，准确度高，筛选的速度快。

Description

一种终端显示设备用色盲色弱彩色图像增强系统

技术领域

本发明涉及色盲色弱人群的检测中的图像处理技术领域，具体为一种终端显示设备用色盲色弱彩色图像增强系统。

背景技术

人类对物体颜色的感知，主要通过以下过程。在光源照射下物体表面的反射光谱首先被人眼视网膜中的光感受体接收，视网膜中包括三种光感受体，分别为L锥体、M锥体和S锥体。三种锥体接收到的信号由两个彩色对立通道，分别为红-绿对立通道(L-2M)和蓝-黄对立通道(S-(L+M))，和一个亮度通道(L+M)进行编码。正常色觉者需要红、绿、蓝三种颜色来匹配出光谱中的所有颜色，被称为正常三色觉者。大部分人为正常三色觉者，但有部分人由于遗传基因导致视网膜中L或M锥体的缺失或变异，使得他们的红绿颜色辨别能力下降，即红绿色觉异常者。红绿色觉异常又可分为四种类型：红色盲、绿色盲、红色弱和绿色弱。红色盲由L锥体的缺失导致，而绿色盲由M锥体的缺失导致，他们可以用蓝色和黄色匹配出光谱中的所有的颜色，被称为二色觉者。红色弱具有正常的M和S锥体，由L锥体感光色素的变异导致，即红色弱的L’锥体感光曲线的峰值波长向中波长方向偏移。绿色弱具有正常的L和S锥体，由M锥体感光色素的变异导致，即绿色弱的M’锥体感光曲线的峰值波长向长波长方向偏移。和正常色觉者一样红绿色弱需要红、绿、蓝三种颜色来匹配出所有颜色，只是前者需要更多的红色，而后者需要更多的绿色，红绿色弱被称为异常三色觉者。红绿色觉异常者在中国男性中的比例为4％到6.5％，在女性中的比例为0.4％到1.7％；其中红色盲占大约1％，绿色盲占1％，红色弱占1％，而绿色弱占5％。蓝色觉异常基本由后天疾病导致，在色觉异常者中占比极少。

目前，随着多媒体技术的发展，正确感知色彩并且从色彩中获取信息的能力显得越来越重要。我们每天都在各种类型的终端显示设备，如智能手机、电视等中接触到彩色图像和视频，并通过它们来交流。色觉异常者由于颜色辨别能力的下降，从彩色图像或视频中获取信息的能力也受到限制。各种终端显示设备，尤其是智能手机，已开始考虑色觉异常者用户，但是这些系统仅仅针对色盲群体，忽略了占大多数的色弱群体，因此，亟待一种改进的色盲检测系统来解决现有技术中所存在的这一问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不仅能筛选出色盲还能筛选出普通色弱的患者，准确度高，筛选的速度快的终端显示设备用色盲色弱彩色图像增强系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种终端显示设备用色盲色弱彩色图像增强系统，所述

步骤一、通过三张色盲检查图图片和FarnsworthD15测验对用户进行色觉异常检测和分类，将用户分为色盲和普通色弱；

步骤二、针对色盲用户通过调整自然度和对比度两个参数自定义最后得到的彩色图像增强后的效果；

步骤三、针对普通色弱者，采用普通色弱者平均颜色匹配函数，得到普通色弱者的模拟图像，在此基础上，通过提高色弱者不敏感颜色的饱和度，获得色弱者的增强图像。

优选的，所述根据步骤一

a、首先从色盲检查图中挑选三张图片，一张用于检测红色觉异常，一张用于检测绿色觉异常，另一张用于检测蓝色觉异常；

b、用户通过读取这三张图片可被检测出是红色觉异常、绿色觉异常还是蓝色觉异常，之后用户如果通过了D-15测验，则被判定为该类型普通色弱；

c、如果没有通过D-15测验，则被判定为该类型色盲；

d、没有通过D-15测验指的是用户的排序结果存在跨线，如果跨线与绿色盲线(位于色棋号2,3和12,13之间)平行，则为绿色盲；

e、与红色盲线(位于色棋号3,4和13,14之间)平行，则可判定为红色盲，如果与蓝色盲线平行，则可判定为蓝色盲。

优选的，所述根据步骤二

a、在获得用户输入的对比度和自然度两个参数后，首先进行色盲图像模拟，在模拟后的图像上选择性地使用特定增强算法；

b、根据要使用系统的终端显示设备的颜色特性，将原始图像的RGB值转换为CIE三刺激值XYZ；

c、根据锥体响应函数定义的矩阵，将三刺激值XYZ转换为LMS值，再根据Brettel提出的方法，将LMS值转换为红绿色盲视角下的L’M’S’值，再根据锥体响应函数定义的矩阵的逆，将L’M’S’值转换为X’Y’Z’值；

