基本信息
- 项目名称：
- 基于色觉模拟与翻译的色异人群辅助系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 色觉异常者无法辨别部分颜色，在色彩斑斓的世界中面临诸多困扰。本项目探索面向色异人群的色觉适配方案设计并实现了面向色异人群的产品，包括实时色觉模拟装置、色觉翻译装置、色异程度等级测试装置、色觉滤镜、拾色器等。色觉模拟为正常人模拟色异者的世界，使他们能对颜色进行沟通；色觉翻译帮助色异者提取彩色图像中的颜色信息；其它装置从不同角度为色异者的日常生活提供帮助。这些装置已开始在相关眼科医院进行测试，效果良好
- 详细介绍：
- 色觉异常者（色盲色弱）无法正常辨别和区分部分颜色，在生活中面临诸多困扰。帮助色觉异常者降低色彩误读的影响，同时在正常色觉人群和色觉异常人群之间建立起沟通的桥梁，具有特殊的意义。本项目针对这一问题，研究了人类色觉成色原理，通过计算机图像处理的方法，在正常色觉与各种色异色觉之间建立了色觉映射关系，设计和实现了具备以下两个基础功能的算法：一、色觉模拟，即通过色域缩减去除色异者无法感知的颜色分量，从而让正常色觉者能够体验各种异常色觉画面，达到沟通的目的；二、色觉翻译，即用色异者能够感知的信号替代他们无法感知的颜色分量，从而帮助他们提取和识别图像中的颜色信息。针对色觉翻译，本项目首次提出了明暗替代法、加色替代法、划线法和描点法四种翻译方法。与传统的方法相比，本项目的成果能够更准确地找到了色异者的颜色盲区，既增强了颜色信息提取的准确性，又减少了翻译后图像的失真。同时，本项目首创性地提出了色异程度分级检测算法，该算法能够精确地检测出色弱的程度级别。针对以上功能与算法，我们开发了一系列产品，其中包括：实时色觉模拟装置与翻译装置、色异程度分级测试、色觉滤镜、拾色器等。最后，我们建立了一个色觉异常者网站，为色异者提供一个获取相关信息和相互交流的网络平台。本项目实现的产品已开始在眼科医院、眼科中心等相关眼科医院进行测试，效果良好。眼科医院医生表示，目前国内还很缺乏这类帮助色异人群的产品，我们的产品对于色异人群很重要。同时，本项目所设计并实现的实用装置和方法已进行了专利申报。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1．基本思路: 为在正常和异常色觉之间建立沟通桥梁，通过计算机图像处理技术在各种色觉之间建立颜色映射关系，实现了色觉模拟和翻译两个基础功能，以及一系列数字化产品。 2．设计目标 1）尝试建立国内第一个色觉翻译标准协议，在有效提取彩色图像颜色信息同时保持画面自然感。2）实现带摄像头智能手机上的色异分级检测、实时模拟与翻译、色觉滤镜、拾色器等功能，将产品应用于主流手机平台。3）建立国内第一个色异分级测试方法，使翻译算法因程度而异。 4）围绕色觉翻译方法，发表国内国际的高水平论文；研发产品申请发明专利，软件著作版权；在Android等应用商店中发布软件。 3．创新点1）技术领先：尝试建立国内第一个色异程度等级测试方法和面向色觉异常者的色觉翻译标准协议2）公益奉献：以“为色觉异常者服务”为团队宗旨，唤起各界共同关注色异人群3）学科交叉：既有软件人员、设计人员、又有眼科专业人员，优势互补4）面向市场：注重系统用户体验，将产品应用到当今主流手机平台开发高质量软件，同时通过眼科医院对色异者进行用户测试。4．关键技术 1）色觉模拟翻译算法：色觉模拟为正常人模拟异常色觉，使各种色觉者能够对颜色进行有效沟通。色觉翻译用色异者能够感知的信号替代无法感知的颜色分量，帮助提取颜色信息。2）实时转换是系统核心功能，目标是在智能手机上将摄像头捕捉的视频画面进行各种色觉实时模拟和翻译。3）首创性地提出了色异分级检测方法，精确地检测出色异的程度级别，从而按不同程度进行翻译，达到更好的效果。
科学性、先进性
