基于心理物理实验的中医舌色感知量化方法
【专利摘要】基于心理物理实验的中医舌色感知量化方法属于中医望诊的客观化研究领域。在舌色色域范围内，取出部分有代表性的舌色颜色块，作为感知刺激量值。以中医舌诊中舌色类型的描述规律，作为心理感知评价指导依据，进行心理物理实验，建立心理感知等距量表，确定舌色心理感知量。通过构建舌色物理量值与心理感知量值之间的数学关系模型，得到舌色物理量对应的符合中医舌色认知规律的心理感知量值。在建模过程中，首先确定单维物理量与感知量的函数关系，以此为依据构建综合物理量与感知量之间的函数模型。该发明的特征旨在实现符合中医舌诊描述习惯的舌色单维感知量化，达到真正结合中医的舌色定量描述目的。
【专利说明】基于心理物理实验的中医舌色感知量化方法
【技术领域】
[0001]本发明属于中医望诊的客观化研究领域，特别涉及中医望诊中舌颜色量化领域，用于实现随病症变化且符合中医认知规律的舌色量化。
【背景技术】
[0002]中医舌诊是通过观察舌象变化了解人体生理功能和病理变化的诊察方法，在中医临床诊断中起着重要的作用。传统的舌诊方法依赖于中医的目视观察及语言描述，缺乏量化描述指标和客观记录手段，给中医舌诊描述及分类方面带来了困难。随着现代科学技术手段在中医舌诊方面的发展，舌诊客观化、标准化的研究已经成为中医舌诊重要的发展方向。
[0003]在舌色客观化的处理研究中，普遍应用数字图像处理和模式识别技术进行舌色分析。在这种模式下，每一种舌颜色都必须在某个颜色空间用多个分量表示，进而给出类别属性，仍缺乏一种随病症变化且符合中医认知习惯的单维量化方式，对中医舌色进行定量度量。因此建立舌色变化单维量化描述手段，并确定颜色空间分量和舌色单维量化的关系有客观必要性。
【发明内容】
[0004]为了实现舌色在中医描述规律维度上的量化，需将人眼对舌色在这一变化规律下的心理感知进行量化，而心理物理学就是对于人类感知进行量化的一门学科。对颜色这一主观感受进行度量的学科——色度学，也是通过心理物理学中观察者的视觉匹配实验发展而来的。由于人类对物理刺激的感知具有主观性和差异性，将感知量化的过程受到感觉、心理等多方面因素的影响，因此往往通过统计多个正常受试者的感觉数据，得到具有一定公认度的量化描述规范。
[0005]本发明有针对性地采用了视觉心理物理学方法，解决舌色在中医描述规律维度上的量化问题。由于中医舌色的感知量化需要在量化方向的各部分具有相等的单位，因此选择等距量表方法实现舌色量化，最终通过数学建模获得舌色物理量和中医舌色心理感知量的关系。
[0006]本发明具体方案设计如下:在舌色色域范围内，取出部分有代表性的舌色颜色块，作为感知刺激量值。以中医舌诊中舌色类型的描述规律，作为心理感知评价指导依据，进行心理物理实验，建立心理感知等距量表，确定舌色心理感知量。通过构建舌色物理量值与心理感知量值之间的数学关系模型，得到舌色物理量对应的符合中医舌色认知规律的心理感知量值。在建模过程中，首先确定单维物理量与感知量的函数关系，以此为依据构建综合物理量与感知量之间的函数模型。该发明的特征旨在实现符合中医舌诊描述习惯的舌色单维感知量化，达到真正结合中医的舌色定量描述目的。依次包括如下步骤:
[0007]1.舌色域的确定:
[0008](I)、采集各类中医舌色标准图像样本(以标准sRGB空间描述)，需要包含淡红、淡白、红、绛、紫青各类用例，共5类；每类用例需要包含100例以上的实例，且由三位以上中医医师给出所属类型标定。
[0009](2)、提取所有图像样本中舌质部分的颜色物理量值，并将其转换为与人眼感知相对应的HSI颜色空间；根据所有舌色在H、S、I分量的分布范围，分别向两侧扩展1%，确定舌色域在H、S、I分量上的区间。
[0010]2.舌色物理量值单分量和心理感知量的关系确定:
[0011]由于舌色物理量值一般包含3个分量，其与心理感知量的关系也是各分量产生的心理感知综合作用的结果，因此首先确定舌色物理量值单分量和心理感知量的关系，以便以此为依据更有效地构建舌色多维物理量值与心理感知量的关系模型。具体方法是:固定
