基于色覺(jué)異常人群的地圖色彩設(shè)計(jì)研究進(jìn)展

錢夢(mèng)茹，梁棟棟，吳 旭

(1. 安徽師范大學(xué)國(guó)土資源與旅游學(xué)院，安徽 蕪湖 241003； 2. 安徽師范大學(xué)數(shù)學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，安徽 蕪湖 241003)

基于色覺(jué)異常人群的地圖色彩設(shè)計(jì)研究進(jìn)展

錢夢(mèng)茹1，梁棟棟1，吳 旭2

(1. 安徽師范大學(xué)國(guó)土資源與旅游學(xué)院，安徽 蕪湖 241003； 2. 安徽師范大學(xué)數(shù)學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，安徽 蕪湖 241003)

在梳理國(guó)內(nèi)外關(guān)于色覺(jué)異常人群的研究論文的基礎(chǔ)上，從研究?jī)?nèi)容、研究方法等方面對(duì)國(guó)內(nèi)外近年來(lái)有關(guān)色覺(jué)異常者的研究文獻(xiàn)作了系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在以下4個(gè)方面：①通過(guò)基本色的研究揭示非色彩的線索對(duì)色覺(jué)異常者描述和識(shí)別顏色起到作用；②對(duì)于色彩偏好的研究發(fā)現(xiàn)色覺(jué)異常者的顏色偏好與顏色情感相關(guān)；③根據(jù)色覺(jué)異常人群的視覺(jué)特征，結(jié)合圖像轉(zhuǎn)換算法，研究了無(wú)障礙色彩設(shè)計(jì)系統(tǒng)；④對(duì)于色覺(jué)異常人群的視覺(jué)色彩，利用圖像模擬算法模擬校正色覺(jué)異常人群所看到的圖像，進(jìn)而識(shí)別圖像信息。

色覺(jué)異常；無(wú)障礙地圖；情感聯(lián)想；圖像算法；地圖色彩

色盲，在國(guó)外首先由約翰遜·道爾頓在18世紀(jì)發(fā)現(xiàn)，又稱“道爾頓癥”。在道爾頓之前，也有很多關(guān)于色覺(jué)異常的記錄。中國(guó)古書(shū)《列子》中曾有過(guò)記載紅、黑、白不分的患者故事；《亢倉(cāng)子》一書(shū)中曾將色覺(jué)異常這種病稱為“夫瞀視者，以黃為赤，以蒼為玄”。色覺(jué)異常者在國(guó)外被稱為“color-vision deficiencies(CVD)”，即色覺(jué)缺陷者。色覺(jué)異常指的是一種無(wú)法正確辨識(shí)部分或全部顏色的疾病，影響著世界大約5%～8%的男性和0.5%～1%的女性。色覺(jué)異?？煞譃橄忍旌秃筇靸煞N，先天性色覺(jué)異常分為一色性視覺(jué)、二色性視覺(jué)、三色性視覺(jué)。其中一色性視覺(jué)也稱全色盲，是只對(duì)于顏色的色相和純度不能區(qū)分的色覺(jué)異常。二色性視覺(jué)包括紅色盲、綠色盲、紫色盲，這類患者對(duì)可見(jiàn)光譜上的紅綠藍(lán)3種顏色至少能辨別其中的兩種。異常三色性視覺(jué)包括紅色弱、綠色弱、紫色弱。目前關(guān)于色盲的成因解釋有兩大類學(xué)說(shuō)：三色學(xué)說(shuō)和四色學(xué)說(shuō)。

1 國(guó)內(nèi)關(guān)于色覺(jué)異常者地圖色彩設(shè)計(jì)的相關(guān)研究

國(guó)內(nèi)對(duì)于色覺(jué)異常人群關(guān)于地圖色彩設(shè)計(jì)相關(guān)的研究，主要集中在輔助設(shè)色、無(wú)障礙色彩設(shè)計(jì)、圖像算法、色盲地圖等方面，其中信息工程大學(xué)和武漢大學(xué)對(duì)色覺(jué)異常的地圖設(shè)計(jì)進(jìn)行了多方面研究，主要在《測(cè)繪通報(bào)》《測(cè)繪科學(xué)》和《武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版)》等發(fā)表多篇著作。西北工業(yè)大學(xué)和巢湖學(xué)院主要研究色覺(jué)異常人群的色彩設(shè)計(jì)系統(tǒng)。北京郵電大學(xué)對(duì)無(wú)障礙色彩情感進(jìn)行了深入研究，在《北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)》發(fā)表了論文數(shù)篇。