- Brettel等通过图像处理模拟出各种异常色觉，却没有为色异者正确理解图像的信息提供有效帮助，没有形成实用性产品。本项目基于Brettel的模拟算法，提出了基于替代补偿的色觉翻译算法，利用色异者能够感知的颜色信息替代无法感知的颜色，便能帮助他们有效提取图像中的颜色。与传统色觉辅助方法相比，本算法更加准确地找到了色异者的颜色“盲区”，提供了四种分别适于不同的翻译场景的替代策略（明暗替代法、加色替代法、画线法、描点法），这些算法既能增强颜色信息提取的准确性，又能减少翻译后的图像失真。本项目还在原设计基础上实现了手机、pc端的产品，并建立了一个面向色觉异常者的网站，为色觉异常者提供一个获取信息和相互交流的平台，为本项目的算法以及系列产品提供一个推广和验证的途径。 Machado提出了各个级别色弱的视觉模拟方法，却未提出应用方法。本项目根据其模拟方法，设计并实现了色异等级测试，让翻译算法可因程度而异，也为减少色异人群在生活中受到的颇多限制提供了依据，如可以取消对某程度色弱的高考专业限制等。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年泛珠三角大学生计算机作品赛广东赛区一等奖、最佳答辩奖 2010年学校科技创新大赛一等奖 2010年学校第四届软件创新设计大赛二等奖、最佳创意奖 第十一届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛校内赛一等奖 第十一届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛广东省赛一等奖 2011年6月，本项目产品在眼科医院、眼科中心进行实际测试，效果良好，眼科中心医生表示，目前国内类似的色异人群辅助产品较为缺乏，我们的系统对色觉异常者来说很重要，有发展应用和推广的潜力。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品、模型、磁盘、现场演示、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1．技术特点和优势：本项目在本科科研项目的基础上，实现了面向色异人群的色觉模拟和翻译算法，得到了专家评委的肯定支持。我们在原有基础上对算法和产品进行改进，尝试建立国内第一个面向色异人群的色觉翻译标准和色异分级检测方法，完善产品可用性和用户体验。本项目团队成员来自软件学院、信息与科学技术学院、医学院和传播与设计学院，充分发挥学科优势互补，开发高质量软件产品。 2．市场分析：本项目产品包括色异分级检测装置、实时色觉模拟装置、色觉翻译装置、色觉滤镜、拾色器，产品应用于多个主流移动终端，面向正常色觉用户和各种异常色觉者。世界上有很大一部分人是色觉异常者，其中约8%是男性，本系统的色觉翻译功能，可以辅助他们有效提取彩色图像中的颜色信息，解决彩色生活中的困扰。政府机构可将其投入到无障碍设施建设中，让色异者也能享受到相应的公益服务。正常色觉用户使用本系统的色觉模拟功能，可以体验色异者眼中的世界，实现与色异者交流；平面、服装、界面设计师们也可以通过色觉模拟，设计出对色觉异常者友好的作品。
同类课题研究水平概述
- 1.色异辅助方面：目前，国内外对于色觉异常的研究集中于医学领域，对色觉异常的成因、种类及检测方法已经有了较为成熟的认识，但是到现在为止，医学界尚无医治色觉异常的有效方法。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，且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。在计算机多媒体领域，有一些学者尝试通过图像处理为色觉异常者阅读多媒体画面提供方便。有人认为色觉异常者完全无法感知颜色，便将彩色图像及其中信息映射到灰度图像上；有人认为红、绿色盲就是完全无法辨别红色和绿色，于是利用其他颜色去替代红色或者绿色来。这些方法，由于没有正确理解色觉异常的本质，找不到色觉异常者真正的“盲区”，其结果导致部分信息不能提取，也使处理后的图像产生严重失真（如彩色图变成黑白图）。国外已经有科学家（Brettel等）通过图像处理技术，实现了各类色觉异常的模拟，即为正常色觉者模拟出各类异常的色觉画面，效果理想。但是该方法依然不能为色觉异常者提取和识别颜色信息提供帮助。2.色觉检测方面：目前的色觉测试一般使用假同色图，假同色图测试只能测试是否为色盲，对色觉异常程度的测试不精确。我们的分级测试结果可以测试出相对精确的色弱程度。这样的测试结果可以在医学和生活各方面都能提供他们方便。比如某些专业可以取消对低程度色弱者的报考限制，某些岗位可以提供给一定程度的色弱者，可以允许某个等级及以下的色弱者考取驾照等。这种分级测试对翻译算法也有贡献，以往的翻译算法往往是对不同程度的色觉异常者采取同样的翻译算法，虽然一定程度上提高的信息提取的可能，但却不是针对每个人都是最优的。本项目尝试基于不同程度色异对信息感知量不同，对翻译算法做适当调整，从而达到因人而异的最佳翻译效果，让图片在每个个体的眼中都更为自然，也更容易提取信息。
