基于心理物理實驗的中醫(yī)舌色感知量化方法
【專利摘要】基于心理物理實驗的中醫(yī)舌色感知量化方法屬于中醫(yī)望診的客觀化研究領域。在舌色色域范圍內(nèi)，取出部分有代表性的舌色顏色塊，作為感知刺激量值。以中醫(yī)舌診中舌色類型的描述規(guī)律，作為心理感知評價指導依據(jù)，進行心理物理實驗，建立心理感知等距量表，確定舌色心理感知量。通過構建舌色物理量值與心理感知量值之間的數(shù)學關系模型，得到舌色物理量對應的符合中醫(yī)舌色認知規(guī)律的心理感知量值。在建模過程中，首先確定單維物理量與感知量的函數(shù)關系，以此為依據(jù)構建綜合物理量與感知量之間的函數(shù)模型。該發(fā)明的特征旨在實現(xiàn)符合中醫(yī)舌診描述習慣的舌色單維感知量化，達到真正結合中醫(yī)的舌色定量描述目的。
【專利說明】基于心理物理實驗的中醫(yī)舌色感知量化方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于中醫(yī)望診的客觀化研究領域，特別涉及中醫(yī)望診中舌顏色量化領域，用于實現(xiàn)隨病癥變化且符合中醫(yī)認知規(guī)律的舌色量化。
【背景技術】
[0002]中醫(yī)舌診是通過觀察舌象變化了解人體生理功能和病理變化的診察方法，在中醫(yī)臨床診斷中起著重要的作用。傳統(tǒng)的舌診方法依賴于中醫(yī)的目視觀察及語言描述，缺乏量化描述指標和客觀記錄手段，給中醫(yī)舌診描述及分類方面帶來了困難。隨著現(xiàn)代科學技術手段在中醫(yī)舌診方面的發(fā)展，舌診客觀化、標準化的研究已經(jīng)成為中醫(yī)舌診重要的發(fā)展方向。
[0003]在舌色客觀化的處理研究中，普遍應用數(shù)字圖像處理和模式識別技術進行舌色分析。在這種模式下，每一種舌顏色都必須在某個顏色空間用多個分量表示，進而給出類別屬性，仍缺乏一種隨病癥變化且符合中醫(yī)認知習慣的單維量化方式，對中醫(yī)舌色進行定量度量。因此建立舌色變化單維量化描述手段，并確定顏色空間分量和舌色單維量化的關系有客觀必要性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了實現(xiàn)舌色在中醫(yī)描述規(guī)律維度上的量化，需將人眼對舌色在這一變化規(guī)律下的心理感知進行量化，而心理物理學就是對于人類感知進行量化的一門學科。對顏色這一主觀感受進行度量的學科——色度學，也是通過心理物理學中觀察者的視覺匹配實驗發(fā)展而來的。由于人類對物理刺激的感知具有主觀性和差異性，將感知量化的過程受到感覺、心理等多方面因素的影響，因此往往通過統(tǒng)計多個正常受試者的感覺數(shù)據(jù)，得到具有一定公認度的量化描述規(guī)范。
[0005]本發(fā)明有針對性地采用了視覺心理物理學方法，解決舌色在中醫(yī)描述規(guī)律維度上的量化問題。由于中醫(yī)舌色的感知量化需要在量化方向的各部分具有相等的單位，因此選擇等距量表方法實現(xiàn)舌色量化，最終通過數(shù)學建模獲得舌色物理量和中醫(yī)舌色心理感知量的關系。
[0006]本發(fā)明具體方案設計如下:在舌色色域范圍內(nèi)，取出部分有代表性的舌色顏色塊，作為感知刺激量值。以中醫(yī)舌診中舌色類型的描述規(guī)律，作為心理感知評價指導依據(jù)，進行心理物理實驗，建立心理感知等距量表，確定舌色心理感知量。通過構建舌色物理量值與心理感知量值之間的數(shù)學關系模型，得到舌色物理量對應的符合中醫(yī)舌色認知規(guī)律的心理感知量值。在建模過程中，首先確定單維物理量與感知量的函數(shù)關系，以此為依據(jù)構建綜合物理量與感知量之間的函數(shù)模型。該發(fā)明的特征旨在實現(xiàn)符合中醫(yī)舌診描述習慣的舌色單維感知量化，達到真正結合中醫(yī)的舌色定量描述目的。依次包括如下步驟:
[0007]1.舌色域的確定:
[0008](I)、采集各類中醫(yī)舌色標準圖像樣本(以標準sRGB空間描述)，需要包含淡紅、淡白、紅、絳、紫青各類用例，共5類；每類用例需要包含100例以上的實例，且由三位以上中醫(yī)醫(yī)師給出所屬類型標定。
[0009](2)、提取所有圖像樣本中舌質(zhì)部分的顏色物理量值，并將其轉換為與人眼感知相對應的HSI顏色空間；根據(jù)所有舌色在H、S、I分量的分布范圍，分別向兩側擴展1%，確定舌色域在H、S、I分量上的區(qū)間。
[0010]2.舌色物理量值單分量和心理感知量的關系確定:
[0011]由于舌色物理量值一般包含3個分量，其與心理感知量的關系也是各分量產(chǎn)生的心理感知綜合作用的結果，因此首先確定舌色物理量值單分量和心理感知量的關系，以便以此為依據(jù)更有效地構建舌色多維物理量值與心理感知量的關系模型。具體方法是:固定
H、S、I中的兩個分量，利用心理物理實驗，研究另一個分量變化和心理感知量的關系。
[0012](I)、舌色范圍內(nèi)單分量變化情況下，物理刺激量的確定:在已確定的舌色分布范圍內(nèi)，進行均勻分區(qū)采樣，例如在H、S、I分量范圍內(nèi)分別進行12等分采樣。選取其中兩個分量范圍的中心點，作為分量固定值，令另一分量為不同采樣點值，即只變化單一分量分別組合出不同顏色塊，得到單分量變化的舌色刺激量。將得到的舌色刺激量HSI值轉換為可顯示的sRGB值，以圖像色塊的形式顯示在顯示器上，讓觀察者觀察判斷，進行心理物理實驗。
[0013](2)、心理物理實驗，建立等距量表:依據(jù)中醫(yī)診斷學中舌色類型的描述規(guī)律，將舌色按照淡白、淡紅、紅絳、紫青的漸變順序作為心理感知量的評價依據(jù)，指導觀察者進行比較判斷。
[0014]首先通過成對比較或等級排列等方法，由多個觀察者對單分量變化的舌色刺激進行判斷排序，建立單分量變化的舌色刺激量的感知順序。感知順序號即為評定等級，將多個觀察者對同一刺激評定的等級加以平均，從而求出每一刺激的各自平均等級。計算正態(tài)分布下各平均等級對應的概率值，再根據(jù)POZ轉換表計算Z分數(shù)，即可得到各刺激的心理感知量組成的等距量表。
[0015](3)、通過數(shù)學建模，得到單分量變化舌色刺激與心理感知量變化的函數(shù)關系。
[0016]將舌色刺激各單分量變化(H、S、I)作為自變量，心理感知量作為因變量，采用最小二乘法進行曲線擬合，確定各分量變化與心理感知量之間的擬合曲線函數(shù)關系。
[0017]3.舌色物理量值和心理感知量的關系確定:
[0018](I)、舌色范圍內(nèi)多分量綜合變化情況下，物理刺激量的確定:在已確定的舌色分布范圍內(nèi)，進行均勻分區(qū)采樣。三分量分別組合出不同顏色塊，得到綜合變化的舌色刺激量。將得到的舌色刺激量HSI值轉換為可顯示的sRGB值，以圖像色塊的形式顯示在顯示器上，讓觀察者觀察判斷，進行心理物理實驗。
[0019](2)、心理物理實驗，建立等距量表:具體方法步驟與“舌色物理量值單分量和心理感知量的關系確定”中的(2)相同。
[0020](3)、通過數(shù)學建模，得到舌色物理量值與心理感知量的函數(shù)關系。