1.1 色覺(jué)異常者與輔助設(shè)色

目前國(guó)內(nèi)這方面的研究主要集中在運(yùn)用已有的計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算方法來(lái)解決色覺(jué)異常人群的辨色問(wèn)題。王寧、余隋懷等針對(duì)色覺(jué)異常人群的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的顏色問(wèn)題，提出并開(kāi)發(fā)了一套將選色與色彩視界轉(zhuǎn)換結(jié)合的無(wú)障礙界面設(shè)計(jì)系統(tǒng)[1]。吳兵首先從調(diào)查色覺(jué)異常人群在媒體界面設(shè)計(jì)方面的色彩需求入手，提出了遠(yuǎn)程教育中滿足該類人群的媒體界面設(shè)計(jì)原則和界面設(shè)計(jì)的流程[2]；然后在建立色盲色彩模型的基礎(chǔ)上，提出了面向色盲人群的色彩明度配色方案和色相配色方案兩種解決策略，并使用色盲色彩軟件對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了評(píng)價(jià)[3]。周憲針對(duì)色覺(jué)異常人群的辨色和生理特點(diǎn)，利用色彩設(shè)計(jì)理論提出了一套函數(shù)映射的色彩設(shè)計(jì)方法，建立了面向色覺(jué)異常人群的色彩模型[4]。初苗、田少輝建立了色盲人群與正常人群所見(jiàn)色彩的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了面向色盲人群的對(duì)比選色及色彩視界的轉(zhuǎn)換與顯示[5]。

1.2 色覺(jué)異常者與無(wú)障礙色彩

無(wú)障礙設(shè)計(jì)是基于“以人為本”為基礎(chǔ)的全方位設(shè)計(jì)，無(wú)障礙色彩設(shè)計(jì)不只為存在視覺(jué)障礙的人群服務(wù)，而是一項(xiàng)服務(wù)于整個(gè)社會(huì)公眾的設(shè)計(jì)，其運(yùn)用范圍與領(lǐng)域十分廣泛。將色彩設(shè)計(jì)導(dǎo)入無(wú)障礙設(shè)計(jì)觀念中，不但能夠?qū)Ω嗳说墓ぷ髋c生活產(chǎn)生幫助和便利，而且能夠大大提高各方面使用上的安全性。沈意浪和傅梅杰在地圖、范騰飛和蔣陽(yáng)升在交通信號(hào)燈、初苗和田少輝在包裝設(shè)計(jì)等方面都有研究，這些研究多集中在加強(qiáng)色彩的識(shí)別度上，較少涉及色覺(jué)異常人群的認(rèn)知與情感聯(lián)想等方面的問(wèn)題。朱健文在對(duì)色覺(jué)異常人群的分析和模擬基礎(chǔ)上，研究了色盲用戶的界面顏色選擇問(wèn)題[6]。張旭芳則歸納分析了視覺(jué)障礙人群的類別和色彩認(rèn)知特點(diǎn)，研究了基于無(wú)障礙色彩設(shè)計(jì)構(gòu)建視覺(jué)信息的無(wú)障礙環(huán)境[7]。李霞、楊露等從提高色覺(jué)異常用戶的交互效率與滿意度的思路出發(fā)，從理論上探討了以紅綠色覺(jué)異常用戶色彩視界的認(rèn)知與情感為基礎(chǔ)構(gòu)建無(wú)障礙交互設(shè)計(jì)色彩研究的方法[8-9]；進(jìn)而從紅綠色覺(jué)異常與色弱視界的色彩情感認(rèn)知角度出發(fā)，通過(guò)情感與色彩之間的雙向研究，以360安全衛(wèi)士的網(wǎng)頁(yè)界面為例進(jìn)行交互色彩的無(wú)障礙設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中無(wú)障礙交互的色彩情感探索[10]。

