色盲人群识图辨色辅助系统的设计与实现

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色盲是一种由视网膜锥体细胞异常而导致的视觉缺陷,它导致眼睛不能正常获取视觉中的颜色信息,使人们的生活、学习和工作面临诸多不便。目前包含生物学、中西医学、物理学和信息学等在内的诸多领域都在对如何提高色盲患者对颜色信息的获取能力方面开展了相关研究,其中结合了数字图像处理和电子信息技术的色盲矫正方法在安全性和有效性上表现出独有的优势。  目前,大部分的学者对色盲矫正算法研究都是通过对图像进行颜色变换,使图像中色盲原本难以区分的颜色变得可以区分,从而达到色盲矫正的目的。这样,虽然达到使色盲分辨图像的物体信息,但始终改变了图像原本的颜色,色盲仍然无法了解正常视觉的群众所看到的颜色。本文提出一种思想,把图像分成两种信息,一是图形信息,即图像具体涵盖了什么图形,什么形状物体。二是颜色信息,即图中物体的颜色信息。目前,色盲矫正图像处理方法通常只能使色盲能看到图像的图形信息,而不能提供图像的颜色信息。因此,本文结合色盲矫正和颜色识别算法,首次提出了一个色盲辅助系统。提出基于笛卡尔距离自适应映射算法,对图像进行色盲矫正,使色盲看得清楚图像的图形信息。提出基于RGB颜色空间的颜色识别算法,对原图进行类卡通化渲染处理,再对RGB颜色空间的颜色种类进行压缩,然后以读取对应像素中的RGB值与设定的颜色进行匹配的方式,告知色盲物体的颜色信息。这样,色盲人群不仅能看清楚图形信息,而且能了解图像颜色信息,从而达到真正的“色盲矫正”的效果。  论文的主要研究内容如下:  (1)在视觉三通道模型的基础上,重点研究分析色盲,色弱的成因,并用matlab仿真软件对简化的红、绿、蓝二色盲仿真模型及红、绿、蓝色弱仿真模型进行仿真。  (2)针对色盲矫正的实际应用对硬件系统速度及精度的要求,本论文提出了基于笛卡尔距离自适应映射的色盲矫正方法。遍历图像每个像素的R、G、B值与设定的颜色的R、G、B值进行运算后,把色盲难以分辨的色彩替换成色盲患者较易分辨颜色的图像。实验表明该方法可以改善色盲患者对原本难以区分的颜色的分辨能力,同时计算速度快,适用于实际硬件系统的实时处理。  (3)针对目前色盲矫正技术仅使色盲患者分辨图像物体信息的缺陷,首次提出基于RGB颜色空间的颜色识别算法,先对图像进行卡通渲染分块处理,再读取对应像素点的坐标已经R、G、B值,并与生活中常见的颜色匹配,最终达到颜色识别的效果。  (4)为了给色盲患者提供矫正设备,本文把色盲矫正算法与颜色识别算法相结合,在嵌入式ARM平台上,完成了嵌入式色盲图像处理系统的硬件和软件设计,完成了系统界面的设计和优化。该系统为色盲图像处理算法的应用提供一个可通用的硬件平台,有望给针对色盲及其矫正的各类研究提供便利。
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