[0021 ] 將舌色刺激物理量(H、S、I)作為自變量，心理感知量作為因變量，采用多項式回歸模型建立兩者的函數(shù)關系。其中，物理量各分量的次數(shù)根據(jù)單分量變化舌色刺激與心理感知量變化的函數(shù)關系確定。例如，若H分量與心理感知量的擬合函數(shù)為二次函數(shù),則多項式模型中H分量采用二次項。各分量交叉項、低次項的選擇，則根據(jù)回歸精度進行優(yōu)選，最終確定多項式回歸模型的形式及參數(shù)。
[0022](4)、中醫(yī)舌色感知量化。
[0023]提取舌圖像中需要量化的舌色RGB值，并將其轉換為HSI值，代入舌色物理量值與心理感知量的多項式回歸模型，即可得到該舌色的感知量化結果。
[0024]有益效果
[0025]本方法可按中醫(yī)診斷學舌色類型的描述規(guī)律，實現(xiàn)舌診中舌色的單維感知量化，即由舌圖像中舌色像素值得到一個單維量值，其數(shù)量的大小表示舌色在舌診漸變規(guī)律中的程度。本方法首先根據(jù)正常舌和病癥舌樣本確定中醫(yī)舌色色域范圍，在此范圍內(nèi)依據(jù)人眼視覺感知空間均勻采樣，得到舌色物理刺激量；依據(jù)中醫(yī)分級類別順序，由觀察者對舌色刺激排序，計算得到等距量表，即各舌色刺激對應的心理感知量值；通過數(shù)學建模，得到舌色物理量值與心理感知量的函數(shù)關系，從而對任一舌色，可以得到其對應的中醫(yī)認知維度上的心理感知量。
[0026]傳統(tǒng)中醫(yī)舌診中，對舌色的描述是定性的，即用文字描述其所屬中醫(yī)舌色類別。一般包含淡白、淡紅、紅、絳、紫青。由于文字描述的模糊性和主觀差異，給中醫(yī)病例分析、數(shù)據(jù)挖掘、療效評價帶來諸多不便，阻礙了中醫(yī)診斷學的進一步發(fā)展。近年來，采用標準圖像數(shù)據(jù)或者色度數(shù)據(jù)描述舌色，成為舌色描述走向量化的開端。這些描述手段雖然采用數(shù)值量化形式，且具有相對統(tǒng)一的規(guī)范，但與中醫(yī)對舌色變化的認知規(guī)律無法很好的融合。在三維甚至更高維度的圖像或色度數(shù)據(jù)描述空間，一個顏色由多個數(shù)值描述。由于多個通道的綜合影響，很難直觀地判斷舌色數(shù)據(jù)變化帶來的屬性變化(偏紅、偏淡)，而屬性變化程度就更難以度量，這對中醫(yī)診斷信息的收集與分析是非常不利的。在中醫(yī)診斷病例分析研究中，對于舌色特征的統(tǒng)計分析也往往因為多維量化描述的限制，只能從每個維度上進行統(tǒng)計分析，而這種統(tǒng)計往往不能得到真正有價值的結果。例如某病癥的舌色統(tǒng)計范圍為Re [*，*]、Ge [*，*]、Be [*，*]，而實際上在這個范圍中，有些組合顏色并非這個病癥的舌色。
[0027]采用本方法，則會針對中醫(yī)舌色描述規(guī)律，即淡白、淡紅、紅、絳、紫青順序建立量值數(shù)軸。如附圖5、6所示，任一舌色可以通過建立的函數(shù)關系，得出在此數(shù)軸上的量值。由此，可以用一維量值簡單直觀地描述舌色屬性以及偏離某基準色的程度。而在舌色診斷信息的統(tǒng)計分析中，也可用此一維量值數(shù)軸上的范圍、量值出現(xiàn)概率等來表示。這種描述手段，將量化描述與中醫(yī)認知規(guī)律相結合，突破了目前采用多維顏色空間描述舌色的局限性，實現(xiàn)了真正意義上的中醫(yī)舌色量化表示。對于疾病程度、發(fā)展趨勢提供定量的依據(jù)，有利于推動舌診客觀化研究。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1:中醫(yī)舌色感知量化方法流程