1.3 色覺(jué)異常者與圖像算法

目前國(guó)內(nèi)關(guān)于色覺(jué)異常者辨識(shí)圖像的研究主要從兩方面開(kāi)展：一方面是基于色覺(jué)視界模擬方法的研究，主要通過(guò)數(shù)學(xué)建模和算法設(shè)計(jì)，將圖像色彩模擬為色覺(jué)異常者所見(jiàn)的狀態(tài)。馬煜、顧曉東等通過(guò)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練色盲和色弱患者視網(wǎng)膜上視覺(jué)感受細(xì)胞對(duì)具體視覺(jué)圖像的響應(yīng)信號(hào)，獲取與正常人視覺(jué)感受細(xì)胞對(duì)相同圖像的響應(yīng)相類似的信號(hào)，提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的色盲與色弱仿真模型[11]。另一方面是從幫助色覺(jué)異常者辨識(shí)圖像的角度開(kāi)展研究，主要通過(guò)色彩映射計(jì)算來(lái)改變圖像中的色彩，進(jìn)而幫助色覺(jué)異常者識(shí)別圖像。楊勝基利用顏色之間飽和度的不同來(lái)區(qū)分顏色，達(dá)到二色盲的校正[12]。鄧寅暉等提出了一種基于相似矩陣建立從三維空間到二維平面的固定映射關(guān)系的二色盲顏色固定映射的方法，幫助訓(xùn)練二色盲患者識(shí)別顏色[13]。鮑吉斌、王源源等提出一種基于H分量旋轉(zhuǎn)的色盲校正方法，發(fā)現(xiàn)在色盲類型給定且圖像顏色是給定色盲易混淆的情況下，對(duì)H分量旋轉(zhuǎn)120°能得到色彩分辨率效果很好的校正圖像[14-15]。吳麗思基于自適應(yīng)映射算法、旋轉(zhuǎn)H分量算法、幾何變換算法和角度自適應(yīng)算法4種色盲校正算法，進(jìn)行紅、綠、藍(lán)二色盲圖像校正試驗(yàn)，通過(guò)Matlab設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于圖像和基于小球的色盲測(cè)試系統(tǒng)[16]。孫養(yǎng)龍從圖像處理的角度對(duì)色盲及其校正進(jìn)行研究，改進(jìn)了基于H分量旋轉(zhuǎn)的色盲校正算法，針對(duì)較為普遍的二色盲設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套基于Android系統(tǒng)的色盲校正系統(tǒng)[17]。

1.4 色覺(jué)異常者與地圖

白小雙、江南等在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展色覺(jué)異常人群與地圖關(guān)系的研究，根據(jù)色盲的分類及辨色特點(diǎn)，提出了色盲地圖的設(shè)色原則，對(duì)2008年殘奧會(huì)北京場(chǎng)館分布圖進(jìn)行了修改和試驗(yàn)[18]。之后白小雙、華一新等從色覺(jué)異常的分類和特點(diǎn)出發(fā)，研究不同色覺(jué)異常者眼中的色彩規(guī)律，提出面向色覺(jué)異常者的電子地圖設(shè)計(jì)原則，并進(jìn)行了點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)和面狀符號(hào)的設(shè)計(jì)[19]。沈意浪和傅梅杰針對(duì)色覺(jué)異常人群識(shí)別地圖的問(wèn)題，從識(shí)別度的角度分別對(duì)地圖上的點(diǎn)、線、面的用色提出了詳細(xì)的用色原則[20]。汪華、朱海紅等根據(jù)地圖表達(dá)地理屬性的量表性質(zhì)，基于定性設(shè)色、順序設(shè)色和雙向設(shè)色3種地圖設(shè)色方式的特點(diǎn)，根據(jù)紅—綠色盲的光譜特性，設(shè)計(jì)了一系列試驗(yàn)地圖，初步揭示出針對(duì)紅—綠色盲人群使用地圖的設(shè)色原則[21]。鐘璇等使用Colour Contrast Analyser色盲模擬軟件模擬紅綠色盲人群的視覺(jué)特點(diǎn)，對(duì)《北京奧運(yùn)場(chǎng)館旅游交通圖——人文篇》的地圖色彩設(shè)計(jì)進(jìn)行了修改[22]。

