視障人群色彩感受輔助系統(tǒng)設(shè)計研究

張?zhí)K杭

【摘 要】色彩感受分物理、生理、心理三個層面;色彩聯(lián)覺理論具有補償色彩感受的可能;將溫度、聲音、震動對應(yīng)孟塞爾色立體模型用于輔助系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】盲人;視覺補償;色彩聯(lián)覺

中圖分類號： TP391.41文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）27-0013-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.27.005

對于環(huán)境的感知過程中，色彩感受是其中必不可少的部分。而視障人群（本研究中狹指先天失明者）對顏色感受的缺失該如何補償？本文先分析“色彩感受”;再結(jié)合文獻，提出解決方案;并加以實踐總結(jié)。

1 色彩感受的本質(zhì)

感知色彩是人類認知世界的重要途徑之一，而色彩給予人的感受則受多方面影響。目前國外主流學術(shù)界主張將色彩認知劃分為物理屬性、生理特性、語言文化三方面;國內(nèi)學者張積家等人[1]表示色彩感受來源物理-生理、認知-智力、社會-文化;馮健親將其分為物理、生理、心理。不難發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外對色彩感受的解讀都離不開這三要素，而其關(guān)系為：色彩感受=物理感受+生理感受/心理感受。物理顏色是被測物經(jīng)反射與吸收光所形成的色感呈現(xiàn);生理感受是由視覺器官形成的色彩感受機制對外界顏色所產(chǎn)生的視覺結(jié)果;心理感受是由生理與經(jīng)驗主觀加工后所得。視障者因缺失視覺器官無法收到反射光信號，繼而無法有后兩項色彩感受。在調(diào)研過程過我們了解了視障者日常中感知事物主要依靠觸摸和聽聲音，即非視覺感受去代替視覺感受，那么色彩感受是否也能由非視覺感受所代替呢？帶著這個思路，我們進行了進一步研究。

2 聯(lián)覺效應(yīng)對色彩感受的輔助可能

2.1 生理感受作輔助對象

設(shè)計因為要求通用性原則，需在不同用戶中做出一個最優(yōu)平衡，故輔助系統(tǒng)也需尋得不同個體感受的最小公倍數(shù)。而色彩的心理感受差異性最大，差異來源于環(huán)境、文化、個人三個層面。物理顏色的獲取前提是有能接收物體反射色光的視覺器官。生理顏色屬生物病理范疇，依賴人相同結(jié)構(gòu)的生理機能，每個正常人的肌肉機能與血液循環(huán)在不同色光的照射下都會發(fā)生同性變化，站在人類穩(wěn)定的基本色性面前，生理感受更適合作為輔助視障人群色彩感受的對象。

2.2 聯(lián)覺效應(yīng)為輔助方式

經(jīng)文獻查閱，張積家指出能由概念機能彌補視覺機能缺陷，時琴琴認為受語言文化影響視障者不會毫無顏色概念[2]，貝多芬失聰后利用骨傳導原理以振頻代替音頻，可見不同感知模式間能相互轉(zhuǎn)換與共鳴，其被稱為聯(lián)覺效應(yīng)。通過聯(lián)覺刺激感官共鳴，就有補償缺陷感覺的可行性，而它的前提是需要感官-意識的完整反饋機制，并且具有信息錄入-調(diào)出的神經(jīng)基礎(chǔ)，如普通人初食辣椒時，會將辣椒的基本屬性（形狀-錐形、顏色-紅、味道-辣）儲存至記憶庫中，再看到辣椒形狀時，會本能的從記憶庫中抽調(diào)出顏色-紅、味道-辣等信息，同時聯(lián)覺于味覺器官，刺激唾液腺分泌唾液，這種共鳴就構(gòu)成了聯(lián)覺的基本形式。

視障者缺少視覺感覺等同缺少一個輸入端，但仍有觸發(fā)聯(lián)覺的條件：當視障者食用辣椒后再次觸摸到辣椒形狀的物體時，同樣能對味覺產(chǎn)生共鳴，其記憶庫中只未有視覺帶來的顏色信息，而視障者的顏色概念還來源于經(jīng)驗、文化及教育，對顏色概念的判定能由當前語境補充。并且傳統(tǒng)對視障者的印象存在聽覺、觸覺較常人更為敏銳的經(jīng)驗，張增慧、林仲賢[3] 在聽力對比實驗后提出盲童的聽覺、觸覺辨別能力均高于正常兒童，且觸覺高于聽覺，蘇聯(lián)學者婕姆佐娃在感知辨別實驗后，表明盲人聽覺、觸覺閥限低于正常人。視障者在生活中利用觸覺與聽覺來補償視覺，因長期代替而更靈敏的觸覺與聽覺證明了代替視覺以輔助色彩感受的可行性。

2.3 色彩聯(lián)覺量化標準

色聲聯(lián)覺在17世紀，牛頓就將紅橙黃綠藍靛紫與Do、Re、Mi、Fa、Sol、La、Si相對應(yīng)，其原理為畢達哥斯拉提出，即七種光譜色與七種音階間存在對等振動頻率理論，康定斯基將黃、藍綠、紅，分別對應(yīng)喇叭、低音提琴、鼓，現(xiàn)代有學者通過實驗表示快節(jié)奏音樂對應(yīng)強飽和度，高亮度顏色;慢的節(jié)奏對應(yīng)低飽和度，暗調(diào)和冷調(diào)，以證明音色聯(lián)覺能定量表示。

