基于计算机视觉图像处理的医院导视系统色彩缺陷识别及优化

摘要：针对医院导视系统中色觉障碍群体面临的色彩识别难题，提出一种基于计算机视觉的导视系统色彩缺陷检测与优化方法。通过构建RGB→XYZ→LAB色彩空间转换模型，利用欧几里得距离算法量化相邻像素色彩差异，结合对比敏感度函数设定阈值标记低对比度区域，形成缺陷识别框架。以山海关人民医院为案例，采集1226张导视系统图像，识别出三类典型缺陷，并提出安全配色、符号编码及多模态补偿优化策略。实验表明，模型检测效率和缺陷识别精度较传统人工检测明显提高。研究成果为公共空间导视系统无障碍设计提供了量化评估与动态优化的技术范式。

关键词：导视系统；色彩无障碍；计算机视觉；图像处理；色彩优化

研究背景

我国色觉障碍人群超7700万，但现有医院导视系统设计多聚焦色觉正常人群，依赖人工感官评估，存在效率低、主观性强等缺陷。随着《无障碍环境建设法》等政策出台，亟需通过智能化技术提升导视系统的包容性。本研究结合计算机视觉与通用设计理论，提出自动化色彩缺陷检测模型，旨在解决色觉障碍群体在复杂医疗环境中的信息误读与安全隐患，兼具理论创新与实践价值。

研究理论

本文将重点围绕RGB色彩空间和CIE Lab色彩空间展开研究。RGB色彩空间是目前数字图像处理和电子设备色彩显示的主要色彩空间，它基于Helmholtz提出的三色学说，色彩取值分量范围为0到255。但是，此模型忽略了人眼对于红、绿、蓝这三个色彩分量的敏感程度差异，因此该模型的色彩表达效果与人眼真实的色彩感知效果相差较大，色彩的均匀性也非常差。

国际照明委员会于1976年提出了CIE LAB色彩空间，并将其确立为该委员会发布的标准色度系统。其中 L，A，B 三个字母分别代表一个色度空间的三个坐标维度，L 代表色彩亮度，A 和 B 分别代表两种人类视觉能感知的独特颜色组合，即红色、绿色、蓝色和黄色。该色彩空间感知均匀，是目前最接近人类视觉的色彩空间。

不同色彩空间在特定条件下能够相互转换，本文着重探讨 RGB 色彩空间向 CIE 色彩空间的转换流程。具体而言，首先要将 RGB 色彩空间线性转换至 XYZ 色彩空间，此过程需借助矩阵乘法，即将 RGB 值与一个特定的转换矩阵相乘，便能得到 X、Y、Z 矩阵值。

研究方法

首先利用计算机图像识别技术统一样本照片色彩空间，采用色彩空间转换算法，通过双向色适应变换实现样本照片色彩空间标准化，。图像通常以不同的格式（如 JPEG、PNG、GIF 等）存储，加载后需要将其转换为相同的色彩空间。本次图像处理选择标准的 RGB 格式，以确保每个像素的色彩信息通过三个通道（红色、绿色、蓝色）表示。最后，将图像进行统一的去噪处理。

构建色彩差异计算模型主要是计算相邻像素之间的色彩差异，揭示图像区域内不同色彩的变化，进而识别出视觉障碍患者可能识别困难的区域，标记困难区域内的色彩缺陷，在本研究中，我们使用欧几里得距离法作为图像中相邻像素之间色彩差异的度量方式。

依据整体色彩差异计算结果确定对比度阈值，构建色彩对比度差异决策矩阵。我们可以得到整幅图像的色彩差异分布。

色彩差异矩阵 ΔC 的大小与图像的尺寸相同，但每个元素表示的是两个相邻像素的色彩差异。例如，如果图像大小为 M×N，则色彩差异矩阵将是一个 M×N 的矩阵。

以上色彩差异计算帮助我们识别图像中的低对比度区域，这些区域通常具有较小的色彩差异，并可能对色觉障碍者造成困扰。通过计算整个图像的色彩差异矩阵，我们可以通过图像合成算法将缺陷区域映射至原图，采用RGB高亮标记，形成像素级掩膜，该模型实现缺陷区域自动定位与可视化输出，为导视系统色彩无障碍改造提供精准靶向数据支持，从而准确地识别出这些区域，并在后续设计中进行着重区分，从而辅助色盲症患者更好的利用导视系统，在医院建筑中安全便捷的开展行为活动。

案例应用

秦皇岛市山海关区位于河北省东北部，陆域总占地面积约193.5平方公里，常住人口16.2万，老龄化程度超过全国老龄化程度，无障碍设施落后。山海关人民医院位于秦皇岛市山海关区关城南路5号，占地3.9万平方米，建筑面积2.6万平方米，床位400张。

研究通过对人口结构数据、无障碍设施现状及建筑功能分区的综合分析，精准建立了导视系统与空间使用需求的映射关系，同时采集了医院导视系统的图像并进行功能分类，运用色彩空间转换技术和对比敏感度函数，智能识别出三类典型色彩缺陷模式。

对于标识与接触面色彩对比度低、标识整体配色有缺陷以及文字与标识背景对比度低、文字不清晰等问题，均可通过选用安全的配色方案予以解决。

对于标识与接触面色彩对比度低、标识整体配色有缺陷以及文字与标识背景对比度低、文字不清晰等问题，均可通过选用安全的配色方案予以解决。

对于无法区分不同颜色而引发的色彩信息传达不到位的问题，可通过色彩信息可视化设计来解决。具体做法是对色彩信息进行符号化设计，使图形形状能够让视觉障碍群体联想到特定的颜色，且各个图形之间相互联系，形成完整的图形符号体系。

对于颜色传达信息不准确的问题，可通过明确描述色彩的方式来解决。例如，在收费窗口和取药窗口前的地面标识，常有“在蓝色线外等候”或“在黄色线外等候”这样的提示，可通过对引导线的颜色进行明确标注，即加上 “此处为蓝色”“此处为黄色”这样具体的文字描述，从而帮助视觉障碍人群快速、准确地理解引导信息，避免发生不必要的误解，进而防止产生纠纷。

研究结论

本研究从提升建筑导视系统无障碍服务建设的视角出发，聚焦于量化导视系统色彩差异，系统性地探索了医疗建筑导视系统的色彩优化问题，通过图像处理技术提取色彩数据，并基于计算机视觉理论构建色彩缺陷识别模型，实现了对现有导视系统色彩差异的精准辨识；在此基础上，研究定义了色彩缺陷位置的划分标准，对不同图像中的色彩缺陷进行细致分类，结合色彩无障碍设计的配色标准及相关指导文件，提出了针对性的色彩优化方案和整体设计策略，成功达到了高效定量识别、评估和优化色彩缺陷的目标，从而显著提升了导视系统的视觉可及性和功能性，为医疗建筑及公共空间的无障碍环境建设提供了可操作的技术框架和实践指导，展现了重要的理论价值与广泛的应用前景。

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作者简介：王薇旭，1996年10月26日，女，汉族，河北秦皇岛人，硕士学历，青岛理工大学，工业设计工程方向