基于CIELAB色域的兒童虹膜顏色定量測定方法研究

仇沁曉　錢登娟　陳琪　林振南　黃菲菲

【摘 要】目的：研究一套客觀定量的虹膜顏色快速測定方法，進(jìn)而為分析虹膜顏色與兒童近視風(fēng)險的關(guān)系提供依據(jù)。方法：采集兒童虹膜圖像，Photoshop CS和Image J軟件處理虹膜圖像，再將獲得的RGB參數(shù)值通過標(biāo)準(zhǔn)化公式轉(zhuǎn)化為L*，a*，b*參數(shù)值（L*表示顏色的亮度；a*表示其在紅色和綠色之間的位置，；b*表示其在黃色和藍(lán)色之間的位置）。結(jié)果：快速客觀定量測定虹膜顏色。 結(jié)論：將此方法測量的客觀結(jié)果與使用主觀比色法得到的結(jié)果進(jìn)行對比，明確該方法的準(zhǔn)確性和實(shí)用性都優(yōu)于主觀比色法。

【關(guān)鍵詞】虹膜顏色；近視；客觀定量測定；CIELAB色域

中圖分類號： R77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）12-0149-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.067

Study on quantitative determination of iris color in children based on CIELAB

QIU Qin-xiao QIAN Deng-juan※ CHEN Qi LIN Zhen-nan HUANG Fei-fei

（Suzhou University Medical Department，Suzhou Jiangsu 215123，China）

【Abstract】Objective：We aim to explore a quantitative method for measuring iris color objectively， which can provide a basis for analyzing the relationship between iris color and the risk of myopia for children.

Methods：We obtained standardized slit-lamp photographs， being processed by Photoshop CS and Image J. The achieved RGB parameter values are converted into L*， a*， b* parameter values by a normalized formula.（parameter L* means brightness； parameter a* means the location between red and green； parameter b* means the location between yellow and blue）.

Results：Measure iris color objectively and quantitatively.

Conclusions：We compared the objective method with the subjective colorimetry， manifesting that the accuracy and practicality of the method were better than the subjective colorimetry.

【Key words】Iris color；Myopia；Objective and quantitative measurement；CIELAB color gamut

虹膜位于眼球中層血管膜的最前部、睫狀體的前方，是環(huán)繞在瞳孔四周有色彩的部分，能自動調(diào)節(jié)瞳孔的大小和進(jìn)入眼內(nèi)光線的多少。虹膜顏色在流行病學(xué)研究中已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)與多種眼病如老年性黃斑變性[1]和老年性白內(nèi)障[2]等有關(guān)并能影響視覺功能[3]。臨床上虹膜顏色的測量方法以主觀比色法為主，然而其具有一定的局限性：（1）沒有國際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)化測量體系。Mackey等在一篇文獻(xiàn)綜述中總結(jié)了現(xiàn)有的一些虹膜顏色測量體系，現(xiàn)有的測量體系最少將虹膜顏色分為2類，最多則有9類。如此大的方法學(xué)差異大大降低了各個獨(dú)立研究之間的可比性。（2）不同觀察者之間的外在一致性較差。不同觀察者間一致性較差（Kappa系數(shù)[4]在0.5以下），這大大降低了研究的可信程度（一般至少Kappa系數(shù)在0.7以上才可認(rèn)為觀察者間測量結(jié)果一致性較好）。（3）目前較為系統(tǒng)成型的測量體系大多適用于白種人虹膜顏色的測量，適合亞洲人群，尤其是華人的測量體系幾乎沒有，這大大限制了相關(guān)研究在華人中開展的可行性。

色彩是人眼對于不同波長的光線的不同感受，人們建立了多種色彩模型，以一維、二維、三維甚至四維空間坐標(biāo)來表示某一色彩，這種坐標(biāo)系統(tǒng)所能定義的色彩范圍即色域。

國際照明委員會于1976年提出的CIELAB色域是目前用來描述人眼可見的所有顏色的最完備的色彩模型。它主要有三個基本坐標(biāo)L*，a*和b*。L*表示顏色的亮度（L*=0生成黑色而L*=100指示白色），它在紅色和綠色之間的位置用a*（a*負(fù)值指示綠色而正值指示紅色）表示，它在黃色和藍(lán)色之間的位置用b*（b*負(fù)值指示藍(lán)色而正值指示黃色）表示。相對傳統(tǒng)的RGB色域，CIELAB色域更加接近人類視覺，致力于感知均勻性，它的L*分量密切匹配人眼亮度感知。因此可以被用來做精確的顏色平衡，或使用L*分量來調(diào)整亮度對比。這些變換在傳統(tǒng)的RGB色域中是不可能的。因此，使用CIELAB色域來量化虹膜顏色能有效地解決虹膜顏色客觀測量的問題。

