改善色彩感知和矫正色盲色弱视觉的人工智能透镜及设计方法技术

本发明专利技术公开了一种改变人类色彩感知和矫正色盲色弱视觉的人工智能透镜及设计方法，设计方法包括：1）测出使用者的色感与标准或完美色感的差异；2）精确测定色盲类别和轻重程度，或者测试常人非完美的色觉感知；3）根据使用者眼中有功用的视锥体的类别和数量来设计颜色匹配函数来体现其色彩感知度；4）优化从标准颜色匹配函数到个体颜色匹配函数的映射T(λ)来对个体颜色匹配函数进行调节；5）使用得到的优化的个体颜色匹配函数来设计针对使用者个体的光学装置。在本发明专利技术的产品设计中，因为采用了非线性（包括线性）的设计，所设计的产品不仅优化了红绿色差，也同时优化了其他颜色的色彩饱和度，保持了白点位置和其他的指标。

Artificial intelligence and lens design method for improving color perception and visual blind seruo correction

The invention discloses a change of human color perception and visual correction blind seruo artificial intelligence lens design method and design methods include: 1) the difference measured users sense of color and standard of perfection or sense of color; 2) color categories and accurate determination of the severity or test the ordinary non perfect color perception; 3) the category and quantity according to the user's eyes as a function of the cone to design color matching function to reflect the color perception; 4) to optimize the mapping of T from the standard color matching function to individual color matching functions (lambda) to the individual color matching function adjustment; 5) to design the optical device for individual users the use of the optimization function, individual color. In the design of the invention, because the use of nonlinear (including linear) design, the design of products not only to optimize the color difference, at the same time optimization of other color saturation, keep white position and other indicators.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学、医学和色彩学的领域，具体涉及一种改变、增强人类色彩感知和矫正色盲色弱视觉的人工智能透镜及设计方法。
技术介绍
当下缺少对于色盲色弱患者的治疗方法或产品。尤其在中国, 没有一种现行对于色盲色弱患者进行矫正和视觉改善的有效措施,因此中国的医生可以诊断色盲色弱者但却对此没有良好的办法进行纠正或治疗。在中国市场中, 可以买到一种比较流行的帮助色盲色弱者者鉴别红绿色的产品，这种产品基本上都是红色或者粉红色的彩镜，这种彩镜是通过牺牲其他颜色以达到其功用的，更具体的说这种彩镜是通过吸收或者反射掉和其本身不同的颜色以达到区分红色和绿色的功用。比如一个红色的彩镜, 它就会吸收掉大部分非红色的光波，因此当使用这种红色彩镜于一组多色彩光波时，那些红色或者类似红色的光波就会变成或保持其红色特质；那些非红色, 不包含红色或者包含很小部分红色的复合光波就会综合成灰、黑色。