[0029]圖2:舌色HSI顏色分布直方圖示例
[0030]圖3:Ρ0Ζ轉化法流程
[0031]圖4:H分量變化舌色刺激與心理感知量關系擬和曲線示例
[0032]圖5:中醫(yī)舌色感知量化結果數(shù)據(jù)示例
[0033]圖6:中醫(yī)舌色感知量化結果色塊示例【具體實施方式】
[0034]本方法中涉及的心理物理實驗均是在暗室條件下進行，通過一臺經(jīng)顏色矯正的LED顯示器顯示刺激色塊，對10位以上具有正常色覺的觀測者進行心理物理實驗。具體實施過程如下:
[0035]1.舌色域的確定:
[0036](I)、采集各類中醫(yī)舌色標準圖像。需要包含淡紅、淡白、紅、絳、紫青各類用例，共5類；每類用例需要包含100例以上的實例，且由三位以上中醫(yī)醫(yī)師給出所屬類型標定。圖像采集需采用準確的白平衡和曝光設置，以確定的顏色空間，如sRGB空間，輸出圖像數(shù)據(jù)，保證圖像數(shù)據(jù)的規(guī)范性。
[0037](2)、提取所有圖像樣本中舌質(zhì)部分的顏色物理量值，并將其轉換為與人眼感知相對應的HSI顏色空間；統(tǒng)計所有舌色的HIS值，確定舌色在H、S、I分量的分布范圍，分別向兩側擴展1%，確定舌色域在H、S、I分量上的區(qū)間。附圖2，為舌色在H、S、I分量上的分布直方圖。
[0038]2.舌色物理量值單分量和心理感知量的關系確定:
[0039]固定H、S、I中的兩個分量，利用心理物理實驗，研究另一個分量變化和心理感知量的關系。
[0040](I)、舌色范圍內(nèi)單分量變化情況下，物理刺激量的確定:在已確定的舌色分布范圍內(nèi)，進行均勻分區(qū)采樣，例如在H、S、I分量范圍內(nèi)分別進行12等分采樣。
[0041]固定S、I分量，H分量變化產(chǎn)生顏色刺激:取S、I分量舌色范圍的中心點作為固定值，H分量范圍內(nèi)12等分采樣，得到變化H分量的一組顏色刺激量；
[0042]同樣，固定1、H分量，S分量變化產(chǎn)生顏色刺激；固定H、S分量，I分量變化產(chǎn)生顏色刺激。
[0043]將得到的舌色刺激量HSI值轉換為可顯示的sRGB值，以圖像色塊的形式顯示在顯示器上(一般在中性灰背景下顯示)，讓觀察者進行觀察判斷，進行心理物理實驗。
[0044](2)、心理物理實驗，建立等距量表:依據(jù)中醫(yī)診斷學中舌色類型的描述規(guī)律，將舌色按照淡白、淡紅、紅絳、紫青的漸變順序作為心理感知量的評價依據(jù)，指導觀察者進行比較判斷。
[0045]流程參見附圖3。首先通過成對比較或等級排列等方法，由多個觀察者對單分量變化的舌色刺激進行判斷排序，建立單分量變化的舌色刺激量的感知順序。其中，成對比較是將舌色刺激量成對組合，顯示呈現(xiàn)給觀察者，讓觀察者選擇其中更加偏向漸變順序一側的色塊，然后統(tǒng)計多個觀察者的比較結果，得到感知順序。而等級排列是將所有舌色刺激量同時呈現(xiàn)給觀察者，讓觀察者按漸變順序排列，得到感知順序。感知順序號即為觀察者對刺激的評定等級。為了方便說明，表2以5位觀察者對4個舌色排序數(shù)據(jù)為例，介紹等距量表建立過程。
[0046]①將多個觀察者對同一刺激評定的等級加以平均，從而求出每一刺激的各自平均等級，記為MRit5
【權利要求】