色彩與觸覺的聯(lián)覺體現(xiàn)在溫度與粗糙度，色光的物理性質(zhì)與人類的生理基礎(chǔ)決定了人視覺神經(jīng)接受后產(chǎn)生的生理感受。探究色彩本身性質(zhì)，暖色屬長波，具高導熱性;冷色屬短波，具低導熱性，故暖色令人生理上血壓升高、血管擴張，冷色令人血壓下降、血管收縮、心跳平緩。視障者因前端受損或視錐細胞缺失而無法執(zhí)行完整生理感受機制，故設(shè)想將顏色的波長與色溫，通過輔助系統(tǒng)讀取，反饋相應(yīng)聽覺與觸覺信號，以到達模擬色彩生理感受的效果。

3 輔助系統(tǒng)設(shè)計

3.1 孟塞爾色立體系統(tǒng)

孟塞爾顏色模型是由阿爾伯特·孟塞爾在1898年創(chuàng)制的依據(jù)色彩的視覺的感知特點而建立的色彩分類體系，其將色彩的色調(diào)、明度、色度屬性依靠人的視覺反應(yīng)等階劃分，其架設(shè)之科學性使其成為當代國際普遍采用的色彩模式。引用于輔助系統(tǒng)中，需配合顏色的三要素，分別與相對應(yīng)的非視覺反饋形成索引（色相-溫度、明度-粗糙度、色度-音調(diào)），基于大量實驗下，繪制輔助系統(tǒng)的色彩聯(lián)覺量化標準表。

3.2 控制流程

1）通過掃描，顏色傳感器讀入rgb數(shù)組并錄入。2）系統(tǒng)分析出顏色數(shù)組判定色調(diào)，顯示在0led上。3）利用查表法調(diào)動溫度輸出模塊（制冷片）加熱或制冷，配合溫度控制器監(jiān)控溫度穩(wěn)定于色調(diào)對應(yīng)區(qū)間。4）利用查表設(shè)定震頻于震動模塊輸出。5）通過蜂鳴器輸出對應(yīng)調(diào)性的白噪音音頻。

3.3 交互流程

輔助系統(tǒng)因用戶為盲人，考慮其操作局限，設(shè)計語音交互模塊，并嵌套待機-解鎖狀態(tài)以保護操作安全。用戶通過語音指令進行交互：1）語音“開機”喚醒待機下的設(shè)備。2）語音輸入“開始掃描”顏色傳感器開始工作并寫入rgb信息。3）語音輸入“結(jié)束掃描”顏色傳感器停止工作。4）語音輸入“開始輸出”調(diào)令系統(tǒng)控制“溫度”、“震動”、“聲音”模塊輸出反饋，用戶得到非視覺刺激，產(chǎn)生聯(lián)覺。5）語音輸入“結(jié)束輸出”輸出模塊停止工作，待用戶重新掃描或關(guān)進。6）語音輸入“關(guān)機”設(shè)備進入待機狀態(tài)鎖死。

3.4 組裝設(shè)計

整個原型機的設(shè)計都是使用了嵌入式單片機設(shè)計，本研究只限步于輔助系統(tǒng)的初步設(shè)計，后續(xù)的商業(yè)級開發(fā)則依靠更高的技術(shù)水平和資金投入。如圖，①嵌入式單片機開發(fā)板（STM32核心板）②顏色傳感器（Grove I2C Color Sensor）③語音識別模塊（LD3320A語音識別模塊）④震動模塊（VibrationMotor震動馬達電機模塊）⑤OLED顯示屏（12864液晶屏模塊）⑥溫度模塊（半導體制冷器，在圖3.中未嵌入）

3.5 總結(jié)

經(jīng)視障者佩戴體驗及反饋，發(fā)現(xiàn)其（下轉(zhuǎn)第22頁）（上接第14頁）局限：（一）對于色彩感覺讀取含糊不清;（二）不同感官體驗零碎無法融洽調(diào)和。（三）無法避免個體的感受差異。約瑟夫·阿伯斯說：“色彩在不停歇的流動和融合中表達自己，隨時關(guān)聯(lián)著變化中的周邊和條件?！绷私馕恼露我獠荒苤恢蹎蝹€詞匯含義，而需置入完整語境，對于解讀色彩乃至畫面，本研究妄通過將其拆分至細小的像素點，以程序語言逐個翻譯，目前仍過于拙劣，這需要龐大數(shù)據(jù)支撐與更為成熟的提取-組織-演繹的編譯算法，而隨技術(shù)進步相信其終有應(yīng)用價值此文只做拋磚迎玉。

【參考文獻】

[1]張積家，方燕紅，謝書書.顏色詞與顏色認知的關(guān)系：相互作用理論及其證據(jù)[J].心理科學進展，2012.

[2]時琴琴.盲童和正常兒童對顏色認知的對比[D].上海師范大學，2011.

[3]張增慧，林仲賢.7—12歲正常及盲童聽、觸覺通道大小辨別比較實驗[J].心理學動態(tài)，1987，04：39-42.