基於色覺(色盲)模型的色盲成因

基於色覺(色盲)模型的色盲成因

本文預告,本文是以三色覺理論爲基礎的,生物學研究伴x隱性遺傳的請繞道,本文僅供本人課程設計用,覺得哪裏不對請繼續查找相關文獻,我只做文獻的搬運工。
三通道色覺模型
人體視網膜上存在三種錐體細胞(L、M、S),這幾種分別感知長波、中波和短波的光,而色盲患者是缺失其中某種細胞或者是某種細胞不足導致的,例如紅色盲缺失L視覺細胞,而L視錐細胞和M視錐細胞所影響的光譜範圍有所重疊,所以使得他們無法區分紅色和綠色,同樣的綠色盲缺失M視錐細胞(也是無法分辨紅色和綠色),藍色盲缺失S視錐細胞(無法分辨藍色和綠色)。一下圖三種細胞識別的顏色域
正常人眼中,人眼系統會把輸入圖像每一個像素的RGB參數變換成被三種錐體細胞所吸收的信號,這樣就能把RGB顏色空間轉到LMS顏色空間,這個過程的表達式如下圖,式子中的U就是我們所要的變換矩陣。
u變換矩陣

色盲模擬模型
正常人在眼看到的對象顏色是先通過乘於U變換矩陣變化後轉成LMS,眼部細胞產生興奮後傳遞給大腦後在形成看見的RGB圖象。但是色盲患者由於缺失某種細胞,所以在轉成LMS模型時出現了異常,最終導致形成的圖像不正常。具體可以抽象成由於變換矩陣T相乘,這樣就可以對色盲異常視覺進行模擬。
這裏寫圖片描述
根據佈雷特耳漢斯提出的二色盲模型中,二色色盲只能看到一個面的顏色,正常人則看見的是立體的,其實本來是看見兩個面的但是由於兩個面的夾角特別小,可以近似的看成一個面,將這個面稱做二色盲的顏色面,下面的圖是以紅二色盲爲例,紅二色盲的投影如下
紅二色盲投射原理
其中R是紅色,B是藍色,W是白色,Y是黃色,C是青色,Ma是洋紅色,由於某種細胞的缺失,顏色空間分別按照L、M、S三個方向投射到不一樣的顏色平面上,由此可以通過三角函數推斷產生接下來的色弱方正模型。
下面是紅色弱的仿真模型,其中紅色弱的投射角是arctan(-0.14/0.86),U是紅色色弱的仿真變化矩陣,當lamda爲1時模擬的時是正常視覺,lamda越小則色弱越嚴重,當lamda等於0是就是紅色盲了。
紅色盲模擬
下圖綠色盲也一樣,只是投射角變爲arctan(-0.33/0.67)
綠色盲模擬
從上面的仿真模型可以看到紅色弱和綠色弱的顏色面都是R=G這一個,而他們的B分量依然不變,只是投射的方向不一樣而已,這也可以很好的解釋爲什麼這兩種色弱分不清紅色和綠色,看起來都像是黃黑色。
下面是藍色盲模擬,藍二色盲的投射面是B=G,投射交是arctan(-6.136),lamda參數性質與其他兩種模型一樣。
藍色盲模擬
下面是各種色盲的模擬結果:
原圖
牛鹿圖原圖
紅色盲模擬(lamda爲0時)
牛鹿圖紅色盲模擬
綠色盲模擬(lamda爲0時)
牛鹿圖綠色盲模擬
藍色盲模擬(lamda爲0時)
牛鹿圖藍色盲模擬

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