1 材料與方法

1.1 研究對象的選擇

本研究從學(xué)齡兒童近視流行病學(xué)研究隊(duì)列里嚴(yán)格按照事先設(shè)定的納入標(biāo)準(zhǔn)選取研究對象。

1.2 虹膜圖像的采集

在完全隔絕光線的暗房內(nèi)設(shè)置好光源（D55標(biāo)準(zhǔn)光源）、虹膜數(shù)碼相機(jī)，采集研究對象的虹膜圖像。確保測量過程中鏡頭與虹膜表面的垂直距離為135mm，從被測物體的垂直方向進(jìn)行測色，即鏡頭與被測虹膜表面平行，光源照射方向與虹膜表面的垂直線夾角約45°角。將數(shù)碼相機(jī)閃光燈設(shè)置于自動狀態(tài)，調(diào)整焦距，按快門、閃光，攝取圖像，每個對象拍攝10張照片。為減少實(shí)驗(yàn)誤差，整個拍攝過程均是由一人完成的。最后選擇效果最好的1張照片存入相機(jī)，下載數(shù)字圖片。

1.3 運(yùn)用主觀比色法定性測量虹膜顏色

從所有虹膜圖像中選取5張具有代表性的、顏色由淺至深的圖像作為比色圖，按顏色由淺至深編號1到5。以比色圖為基準(zhǔn)兩個人獨(dú)立地對虹膜圖像進(jìn)行比色。若主觀判斷出的虹膜顏色介于兩張比色圖之間，則將其歸于顏色深的一類。第三人對上述兩人比色出現(xiàn)差異的圖像獨(dú)立地進(jìn)行主觀比色。匯總得到最后的主觀比色結(jié)果。

1.4 運(yùn)用Photoshop CS、Image J進(jìn)行虹膜圖像的加工處理

使用Photoshop CS軟件打開拍攝好的虹膜圖片，將虹膜分為四個象限，所有圖片均選擇在第二象限截取。選擇裁剪工具，在上方的屬性欄輸入需要的寬度和高度：256x256像素。拖動鼠標(biāo)在第二象限的虹膜睫狀區(qū)中心選擇裁剪的部分，得到所需的正方形圖片。使用美國國立衛(wèi)生院研制的計(jì)算機(jī)圖像處理軟image J打開截取后大小為256x256像素的虹膜圖片。點(diǎn)擊“取色器”工具，對圖片中心點(diǎn)進(jìn)行取色，得到該點(diǎn)的RGB參數(shù)值。

1.5 將參數(shù)值轉(zhuǎn)化為L*，a*，b*參數(shù)

RGB參數(shù)值無法直接轉(zhuǎn)換成L*，a*，b*參數(shù)，需要先轉(zhuǎn)換成XYZ參數(shù)值再轉(zhuǎn)換成L*，a*，b*參數(shù)，即：RGB--XYZ--LAB。前一步得到的RGB參數(shù)代入XYZ轉(zhuǎn)化公式：

X 0.4124 0.3576 0.1805R

Y=0.2126 0.7152 0.0722G

Z 0.0193 0.1192 0.9505B

通過標(biāo)準(zhǔn)化公式將描述人眼視覺刺激的XYZ參數(shù)值轉(zhuǎn)換成最終的L*，a*，b*參數(shù)。

2 結(jié)果和討論

CIELAB色域?yàn)樵u價體系的快速定量測定虹膜顏色的程序能夠快速定量準(zhǔn)確地測定出虹膜顏色，具有簡易方便、低成本、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，有一定的可行性。用Photoshop CS、Image J對虹膜圖像加工處理，并將RGB參數(shù)值轉(zhuǎn)換成CIELAB空間里的L*，a*，b*參數(shù)對虹膜圖像進(jìn)行定量描述。為今后在大樣本量人群研究中快速定量地測量虹膜顏色提供方法學(xué)依據(jù)。

3 結(jié)論

將采集到的兒童虹膜圖像通過這個客觀測定方法得到虹膜顏色的定量測定值與先前用主觀比色法測定結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果顯示使用這個定量方法測出來的虹膜顏色更加準(zhǔn)確、客觀，適宜的人群也沒有限制。可見這個方法與傳統(tǒng)的主觀比色法相比具有較大的優(yōu)越性，有待于更多的臨床試驗(yàn)和深入研究，使其具有更強(qiáng)的應(yīng)用性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Tomany SC，Klein R，Klein BEK.The relationship between iris color，hair color，and skin sun sensitivity and the 10-year incidence of age-related maculopathy-The beaver dam eye study.Ophthalmology 2003；110（8）：1526-1533.

[2]Cumming RG，Mitchell P，Lim R.Iris color and cataract：the Blue Mountains Eye Study.Am J Ophthalmol 2000；130（2）：237-238.

[3]Nischler C，Michael R，Wintersteller C，Marvan P，van Rijn LJ，Coppens JE，van den Berg TJ， Emesz M，Grabner G.Iris color and visual functions.Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 2013； 251（1）：195-202.

[4]郭軼斌，郭威，秦宇辰，何倩.《中國衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)》，2016，33（1）：169-170.