2 國(guó)外色覺(jué)異常者研究的主要內(nèi)容

對(duì)已閱讀的文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，國(guó)外針對(duì)色覺(jué)異常者的研究主要集中在醫(yī)學(xué)、基本色命名、顏色偏好等方面，與國(guó)內(nèi)研究的重點(diǎn)稍有不同。

2.1 關(guān)于色覺(jué)異常者的基本色研究

1967年Boynton和Scheibner的研究表明，二色性視覺(jué)者使用紅黃綠色調(diào)的名字命名單色光[23]。1969年Berlin和Kay提出11種基本色，且認(rèn)為11種基本顏色分類機(jī)制對(duì)應(yīng)11種基本顏色[24]。Jamson和Hurvich通過(guò)面板D15試驗(yàn)測(cè)試二色性視覺(jué)者使用的顏色名稱，結(jié)果表明一個(gè)正常的三色視者使用類似名稱感知類似的顏色，但二色性視者使用不同的名稱感知相似的顏色，二色視者與正常的三色視者顏色命名方式不同[25]。Paramei等研究要求紅色盲使用5種基本色(紅綠黃藍(lán)白)命名在405～675 nm區(qū)間的單色刺激波長(zhǎng)，發(fā)現(xiàn)基本色的使用不僅依靠波長(zhǎng)還依靠強(qiáng)度[26]。Montag[27]和Uchikawa[28]等發(fā)現(xiàn)正常人喜歡二色性視者的顏色命名分類。

除了使用明度線索來(lái)指導(dǎo)表面顏色的命名，二色視者可通過(guò)另外的線索來(lái)研究。1905年Nagel描述了本人作為一個(gè)小的刺激綠色盲者(小于2°)和中型刺激(10°)的綠色弱者的試驗(yàn)結(jié)果，并認(rèn)為這種改變是黃斑中心凹以外的一些殘留的紅綠色活動(dòng)。直到20世紀(jì)60年代末根據(jù)臨床標(biāo)準(zhǔn)診斷程序診斷的紅綠色盲身上發(fā)現(xiàn)紅綠色機(jī)制的殘余活性，Nagel的工作才重新被人們審視[29]。Thomas等以顏色擴(kuò)展(hue scaling)為基本方法，描述了在生理合理假設(shè)之上的人體光感受器信號(hào)產(chǎn)生過(guò)程，得到了二色受體信號(hào)的三視覺(jué)(trichromat-like)模型[30]。Byrne和Hilbert的研究表明色盲患者學(xué)習(xí)母語(yǔ)的全部，而不是放棄學(xué)習(xí)一些他們?nèi)笔У牟糠?，社?huì)環(huán)境可能迫使二色性患者使用他們可能不能辨別的一些基本的顏色詞語(yǔ)[31]。Lillo等描述了紅綠色盲基本色使用的兩個(gè)模型，一個(gè)模型假定二色性使用基本色完全依賴于亮度和黃—藍(lán)通道的活動(dòng)，而另外一個(gè)模型假定二色性使用基本色但是有殘留的紅—綠通道的活動(dòng)，兩個(gè)模型得到同樣的預(yù)測(cè)結(jié)果[32]。Uchikawa調(diào)查在各種顏色的光照下正常視覺(jué)者和二色性患者顏色感知分類特點(diǎn)，闡述二色性的顏色命名和正常視覺(jué)者一致，但不可能與正常人有一樣的彩色分類機(jī)制[33]。