1.基于心理物理實驗的中醫(yī)舌色感知量化方法，其特征在于依次包括如下步驟: 1)舌色域的確定: (1)、采集各類中醫(yī)舌色標準圖像樣本，需要包含淡紅、淡白、紅、絳、紫青各類用例，共5類；每類用例需要包含100例以上的實例，且由三位以上中醫(yī)醫(yī)師給出所屬類型標定； (2)、提取所有圖像樣本中舌質(zhì)部分的顏色物理量值，并將其轉換為與人眼感知相對應的HSI顏色空間；根據(jù)所有舌色在H、S、I分量的分布范圍，分別向兩側擴展1%，確定舌色域在H、S、I分量上的區(qū)間； 2)舌色物理量值單分量和心理感知量的關系確定: 固定H、S、I中的兩個分量，利用心理物理實驗，研究另一個分量變化和心理感知量的關系; (2.1)、舌色范圍內(nèi)單分量變化情況下，物理刺激量的確定:在已確定的舌色分布范圍內(nèi)，進行均勻分區(qū)采樣；選取其中兩個分量范圍的中心點，作為分量固定值，令另一分量為不同采樣點值，即只變化單一分量分別組合出不同顏色塊，得到單分量變化的舌色刺激量；將得到的舌色刺激量HSI值轉換為可顯示的sRGB值，以圖像色塊的形式顯示在顯示器上，讓觀察者觀察判斷，進行心理物理實驗； (2.2)、心理物理實驗，建立等距量表:依據(jù)中醫(yī)診斷學中舌色類型的描述規(guī)律，將舌色按照淡白、淡紅、紅、絳、紫青的漸變順序作為心理感知量的評價依據(jù)，指導觀察者進行比較判斷； 首先通過成對比較或等級排列等方法，由多個觀察者對單分量變化的舌色刺激進行判斷排序，建立單分量變化的舌色刺激量的感知順序；感知順序號即為評定等級，將多個觀察者對同一刺激評定的等級加以平均，從而求出每一刺激的各自平均等級；計算正態(tài)分布下各平均等級對應的概率值，再根據(jù)POZ轉換表計算Z分數(shù)，即得到各刺激的心理感知量組成的等距量表； (2.3)、通過數(shù)學建模，得到單分量變化舌色刺激與心理感知量變化的函數(shù)關系； 將舌色刺激各單分量變化(H、S、I)作為自變量，心理感知量作為因變量，采用最小二乘法進行曲線擬合，確定各分量變化與心理感知量之間的擬合曲線函數(shù)關系； 3)舌色物理量值和心理感知量的關系確定: (1)、舌色范圍內(nèi)多分量綜合變化情況下，物理刺激量的確定:在已確定的舌色分布范圍內(nèi)，進行均勻分區(qū)采樣；三分量分別組合出不同顏色塊，得到綜合變化的舌色刺激量；將得到的舌色刺激量HSI值轉換為可顯示的sRGB值，以圖像色塊的形式顯示在顯示器上，讓觀察者觀察判斷，進行心理物理實驗； (2)、心理物理實驗，建立等距量表:具體方法步驟與“舌色物理量值單分量和心理感知量的關系確定”中的(2.2)相同； (3)、通過數(shù)學建模，得到舌色物理量值與心理感知量的函數(shù)關系； 將舌色刺激物理量(H、S、I)作為自變量，心理感知量作為因變量，采用多項式回歸模型建立兩者的函數(shù)關系；其中，物理量各分量的次數(shù)根據(jù)單分量變化舌色刺激與心理感知量變化的函數(shù)關系確定；例如，若H分量與心理感知量的擬合函數(shù)為二次函數(shù)，則多項式模型中H分量采用二次項；各分量交叉項、低次項的選擇，則根據(jù)回歸精度進行優(yōu)選，最終確定多項式回歸模型的形式及參數(shù)；(4)、中醫(yī)舌色感知量化； 提取舌圖像中需要量化的舌 色RGB值，并將其轉換為HSI值，代入舌色物理量值與心理感知量的多項式回歸模型，即得到該舌色的感知量化結果。
【文檔編號】G06F19/00GK103745084SQ201310689336
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權日:2013年12月16日
【發(fā)明者】蔡軼珩, 郭松, 張琳琳, 張新峰, 林沙沙, 王立娜 申請人:北京工業(yè)大學