这样的彩镜就是通过如上的方法区分红色和绿色的。这种方法可以帮助色盲色弱者区分红色和绿色但是这些彩镜牺牲了颜色的本质，大大影响了人们对于真实色彩的感受。 基于此, 另一个副作用就是这种彩镜把白色或者柔和的颜色变成了一个偏向彩镜本身的色调，比如红色的彩镜就会使白色变成红色或者粉红色。也许有人会说，既然色盲人（异常三色视）无法像正常人一样区分柔和的色彩, 使白色或者非常柔和的颜色变成一个偏向彩镜本身的色调不会影响色盲色色彩感知。这种说法是错误的, 因为这种彩镜对颜色, 尤其是白色的改变, 依然会被色盲色弱者 （异常三色视）感知为灰色，这样的尤其是对白色的色彩感知的变化使这些患者产生了色彩扭曲。最后色盲的人往往不希望被识别为色盲色弱者，使用有色镜片便会立即发信号给他人暴露其色盲色弱者的状况。当下对于色盲色弱者视觉感知改善最有效的产品是由英克罗马(Enchroma)公司生产的眼镜。其太阳镜是通过其最新的线性优化技术来设计的。这些太阳镜可以增强以绿色和红色作为主色调的颜色。实现这样的功用, 其透镜会牺牲多种蓝色--把其变为紫色, 相应的牺牲多种黄色并使其变为绿或者橙色。这种透镜虽然不像之前提到的彩镜那样大大扭曲了颜色, 但其白点依旧不是白色, 而是变为淡粉红色或者淡紫色。 他们的太阳镜减弱了光线的强度降低了人们对于这种白点颜色变化的感知。然而英克罗马公司的室内的眼镜由于其透明度很高, 这种对于白点的色彩改变就变得很明显了，导致了常人容易分辨带英克罗马公司透明镜的色盲色弱。由于英克罗马采用了线性优化的方法，在感知色域谱图上面，增大红绿色方向色差的同时不能同时控制其他方向颜色的色差，使其在优化红绿色差的同时，不能同时控制白点的位置，也不能同时优化其他颜色的色彩饱和度，其结果往往是因为减小了其他颜色方向上的感知饱和度。在本领域，除了用着色剂为材料，另一种技术是以多层薄膜为主要材料的模型 （Omega Optical: US005646781A) ，其原理基于通过光线部分反射所造成的光谱变化来改变人的色彩感知(法布里 - 珀罗理论)。用于与人的视觉感知相关的透镜上，如眼镜，这个技术最大的缺点其对光谱的过滤与改变取决于光线的入射角度(angle of incidence/AOI)。 比如在光源大角度透射下镜片产生的光谱会全面的向蓝色区域移动（蓝移），导致人的感知色域的不稳定。因为光源透射镜片的角度范围极大（180球面度）和人们不能接受不稳定的感知色域，因此，以薄膜为主要材料的镜片不适合做眼镜（包括隐形眼镜）。对于常人的眼镜，一般来讲包括透明镜，和着色的或者颜色中性的太阳镜。透明镜, 顾名思义, 就是一种透明的对于颜色没有改变(增强)的眼镜。 有色太阳眼镜具有上述相同的白点和柔和的色彩偏移的问题。偏光太阳镜可以某种程度上减少来自反射光的眩光，因此可以减少颜色淡化。 但是无论如何, 这种太阳镜偏光不能从根本上提高颜色的色彩饱和度。 此外，偏光太阳镜经常扭曲人工产生的(即非自然光)颜色，例如液晶显示器所产生的色彩。
技术实现思路
在本专利技术的产品设计中, 因为采用了非线性（包括线性）的设计, 所设计的产品不仅优化了红绿色差,也同时优化了其他颜色的色彩饱和度, 保持了白点位置和其他的指标。因为设计上的优势本专利技术产品的红绿色差也大于英克罗马公司现有的产品。本专利技术公开了一种改变人类色彩感知和矫正色盲色弱视觉的人工智能透镜的设计方法，包括如下步骤：1）测出使用者的色感与标准或完美色感的差异；2）通过直接测定法来测量视锥体对不同的光波的色彩感知来精确测定色盲类别和轻重程度，或者用此法测试常人非完美的色觉感知;3）根据使用者眼中有功用的视锥体的类别和数量来设计颜色匹配函数来体现其色彩感知度；4）使用人工智能优化器来优化从标准颜色匹配函数到个体颜色匹配函数的映射T(λ)来对个体颜色匹配函数进行调节；为了纠正色弱色盲，此设计包括具有抵消或改变此映射功能的光学装置。在光学里，此映射相当于一种把正常人变为色弱色盲患者的光谱。此映射在本专利里的名称为色感转变函数。5）使用得到的优化的个体颜色匹配函数来设计针对使用者个体的光学装置以实现个体的色彩感知需求与设计指标；其中，获得的个体的颜色匹配函数为:,,其中， -L视锥体的个体颜色匹配函数, -M视锥体的个体颜色匹配函数， -S视锥体的个体颜色匹配函数，-色感转变函数，-L视锥体的标准颜色匹配函数,-M视锥体的标准颜色匹配函数，-S视锥体的标准颜色匹配函数。