H、S、I中的两个分量，利用心理物理实验，研究另一个分量变化和心理感知量的关系。
[0012](I)、舌色范围内单分量变化情况下，物理刺激量的确定:在已确定的舌色分布范围内，进行均匀分区采样，例如在H、S、I分量范围内分别进行12等分采样。选取其中两个分量范围的中心点，作为分量固定值，令另一分量为不同采样点值，即只变化单一分量分别组合出不同颜色块，得到单分量变化的舌色刺激量。将得到的舌色刺激量HSI值转换为可显示的sRGB值，以图像色块的形式显示在显示器上，让观察者观察判断，进行心理物理实验。
[0013](2)、心理物理实验，建立等距量表:依据中医诊断学中舌色类型的描述规律，将舌色按照淡白、淡红、红绛、紫青的渐变顺序作为心理感知量的评价依据，指导观察者进行比较判断。
[0014]首先通过成对比较或等级排列等方法，由多个观察者对单分量变化的舌色刺激进行判断排序，建立单分量变化的舌色刺激量的感知顺序。感知顺序号即为评定等级，将多个观察者对同一刺激评定的等级加以平均，从而求出每一刺激的各自平均等级。计算正态分布下各平均等级对应的概率值，再根据POZ转换表计算Z分数，即可得到各刺激的心理感知量组成的等距量表。
[0015](3)、通过数学建模，得到单分量变化舌色刺激与心理感知量变化的函数关系。
[0016]将舌色刺激各单分量变化(H、S、I)作为自变量，心理感知量作为因变量，采用最小二乘法进行曲线拟合，确定各分量变化与心理感知量之间的拟合曲线函数关系。
[0017]3.舌色物理量值和心理感知量的关系确定:
[0018](I)、舌色范围内多分量综合变化情况下，物理刺激量的确定:在已确定的舌色分布范围内，进行均匀分区采样。三分量分别组合出不同颜色块，得到综合变化的舌色刺激量。将得到的舌色刺激量HSI值转换为可显示的sRGB值，以图像色块的形式显示在显示器上，让观察者观察判断，进行心理物理实验。
[0019](2)、心理物理实验，建立等距量表:具体方法步骤与“舌色物理量值单分量和心理感知量的关系确定”中的(2)相同。
[0020](3)、通过数学建模，得到舌色物理量值与心理感知量的函数关系。
[0021 ] 将舌色刺激物理量(H、S、I)作为自变量，心理感知量作为因变量，采用多项式回归模型建立两者的函数关系。其中，物理量各分量的次数根据单分量变化舌色刺激与心理感知量变化的函数关系确定。例如，若H分量与心理感知量的拟合函数为二次函数,则多项式模型中H分量采用二次项。各分量交叉项、低次项的选择，则根据回归精度进行优选，最终确定多项式回归模型的形式及参数。
[0022](4)、中医舌色感知量化。
[0023]提取舌图像中需要量化的舌色RGB值，并将其转换为HSI值，代入舌色物理量值与心理感知量的多项式回归模型，即可得到该舌色的感知量化结果。
[0024]有益效果
[0025]本方法可按中医诊断学舌色类型的描述规律，实现舌诊中舌色的单维感知量化，即由舌图像中舌色像素值得到一个单维量值，其数量的大小表示舌色在舌诊渐变规律中的程度。本方法首先根据正常舌和病症舌样本确定中医舌色色域范围，在此范围内依据人眼视觉感知空间均匀采样，得到舌色物理刺激量；依据中医分级类别顺序，由观察者对舌色刺激排序，计算得到等距量表，即各舌色刺激对应的心理感知量值；通过数学建模，得到舌色物理量值与心理感知量的函数关系，从而对任一舌色，可以得到其对应的中医认知维度上的心理感知量。