d、根据终端显示设备的颜色特性，将X’Y’Z’值转换为R’G’B’值，对应的即为色盲模拟图像；

e、模拟图像的基础上，根据用户指定的对比度和自然度参数值，确定色盲彩色图像的增强效果，然后选择合适的色盲增强算法，即可生成色盲增强图像。

优选的，根据步骤三

a、根据终端显示设备的颜色特性和普通色弱者的颜色匹配函数，将原始图像的RGB值转为X’Y’Z’；

b、再通过颜色匹配函数定义的矩阵的逆将X’Y’Z’值转化为R’G’B’值显示出来，即为普通色弱者的模拟图像；

c、通过步骤a、与b的方法在CIE1976 u’v’色彩空间中可以预测对于普通色弱者眼中的图像来说，色调与正常色觉者相比偏移了多少，即可以有一个普通色弱者与正常色觉者之间的色彩空间的映射；

d、针对色弱者模拟图像中损失的颜色，通过提高色彩饱和度来提高普通色弱者的颜色辨别能力，获得普通色弱者的增强图像。

优选的，所述色盲包括红色盲、绿色盲和蓝色盲。

优选的，所述针对色盲的图像增强，通过设置对比度和自然度两个参数，来获得自己想要的增强图像效果，用于色盲彩色图像增强的重着色算法采用了各种不同的技术，着色后的效果在对比度和自然度两个方面具有较大差异。

优选的，所述色盲检查镜匹配实验得出与正常色觉者类似，观察者之间的锥体的感光曲线差异非常小，普通色弱者之间的锥体的感光曲线差异也非常小，用一个平均的感光曲线表示，根据色弱者在色盲检查镜中的平均匹配数据，得到色弱者异常锥体的平均响应函数，即红色弱者的异常L’锥体的峰值波长与正常L锥体的峰值波长相比向M锥体方向偏移了13nm，绿色弱者的异常M’锥体的峰值波长与正常M锥体的峰值波长相比向L锥体方向偏移了17nm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)在模拟图像的基础上，根据用户指定的对比度和自然度参数值，确定色盲彩色图像的增强效果，然后选择合适的色盲增强算法，即可生成色盲增强图像，增强后图像中的对比度较高，这样用户可以依靠高对比度立即识别出图像中的内容；

(2)用一个平均的感光曲线表示，根据色弱者在色盲检查镜中的平均匹配数据，得到色弱者异常锥体的平均响应函数；

(3)本发明不仅能筛选出色盲还能筛选出普通色弱的患者，准确度高，筛选的速度快。

附图说明

图1为本发明的色觉异常检测和分类系统示意图；

图2为本发明的色盲进行彩色图像增强系统示意图；

图3为本发明的普通色弱者进行的彩色图像增强系统示意图；

图4为本发明针对普通色弱者的彩色图像增强流程示意图；

图5为本发明色盲色弱增强模式系统结构示意图。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种终端显示设备用色盲色弱彩色图像增强系统，所述

终端显示设备用色盲色弱彩色图像增强系统进行检测的时候，首先从色盲检查图中挑选三张图片，一张用于检测红色觉异常，一张用于检测绿色觉异常，另一张用于检测蓝色觉异常，用户通过读取这三张图片可被检测出是红色觉异常、绿色觉异常还是蓝色觉异常，之后用户如果通过了D-15测验，则被判定为该类型普通色弱，如果没有通过D-15测验，则被判定为该类型色盲，其中色盲包括红色盲、绿色盲和蓝色盲。

没有通过D-15测验指的是用户的排序结果存在跨线，如果跨线与绿色盲线(位于色棋号2,3和12,13之间)平行则为绿色盲，如果与红色盲线(位于色棋号3,4和13,14之间)平行则可判定为红色盲，如果与蓝色盲线平行则可判定为蓝色盲。