2.2 關(guān)于色覺(jué)異常者的色彩偏好研究

目前已有的色彩偏好的研究大多集中在心理活動(dòng)的描述上[34]。Humphrey提出顏色偏好源于顏色傳遞到自然界中的信號(hào)[35]。Adams和Bornstein認(rèn)為關(guān)于顏色偏好是天生具有的還是后天形成的問(wèn)題是有爭(zhēng)議的[36-37]。早期的研究普遍支持天賦假說(shuō)[34]。關(guān)于色彩偏好的研究大多數(shù)在測(cè)量偏好時(shí)普遍使用高度飽和的色彩與使用較少的飽和度的色彩明暗對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)4～6個(gè)月大的嬰兒和成人之間的顯著差異。嬰兒的色彩偏好與成人的色彩偏好有所不同的結(jié)果表明，顏色偏好的發(fā)展變化可能是由于免疫系統(tǒng)變化帶來(lái)的，但同時(shí)在生命過(guò)程中顏色感知具有穩(wěn)定性[38]。Petzold等在研究色相偏好表現(xiàn)與年齡的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，只有4～25歲這個(gè)年齡階段有細(xì)微差別[39]。顏色偏好是視覺(jué)體驗(yàn)的一個(gè)重要方面，基于生物的適應(yīng)和基于色彩的情感的角度解釋為什么一般人喜歡一些顏色超過(guò)其他人[40]?；贖urlbert和Ling的L-M和S-(L+M)視錐對(duì)比模型能夠預(yù)測(cè)顏色偏好與顏色情感，此模型之后被擴(kuò)展到包括測(cè)量明度(L+M+S)和飽和度[41]。Ling和Hurlbert對(duì)于相同的90種顏色，使用4個(gè)因素的線性回歸模型以適應(yīng)每個(gè)觀測(cè)者的個(gè)人喜好。Ou等提出了基于“色彩的情緒”的解釋，定義“感情由兩種顏色或顏色組合誘發(fā)”，顏色的情緒可以從因果聯(lián)系到顏色的喜好[42]。Palmer和Schloss基于生態(tài)因子解釋顏色的偏好，人們喜歡或不喜歡給定顏色的程度與他們喜歡或討厭的根據(jù)這個(gè)顏色聯(lián)想到的所有實(shí)體或事物有關(guān)，研究者認(rèn)為已經(jīng)制定的生態(tài)價(jià)值理論能夠解釋顏色偏好[34]。此外，Leticia等在考慮二色性視錐細(xì)胞的選擇性的基礎(chǔ)上，使用視錐對(duì)比建模探究二色性的色彩偏好，以及二色性和正常人的顏色偏好與色彩命名之間的關(guān)系[43]。

2.3 色覺(jué)異常者的地圖研究

20世紀(jì)后期美國(guó)、日本等就有學(xué)者開(kāi)始研究色覺(jué)異常者的地圖閱讀，但研究較少。在針對(duì)色盲色弱人群的地圖顏色設(shè)計(jì)的研究中，Kuyk等發(fā)現(xiàn)在彩色地形圖上色覺(jué)異常者易錯(cuò)誤判斷邊界線[44]，之后Mertens等的研究進(jìn)一步確定只有少數(shù)的色覺(jué)異常讀者能夠正確區(qū)分氣象雷達(dá)的顏色[45]；Olson和Brewer針對(duì)色盲色弱人群的地圖顏色選擇作了大量研究和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)色覺(jué)異常者喜歡彩虹光譜顏色模式，且色覺(jué)異常者很容易讀懂[46]；Brewer對(duì)于紅綠色覺(jué)異常者的地圖設(shè)計(jì)提出3個(gè)顏色使用原則，同時(shí)將色盲色弱者視覺(jué)特征的地圖顏色配色方案運(yùn)用到地區(qū)分布圖中并評(píng)價(jià)其效果[47]；Jenny和Kelso借助配色方案軟件Color Oracle，討論了利用色彩組合和其他視覺(jué)變量幫助色彩視覺(jué)障礙明確區(qū)分地圖符號(hào)，進(jìn)而提出改變符號(hào)形狀結(jié)合色調(diào)、飽和度的變化及注釋的添加等進(jìn)行點(diǎn)或線要素符號(hào)的設(shè)計(jì)[48]。

