视障人群色彩感受辅助系统设计研究

张苏杭

【摘 要】色彩感受分物理、生理、心理三个层面;色彩联觉理论具有补偿色彩感受的可能;将温度、声音、震动对应孟塞尔色立体模型用于辅助系统。

【关键词】盲人;视觉补偿;色彩联觉

中图分类号： TP391.41文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）27-0013-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.27.005

对于环境的感知过程中，色彩感受是其中必不可少的部分。而视障人群（本研究中狭指先天失明者）对颜色感受的缺失该如何补偿？本文先分析“色彩感受”;再结合文献，提出解决方案;并加以实践总结。

1 色彩感受的本质

感知色彩是人类认知世界的重要途径之一，而色彩给予人的感受则受多方面影响。目前国外主流学术界主张将色彩认知划分为物理属性、生理特性、语言文化三方面;国内学者张积家等人[1]表示色彩感受来源物理-生理、认知-智力、社会-文化;冯健亲将其分为物理、生理、心理。不难发现国内外对色彩感受的解读都离不开这三要素，而其关系为：色彩感受=物理感受+生理感受/心理感受。物理颜色是被测物经反射与吸收光所形成的色感呈现;生理感受是由视觉器官形成的色彩感受机制对外界颜色所产生的视觉结果;心理感受是由生理与经验主观加工后所得。视障者因缺失视觉器官无法收到反射光信号，继而无法有后两项色彩感受。在调研过程过我们了解了视障者日常中感知事物主要依靠触摸和听声音，即非视觉感受去代替视觉感受，那么色彩感受是否也能由非视觉感受所代替呢？带着这个思路，我们进行了进一步研究。

2 联觉效应对色彩感受的辅助可能

2.1 生理感受作辅助对象

设计因为要求通用性原则，需在不同用户中做出一个最优平衡，故辅助系统也需寻得不同个体感受的最小公倍数。而色彩的心理感受差异性最大，差异来源于环境、文化、个人三个层面。物理颜色的获取前提是有能接收物体反射色光的视觉器官。生理颜色属生物病理范畴，依赖人相同结构的生理机能，每个正常人的肌肉机能与血液循环在不同色光的照射下都会发生同性变化，站在人类稳定的基本色性面前，生理感受更适合作为辅助视障人群色彩感受的对象。

2.2 联觉效应为辅助方式

经文献查阅，张积家指出能由概念机能弥补视觉机能缺陷，时琴琴认为受语言文化影响视障者不会毫无颜色概念[2]，贝多芬失聪后利用骨传导原理以振频代替音频，可见不同感知模式间能相互转换与共鸣，其被称为联觉效应。通过联觉刺激感官共鸣，就有补偿缺陷感觉的可行性，而它的前提是需要感官-意识的完整反馈机制，并且具有信息录入-调出的神经基础，如普通人初食辣椒时，会将辣椒的基本属性（形状-锥形、颜色-红、味道-辣）储存至记忆库中，再看到辣椒形状时，会本能的从记忆库中抽调出颜色-红、味道-辣等信息，同时联觉于味觉器官，刺激唾液腺分泌唾液，这种共鸣就构成了联觉的基本形式。

视障者缺少视觉感觉等同缺少一个输入端，但仍有触发联觉的条件：当视障者食用辣椒后再次触摸到辣椒形状的物体时，同样能对味觉产生共鸣，其记忆库中只未有视觉带来的颜色信息，而视障者的颜色概念还来源于经验、文化及教育，对颜色概念的判定能由当前语境补充。并且传统对视障者的印象存在听觉、触觉较常人更为敏锐的经验，张增慧、林仲贤[3] 在听力对比实验后提出盲童的听觉、触觉辨别能力均高于正常儿童，且触觉高于听觉，苏联学者婕姆佐娃在感知辨别实验后，表明盲人听觉、触觉阀限低于正常人。视障者在生活中利用触觉与听觉来补偿视觉，因长期代替而更灵敏的触觉与听觉证明了代替视觉以辅助色彩感受的可行性。