[0026]传统中医舌诊中，对舌色的描述是定性的，即用文字描述其所属中医舌色类别。一般包含淡白、淡红、红、绛、紫青。由于文字描述的模糊性和主观差异，给中医病例分析、数据挖掘、疗效评价带来诸多不便，阻碍了中医诊断学的进一步发展。近年来，采用标准图像数据或者色度数据描述舌色，成为舌色描述走向量化的开端。这些描述手段虽然采用数值量化形式，且具有相对统一的规范，但与中医对舌色变化的认知规律无法很好的融合。在三维甚至更高维度的图像或色度数据描述空间，一个颜色由多个数值描述。由于多个通道的综合影响，很难直观地判断舌色数据变化带来的属性变化(偏红、偏淡)，而属性变化程度就更难以度量，这对中医诊断信息的收集与分析是非常不利的。在中医诊断病例分析研究中，对于舌色特征的统计分析也往往因为多维量化描述的限制，只能从每个维度上进行统计分析，而这种统计往往不能得到真正有价值的结果。例如某病症的舌色统计范围为Re [*，*]、Ge [*，*]、Be [*，*]，而实际上在这个范围中，有些组合颜色并非这个病症的舌色。
[0027]采用本方法，则会针对中医舌色描述规律，即淡白、淡红、红、绛、紫青顺序建立量值数轴。如附图5、6所示，任一舌色可以通过建立的函数关系，得出在此数轴上的量值。由此，可以用一维量值简单直观地描述舌色属性以及偏离某基准色的程度。而在舌色诊断信息的统计分析中，也可用此一维量值数轴上的范围、量值出现概率等来表示。这种描述手段，将量化描述与中医认知规律相结合，突破了目前采用多维颜色空间描述舌色的局限性，实现了真正意义上的中医舌色量化表示。对于疾病程度、发展趋势提供定量的依据，有利于推动舌诊客观化研究。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1:中医舌色感知量化方法流程
[0029]图2:舌色HSI颜色分布直方图示例
[0030]图3:Ρ0Ζ转化法流程
[0031]图4:H分量变化舌色刺激与心理感知量关系拟和曲线示例
[0032]图5:中医舌色感知量化结果数据示例
[0033]图6:中医舌色感知量化结果色块示例【具体实施方式】
[0034]本方法中涉及的心理物理实验均是在暗室条件下进行，通过一台经颜色矫正的LED显示器显示刺激色块，对10位以上具有正常色觉的观测者进行心理物理实验。具体实施过程如下:
[0035]1.舌色域的确定:
[0036](I)、采集各类中医舌色标准图像。需要包含淡红、淡白、红、绛、紫青各类用例，共5类；每类用例需要包含100例以上的实例，且由三位以上中医医师给出所属类型标定。图像采集需采用准确的白平衡和曝光设置，以确定的颜色空间，如sRGB空间，输出图像数据，保证图像数据的规范性。
[0037](2)、提取所有图像样本中舌质部分的颜色物理量值，并将其转换为与人眼感知相对应的HSI颜色空间；统计所有舌色的HIS值，确定舌色在H、S、I分量的分布范围，分别向两侧扩展1%，确定舌色域在H、S、I分量上的区间。附图2，为舌色在H、S、I分量上的分布直方图。
[0038]2.舌色物理量值单分量和心理感知量的关系确定:
[0039]固定H、S、I中的两个分量，利用心理物理实验，研究另一个分量变化和心理感知量的关系。
[0040](I)、舌色范围内单分量变化情况下，物理刺激量的确定:在已确定的舌色分布范围内，进行均匀分区采样，例如在H、S、I分量范围内分别进行12等分采样。
[0041]固定S、I分量，H分量变化产生颜色刺激:取S、I分量舌色范围的中心点作为固定值，H分量范围内12等分采样，得到变化H分量的一组颜色刺激量；
[0042]同样，固定1、H分量，S分量变化产生颜色刺激；固定H、S分量，I分量变化产生颜色刺激。
[0043]将得到的舌色刺激量HSI值转换为可显示的sRGB值，以图像色块的形式显示在显示器上(一般在中性灰背景下显示)，让观察者进行观察判断，进行心理物理实验。
[0044](2)、心理物理实验，建立等距量表:依据中医诊断学中舌色类型的描述规律，将舌色按照淡白、淡红、红绛、紫青的渐变顺序作为心理感知量的评价依据，指导观察者进行比较判断。