2.4 色覺(jué)異常者的圖像模擬算法研究

Brettel在1997年提出一種模擬色覺(jué)異常者所見(jiàn)圖像的算法，將圖像色彩模擬為色覺(jué)異常者所見(jiàn)的狀態(tài)，并應(yīng)用到VisCheck上，實(shí)現(xiàn)將位圖的色彩轉(zhuǎn)化為色覺(jué)異常人群所見(jiàn)的色彩[49]。隨后Capilla等在匹配Brettel算法相對(duì)應(yīng)的步驟及不涉及色域I和II計(jì)算的情況下，提出相應(yīng)的替代性算法，該算法不需要引入額外限制的顏色視覺(jué)模型[50]。Lee等通過(guò)改變模糊邏輯的軟件模擬工具的模糊參數(shù)，修改了經(jīng)典的線性變換模擬方法，并提出了基于模糊方法的4種新方法來(lái)糾正色盲[51]。Sriidhya和Sivakuma等提出可以模擬各類色覺(jué)異常用戶視界并自動(dòng)計(jì)算出無(wú)障礙效果不佳的視覺(jué)區(qū)域的算法[52]。Shankaran對(duì)比研究各種色覺(jué)異常者模擬圖像算法后，發(fā)現(xiàn)任意顏色空間計(jì)算的誤差率和顏色差異之間的關(guān)系符合指數(shù)衰減函數(shù)，僅在顏色正?？臻g中的色差計(jì)算足以確定一個(gè)人是否患有先天性色覺(jué)缺陷[53]。

色覺(jué)異常轉(zhuǎn)換的模擬算法促使實(shí)現(xiàn)模擬色覺(jué)異常用戶視覺(jué)這一功能的產(chǎn)品出現(xiàn),如以Vischeck、Colororacle等為代表的軟件，這類軟件只針對(duì)紅色盲、綠色盲、藍(lán)色盲等情況；而Color Schemer Studio軟件則提供了無(wú)障礙網(wǎng)頁(yè)配色的解決方案。常見(jiàn)的色彩模擬器包括Variantor、Coblis和Vischeck 3種，利用Julio提出Simucheck方法評(píng)估彩色模擬工具精度的結(jié)果表明，只有Vischeck呈現(xiàn)準(zhǔn)確性，能可靠地進(jìn)行顏色轉(zhuǎn)換選擇[54]。

2.5 色覺(jué)異常者的圖像校正算法研究

圖像模擬算法轉(zhuǎn)換后的模擬圖像在色覺(jué)正常人看來(lái)不自然真實(shí)。研究發(fā)現(xiàn)，色覺(jué)異常者可能不能辨識(shí)轉(zhuǎn)換后的圖像，于是出現(xiàn)了適應(yīng)色覺(jué)異常者的圖像校正算法，該類研究主要是通過(guò)計(jì)算改變?cè)紙D像中的部分色彩，幫助色覺(jué)異常者識(shí)別圖像的信息，同時(shí)使得校正后的圖像在正常人看來(lái)較為自然。

(1) 對(duì)于色覺(jué)異常者的重新著色技術(shù)可概括為兩類：用戶輔助著色技術(shù)和自動(dòng)化重新著色技術(shù)。對(duì)于用戶輔助重新著色技術(shù)，Iaccarino等使用6個(gè)用戶參數(shù)修改原始圖像的色調(diào)、飽和度、亮度值，進(jìn)而加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的可訪問(wèn)性，用戶輔助的重新著色技術(shù)的輸出結(jié)果高度依賴于用戶提供的參數(shù)[55]。對(duì)于自動(dòng)化重新著色技術(shù)，Ichikawa等通過(guò)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)為色覺(jué)異常者重新著色網(wǎng)頁(yè)，同時(shí)盡可能保留正常人和色覺(jué)異常者顏色差感知的比率[56]。Wakita和Shimamura通過(guò)構(gòu)建3個(gè)目標(biāo)函數(shù)為色覺(jué)異常者重新著色[57]。Jefferson和Harvey從正常人和二色性視者的圖像直方圖之差中選擇一組關(guān)鍵的顏色并用4種目標(biāo)函數(shù)來(lái)保持圖像的亮度、色彩對(duì)比度等[58]。自動(dòng)化重新著色技術(shù)的目的都是建立最小化目標(biāo)函數(shù)。Rasche通過(guò)構(gòu)造一個(gè)目標(biāo)函數(shù)，使原圖在不同的映射關(guān)系下生成一系列校正圖像，當(dāng)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最小時(shí)，此時(shí)的校正圖像就是需要的校正圖像[59]。之后Huang等通過(guò)改變圖像對(duì)比度，結(jié)合兩個(gè)誤差函數(shù)，使用拉格朗日乘數(shù)與用戶指定參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)的算法，盡可能保持原始圖像的色彩信息，使重新著色的圖像盡可能自然[60]。Kuhn等提出基于mass-spring優(yōu)化算法，該算法相對(duì)于Rasche算法能實(shí)時(shí)優(yōu)化幾百種顏色，并且使模擬后的圖像盡可能自然[61]。Nakauchi等從通用設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，通過(guò)計(jì)算顏色差修改混淆顏色簇得到校正后的圖像[62]。