2.3 色彩联觉量化标准

色声联觉在17世纪，牛顿就将红橙黄绿蓝靛紫与Do、Re、Mi、Fa、Sol、La、Si相对应，其原理为毕达哥斯拉提出，即七种光谱色与七种音阶间存在对等振动频率理论，康定斯基将黄、蓝绿、红，分别对应喇叭、低音提琴、鼓，现代有学者通过实验表示快节奏音乐对应强饱和度，高亮度颜色;慢的节奏对应低饱和度，暗调和冷调，以证明音色联觉能定量表示。

色彩与触觉的联觉体现在温度与粗糙度，色光的物理性质与人类的生理基础决定了人视觉神经接受后产生的生理感受。探究色彩本身性质，暖色属长波，具高导热性;冷色属短波，具低导热性，故暖色令人生理上血压升高、血管扩张，冷色令人血压下降、血管收缩、心跳平缓。视障者因前端受损或视锥细胞缺失而无法执行完整生理感受机制，故设想将颜色的波长与色温，通过辅助系统读取，反馈相应听觉与触觉信号，以到达模拟色彩生理感受的效果。

3 辅助系统设计

3.1 孟塞尔色立体系统

孟塞尔颜色模型是由阿尔伯特·孟塞尔在1898年创制的依据色彩的视觉的感知特點而建立的色彩分类体系，其将色彩的色调、明度、色度属性依靠人的视觉反应等阶划分，其架设之科学性使其成为当代国际普遍采用的色彩模式。引用于辅助系统中，需配合颜色的三要素，分别与相对应的非视觉反馈形成索引（色相-温度、明度-粗糙度、色度-音调），基于大量实验下，绘制辅助系统的色彩联觉量化标准表。

3.2 控制流程

1）通过扫描，颜色传感器读入rgb数组并录入。2）系统分析出颜色数组判定色调，显示在0led上。3）利用查表法调动温度输出模块（制冷片）加热或制冷，配合温度控制器监控温度稳定于色调对应区间。4）利用查表设定震频于震动模块输出。5）通过蜂鸣器输出对应调性的白噪音音频。

3.3 交互流程

辅助系统因用户为盲人，考虑其操作局限，设计语音交互模块，并嵌套待机-解锁状态以保护操作安全。用户通过语音指令进行交互：1）语音“开机”唤醒待机下的设备。2）语音输入“开始扫描”颜色传感器开始工作并写入rgb信息。3）语音输入“结束扫描”颜色传感器停止工作。4）语音输入“开始输出”调令系统控制“温度”、“震动”、“声音”模块输出反馈，用户得到非视觉刺激，产生联觉。5）语音输入“结束输出”输出模块停止工作，待用户重新扫描或关进。6）语音输入“关机”设备进入待机状态锁死。

3.4 组装设计

整个原型机的设计都是使用了嵌入式单片机设计，本研究只限步于辅助系统的初步设计，后续的商业级开发则依靠更高的技术水平和资金投入。如图，①嵌入式单片机开发板（STM32核心板）②颜色传感器（Grove I2C Color Sensor）③语音识别模块（LD3320A语音识别模块）④震动模块（VibrationMotor震动马达电机模块）⑤OLED显示屏（12864液晶屏模块）⑥温度模块（半导体制冷器，在图3.中未嵌入）

3.5 总结

经视障者佩戴体验及反馈，发现其（下转第22页）（上接第14页）局限：（一）对于色彩感觉读取含糊不清;（二）不同感官体验零碎无法融洽调和。（三）无法避免个体的感受差异。约瑟夫·阿伯斯说：“色彩在不停歇的流动和融合中表达自己，随时关联着变化中的周边和条件。”了解文章段意不能只着眼单个词汇含义，而需置入完整语境，对于解读色彩乃至画面，本研究妄通过将其拆分至细小的像素点，以程序语言逐个翻译，目前仍过于拙劣，这需要庞大数据支撑与更为成熟的提取-组织-演绎的编译算法，而随技术进步相信其终有应用价值此文只做抛砖迎玉。

【参考文献】

[1]张积家，方燕红，谢书书.颜色词与颜色认知的关系：相互作用理论及其证据[J].心理科学进展，2012.

[2]时琴琴.盲童和正常儿童对颜色认知的对比[D].上海师范大学，2011.

[3]张增慧，林仲贤.7—12岁正常及盲童听、触觉通道大小辨别比较实验[J].心理学动态，1987，04：39-42.