[0045]流程参见附图3。首先通过成对比较或等级排列等方法，由多个观察者对单分量变化的舌色刺激进行判断排序，建立单分量变化的舌色刺激量的感知顺序。其中，成对比较是将舌色刺激量成对组合，显示呈现给观察者，让观察者选择其中更加偏向渐变顺序一侧的色块，然后统计多个观察者的比较结果，得到感知顺序。而等级排列是将所有舌色刺激量同时呈现给观察者，让观察者按渐变顺序排列，得到感知顺序。感知顺序号即为观察者对刺激的评定等级。为了方便说明，表2以5位观察者对4个舌色排序数据为例，介绍等距量表建立过程。
[0046]①将多个观察者对同一刺激评定的等级加以平均，从而求出每一刺激的各自平均等级，记为MRit5
【权利要求】
1.基于心理物理实验的中医舌色感知量化方法，其特征在于依次包括如下步骤: 1)舌色域的确定: (1)、采集各类中医舌色标准图像样本，需要包含淡红、淡白、红、绛、紫青各类用例，共5类；每类用例需要包含100例以上的实例，且由三位以上中医医师给出所属类型标定； (2)、提取所有图像样本中舌质部分的颜色物理量值，并将其转换为与人眼感知相对应的HSI颜色空间；根据所有舌色在H、S、I分量的分布范围，分别向两侧扩展1%，确定舌色域在H、S、I分量上的区间； 2)舌色物理量值单分量和心理感知量的关系确定: 固定H、S、I中的两个分量，利用心理物理实验，研究另一个分量变化和心理感知量的关系; (2.1)、舌色范围内单分量变化情况下，物理刺激量的确定:在已确定的舌色分布范围内，进行均匀分区采样；选取其中两个分量范围的中心点，作为分量固定值，令另一分量为不同采样点值，即只变化单一分量分别组合出不同颜色块，得到单分量变化的舌色刺激量；将得到的舌色刺激量HSI值转换为可显示的sRGB值，以图像色块的形式显示在显示器上，让观察者观察判断，进行心理物理实验； (2.2)、心理物理实验，建立等距量表:依据中医诊断学中舌色类型的描述规律，将舌色按照淡白、淡红、红、绛、紫青的渐变顺序作为心理感知量的评价依据，指导观察者进行比较判断； 首先通过成对比较或等级排列等方法，由多个观察者对单分量变化的舌色刺激进行判断排序，建立单分量变化的舌色刺激量的感知顺序；感知顺序号即为评定等级，将多个观察者对同一刺激评定的等级加以平均，从而求出每一刺激的各自平均等级；计算正态分布下各平均等级对应的概率值，再根据POZ转换表计算Z分数，即得到各刺激的心理感知量组成的等距量表； (2.3)、通过数学建模，得到单分量变化舌色刺激与心理感知量变化的函数关系； 将舌色刺激各单分量变化(H、S、I)作为自变量，心理感知量作为因变量，采用最小二乘法进行曲线拟合，确定各分量变化与心理感知量之间的拟合曲线函数关系； 3)舌色物理量值和心理感知量的关系确定: (1)、舌色范围内多分量综合变化情况下，物理刺激量的确定:在已确定的舌色分布范围内，进行均匀分区采样；三分量分别组合出不同颜色块，得到综合变化的舌色刺激量；将得到的舌色刺激量HSI值转换为可显示的sRGB值，以图像色块的形式显示在显示器上，让观察者观察判断，进行心理物理实验； (2)、心理物理实验，建立等距量表:具体方法步骤与“舌色物理量值单分量和心理感知量的关系确定”中的(2.2)相同； (3)、通过数学建模，得到舌色物理量值与心理感知量的函数关系； 将舌色刺激物理量(H、S、I)作为自变量，心理感知量作为因变量，采用多项式回归模型建立两者的函数关系；其中，物理量各分量的次数根据单分量变化舌色刺激与心理感知量变化的函数关系确定；例如，若H分量与心理感知量的拟合函数为二次函数，则多项式模型中H分量采用二次项；各分量交叉项、低次项的选择，则根据回归精度进行优选，最终确定多项式回归模型的形式及参数；(4)、中医舌色感知量化； 提取舌图像中需要量化的舌 色RGB值，并将其转换为HSI值，代入舌色物理量值与心理感知量的多项式回归模型，即得到该舌色的感知量化结果。
【文档编号】G06F19/00GK103745084SQ201310689336
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】蔡轶珩, 郭松, 张琳琳, 张新峰, 林沙沙, 王立娜 申请人:北京工业大学