其中，步骤1）中，采用分类测定对色盲色弱者进行测试，具体是使用常规的色盲图或伪等色图对色盲色弱者进行测试，测试出色盲色弱者所属的类别和轻重程度，色盲类别包括两大类,三色视觉异常和二色色盲，色弱程度分为轻度、中度和重度三类；利用直接测量机器对正常人进行测试。其中，为色感转变函数，其形式例如是正态分布或韦伯分布，可通过调节其中的峰值、形状和颜色匹配函数的数目来反映直接测定色感的数据。其中，步骤3）设计出的适合色盲色弱者的颜色匹配函数是L,M,S三色颜色匹配函数，或者是L,M,S其中任意两种颜色匹配函数，或者是L,M,S其中任意一种颜色匹配函数，颜色匹配函数中的一个或者多个函数是CIE标准的颜色匹配函数或者是个体的颜色匹配函数。其中，步骤4）中采用相对于波长的泰勒级数进行映射。其中，步骤4）中的映射通过标准颜色匹配函数按照个体对不同光波的敏感度通过抵消色感转变函数T(λ)对色感的影响进行的调整。其中，步骤4）中，人工智能优化器自动检定最优映射的线性、非线性、凸性或非凸性类型，选择合适的优化法来实际优化目标。其中，优化的类型检定包括计算与判断海森矩阵和关联的特征标量的值、运用一个快速的梯度下降法或梯度上升法来检定局部最优解的存在。其中，步骤4）中采用的优化法包括但不局限于线性优化的单纯性法、凸性优化的内点法和次梯度法、和非凸优化的模拟退火、遗传算法、动态维数搜索、巨维退火。其中，步骤2）中的锥体敏感度是一个功能函数，为正态分布或韦伯分布，可通过调节其中的峰值、形状和颜色匹配函数的数目来反映直接测定的结果。其中，步骤6）中，基于CIE标准颜色匹配函数，设计光学装置以增加整个色域、增加各颜色的色差、无针对个别颜色的色差，以普遍应用于常人或色盲色弱患者，或者，步骤6）使用非CIE标准的颜色匹配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改变人类色彩感知和矫正色盲色弱视觉的人工智能透镜的设计方法，其特征在于：1）测出使用者的色感与标准或完美色感的差异；2）通过直接测定法来测量视锥体对不同的光波的色彩感知来精确测定色盲类别和轻重程度，或者用此法测试常人非完美的色觉感知;3）根据使用者眼中有功用的视锥体的类别和数量来设计颜色匹配函数来体现其色彩感知度；4）使用人工智能优化器来优化从标准颜色匹配函数到个体颜色匹配函数的映射T(λ)来对个体颜色匹配函数进行调节；5）使用得到的优化的个体颜色匹配函数来设计针对使用者个体的光学装置以实现个体的色彩感知需求与设计指标。

【技术特征摘要】
1.一种改变人类色彩感知和矫正色盲色弱视觉的人工智能透镜的设计方法，其特征在于：1）测出使用者的色感与标准或完美色感的差异；2）通过直接测定法来测量视锥体对不同的光波的色彩感知来精确测定色盲类别和轻重程度，或者用此法测试常人非完美的色觉感知;3）根据使用者眼中有功用的视锥体的类别和数量来设计颜色匹配函数来体现其色彩感知度；4）使用人工智能优化器来优化从标准颜色匹配函数到个体颜色匹配函数的映射T(λ)来对个体颜色匹配函数进行调节；5）使用得到的优化的个体颜色匹配函数来设计针对使用者个体的光学装置以实现个体的色彩感知需求与设计指标。2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：获得的个体的颜色匹配函数为:,,其中， -L视锥体的个体颜色匹配函数,-M视锥体的个体颜色匹配函数，-S视锥体的个体颜色匹配函数，-色感转变函数，-L视锥体的标准颜色匹配函数,-M视锥体的标准颜色匹配函数，-S视锥体的标准颜色匹配函数。3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于：步骤1）中，采用分类测定对色盲色弱者进行测试，具体是使用常规的色盲图或伪等色图对色盲色弱者进行测试，测试出色盲色弱者所属的类别和轻重程度，色盲类别包括两大类,三色视觉异常和二色色盲，色弱程度分为轻度、中度和重度三类；利用直接测量机器对正常人进行测试。4.根据权利要求1-3任一项所述的设计方法，其特征在于：为色感转变函数，其形式是正态分布或韦伯分布，可通过调节其中的峰值、形状和颜色匹配函数的数目来反映直接测定色感的数据。5.根据权利要求1-4任一项所述的设计方法，其特征在于：步骤3）设计出的适合色盲色弱者的颜色匹配函数是L,M,S三色颜色匹配函数，或者是L,M,S其中任意两种颜色匹配函数，或者是L,M,S其中任意一种颜色匹配函数，颜色匹配函数中的一个或者...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昊，柯南瓦伦丁，
申请(专利权)人：喻阳，
类型：发明
国别省市：天津;12