(2) Yong Man Ro提出了在色弱模型可逆條件下的色弱校正方法，使得色弱人群能夠看到與原始圖像一致的顏色[12]。Yang利用飽和度差異進(jìn)行二色盲的校正。Iaccarino和Yang的方法都屬于基于規(guī)則的，圖像重新著色的表現(xiàn)隨著規(guī)則的不適用，性能會(huì)下降。之后的Doliotis等提出基于規(guī)則的彩色變換算法，該算法只改變色覺(jué)異常者不能感知的顏色，代替轉(zhuǎn)換圖像中所有的顏色，解決了已有算法計(jì)算成本大的問(wèn)題。

(3) Ruminski和Wtorek等結(jié)合圖像模擬算法和圖像校正算法，提出針對(duì)色覺(jué)異常者的色彩重構(gòu)算法，以提高色覺(jué)異常者對(duì)圖像的識(shí)別和理解，試驗(yàn)結(jié)果證明了該方法在WWW環(huán)境中快速進(jìn)行色彩變換的有效性[63]。Ohkubo和Kobayashi等提出了色彩轉(zhuǎn)換的算法，并設(shè)計(jì)了一種色彩補(bǔ)償?shù)念^戴設(shè)備[64]。Jeong和Kim等通過(guò)旋轉(zhuǎn)色覺(jué)異常者不能感知的顏色到RGB域能夠識(shí)別的顏色方向提出新的算法，通過(guò)與Huang和Doliotis算法進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)新算法可以為色覺(jué)異常者增強(qiáng)感知，產(chǎn)生更多的理解圖像，同時(shí)保持重新著色圖像在正常人看來(lái)盡可能自然，保留重新著色圖像的自然性與降低復(fù)雜度[65]。

(4) 對(duì)二色性來(lái)說(shuō)，圖像的重新著色是一個(gè)降維問(wèn)題，其重新著色圖像技術(shù)涉及圖像彩色轉(zhuǎn)化到灰色的最新技術(shù)[66-68]。Gooch等主要針對(duì)單色盲的校正提出了利用將彩色圖像灰度化并保留原彩色圖像中有用信息的方法[66]。Grundland等通過(guò)高斯配對(duì)采樣色差和通過(guò)主成分分析顏色差異，提出了一個(gè)新的對(duì)比度增強(qiáng)顏色灰度轉(zhuǎn)換算法[67]。與對(duì)比度增強(qiáng)顏色灰度轉(zhuǎn)換優(yōu)化算法[67-68]對(duì)比，已經(jīng)證明在視覺(jué)上產(chǎn)生的結(jié)果類似但算法更有效，有更強(qiáng)數(shù)學(xué)的保證。

3 國(guó)內(nèi)外研究對(duì)比

目前國(guó)內(nèi)外在面向色覺(jué)異常者的色彩視界數(shù)字化的研究缺少系統(tǒng)的研究，對(duì)于色彩設(shè)計(jì)存在的主要問(wèn)題有：

(1) 缺少具體的理論方法指導(dǎo)面向色覺(jué)異常人群的色彩設(shè)計(jì)。在地圖、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)等方面，色覺(jué)正常者所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品都不能很好地讓色覺(jué)異常人群辨識(shí)、簡(jiǎn)潔方便使用。