针对色盲的图像增强，用户可以通过设置对比度和自然度两个参数，来获得自己想要的增强图像效果,用于色盲彩色图像增强的重着色算法采用了各种不同的技术，着色后的效果在对比度和自然度两个方面也有较大差异,在获得用户输入的对比度和自然度两个参数后，首先进行色盲图像模拟，在模拟后的图像上选择性地使用特定增强算法，色盲图像增强过程中首先根据要使用系统的终端显示设备的颜色特性，将原始图像的RGB值转换为CIE三刺激值XYZ，根据锥体响应函数定义的矩阵，将三刺激值XYZ转换为LMS值，再根据Brettel提出的方法，将LMS值转换为红绿色盲视角下的L’M’S’值，再根据锥体响应函数定义的矩阵的逆，将L’M’S’值转换为X’Y’Z’值，之后根据终端显示设备的颜色特性，将X’Y’Z’值转换为R’G’B’值，对应的即为色盲模拟图像。

在模拟图像的基础上，根据用户指定的对比度和自然度参数值，确定色盲彩色图像的增强效果，然后选择合适的色盲增强算法，即可生成色盲增强图像，增强后图像中的对比度较高，这样用户可以依靠高对比度立即识别出图像中的内容。

色盲检查镜匹配实验得出与正常色觉者类似,观察者之间的锥体的感光曲线差异非常小，普通色弱者之间的锥体的感光曲线差异也非常小，用一个平均的感光曲线表示，根据色弱者在色盲检查镜中的平均匹配数据，得到色弱者异常锥体的平均响应函数，即红色弱者的异常L’锥体的峰值波长与正常L锥体的峰值波长相比向M锥体方向偏移了13nm，绿色弱者的异常M’锥体的峰值波长与正常M锥体的峰值波长相比向L锥体方向偏移了17nm。

根据终端显示设备的颜色特性和普通色弱者的颜色匹配函数，将原始图像的RGB值转为X’Y’Z’，之后再通过颜色匹配函数定义的矩阵的逆将X’Y’Z’值转化为R’G’B’值显示出来，即为普通色弱者的模拟图像。通过以上方法在CIE1976 u’v’色彩空间中可以预测对于普通色弱者眼中的图像来说，色调与正常色觉者相比偏移了多少，即可以有一个普通色弱者与正常色觉者之间的色彩空间的映射，在此基础上，针对色弱者模拟图像中损失的颜色，通过提高其饱和度来提高普通色弱者的颜色辨别能力，即获得普通色弱者的增强图像。

本发明不仅能筛选出色盲还能筛选出普通色弱的患者，准确度高，筛选的速度快，解决了现有的色觉异常图像增强系统主要针对色盲人群，而忽略了在色觉异常者中占大多数的色弱人群的问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种终端显示设备用色盲色弱彩色图像增强系统，其特征在于：所述

2.根据权利要求1所述的一种终端显示设备用色盲色弱彩色图像增强系统，其特征在于：所述根据步骤一

c、如果没有通过D-15测验，则被判定为该类型色盲；

3.根据权利要求1所述的一种终端显示设备用色盲色弱彩色图像增强系统，其特征在于：所述根据步骤二

4.根据权利要求1所述的一种终端显示设备用色盲色弱彩色图像增强系统，其特征在于：根据步骤三

5.根据权利要求1所述的一种终端显示设备用色盲色弱彩色图像增强系统，其特征在于：所述色盲包括红色盲、绿色盲和蓝色盲。

6.根据权利要求1所述的一种终端显示设备用色盲色弱彩色图像增强系统，其特征在于：所述针对色盲的图像增强，通过设置对比度和自然度两个参数，来获得自己想要的增强图像效果，用于色盲彩色图像增强的重着色算法采用了各种不同的技术，着色后的效果在对比度和自然度两个方面具有较大差异。

7.根据权利要求1所述的一种终端显示设备用色盲色弱彩色图像增强系统，其特征在于：所述色盲检查镜匹配实验得出与正常色觉者类似，观察者之间的锥体的感光曲线差异非常小，普通色弱者之间的锥体的感光曲线差异也非常小，用一个平均的感光曲线表示，根据色弱者在色盲检查镜中的平均匹配数据，得到色弱者异常锥体的平均响应函数，即红色弱者的异常L’锥体的峰值波长与正常L锥体的峰值波长相比向M锥体方向偏移了13nm，绿色弱者的异常M’锥体的峰值波长与正常M锥体的峰值波长相比向L锥体方向偏移了17nm。