(2) 現(xiàn)有的能夠模擬色覺(jué)異常人群所見(jiàn)色彩的色彩設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其算法都較為簡(jiǎn)單，功能也較為薄弱，沒(méi)有大量的實(shí)例驗(yàn)證，且只集中在平面、網(wǎng)頁(yè)、包裝設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，只能提供簡(jiǎn)單的參考作用，不能從實(shí)際意義上滿足設(shè)計(jì)師的需求。

(3) 現(xiàn)有的色彩設(shè)計(jì)對(duì)于色覺(jué)異常人群的心理意象、美感的研究較少。對(duì)于色覺(jué)異常者的輔助設(shè)色、無(wú)障色彩設(shè)計(jì)、圖像算法和地圖的研究，都較少關(guān)注色覺(jué)異常人群的心理情感需要，注重的都是色覺(jué)異常人群的識(shí)別辨色問(wèn)題，對(duì)于搭配色彩和諧感及由此產(chǎn)生的心理情感影響很少得到研究者的關(guān)注。

(4) 國(guó)內(nèi)外對(duì)于色覺(jué)異常人群的研究主要集中在圖像算法、交互設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)等方面，卻很少關(guān)注色覺(jué)異常人群的心理情感；同時(shí)，針對(duì)色覺(jué)異常人群與地圖的結(jié)合研究，實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙的地圖設(shè)計(jì)甚少。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)以上分析，關(guān)于色覺(jué)異常人群的地圖色彩研究可以從以下方面展開(kāi)：

(1) 關(guān)注色覺(jué)異常人群的地圖色彩識(shí)別，制作地圖時(shí)考慮色覺(jué)異常人群，建立針對(duì)于色覺(jué)異常人群的地圖色彩設(shè)計(jì)理論及方法。

(2) 加強(qiáng)地圖領(lǐng)域的無(wú)障礙色彩設(shè)計(jì)，從技術(shù)的角度研究地圖相應(yīng)算法，加強(qiáng)色覺(jué)異常人群對(duì)地圖的識(shí)別度，并進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)調(diào)研，不斷改進(jìn)優(yōu)化算法。

(3) 通過(guò)無(wú)障礙地圖進(jìn)一步關(guān)注色覺(jué)異常人群主觀對(duì)地圖色彩的認(rèn)知和情感聯(lián)想的研究，建立基于色覺(jué)異常人群的色彩意象體系，并對(duì)地圖交互設(shè)計(jì)展開(kāi)研究，提升色覺(jué)異常人群在地圖交互中的效率和滿意度。

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ResearchProgressofMapColorDesignBasedonPeoplewithColor-visionDeficiency

QIAN Mengru1，LIANG Dongdong1，WU Xu2

(1. College of Territorial Resources and Tourism, Anhui Normal University, Wuhu 241003, China; 2. School of Methematics and Compute Science, Anhui Normal University, Wuhu 241003, China)

Based on the studies of people with color-vision deficiency at home and abroad, a systematical analysis on these literatures from the aspects of research content and method has been made in this paper. Four main aspects are found in these literatures. Firstly, scholars revel the roles of non-color's clues in people's description and recognition about color by fundamental color study. Secondly, from the people with color-vision deficiency, scholars have found their preferences are related with their color's emotion by the research on color reference. Thirdly, scholars study the system of accessible color design, combining with visual feature of people with color-vision deficiency and image conversion algorithm. Fourthly, scholars make use of the image conversion algorithm to revise the image that people with color-vision deficiency have seen to make them recognize image information.

color-vision deficiency； free barrier map; emotion associations; image algorithm; map color

P28

A

0494-0911(2017)01-0005-07

錢夢(mèng)茹，梁棟棟，吳旭.基于色覺(jué)異常人群的地圖色彩設(shè)計(jì)研究進(jìn)展[J].測(cè)繪通報(bào)，2017(1)：5-11.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0002.

2016-04-24

2014年度安徽師范大學(xué)研究生科研創(chuàng)新與實(shí)踐項(xiàng)目(2014yks086zd)

錢夢(mèng)茹(1990—)，女，碩士生，研究方向?yàn)榈貓D制圖。E-mail：18226793552@163.com

梁棟棟