АЛГОРИТМ ИМИТАЦИИ ЗРЕНИЯ ДИХРОМАТОВ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ АНОМАЛИЙ ЦВЕТОВОСПРИЯТИЯ

© 2019 г. П. В. Максимов1, Е. М. Максимова1, М. А. Грачёва1, А. А. Казакова1,2, А. С. Кулагин3

1Институт проблем передачи информации им А.А. Харкевича РАН, 127051 Москва, Б. Каретный пер., 19, стр. 1, Россия
pmaximov@iitp.ru
2Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова Минздрава России, 117997 Москва, ул. Островитянова, д. 1, Россия
3ГБОУ Школа № 1501, Москва, Тихвинский пер., д. 3, Россия

Поступила в редакцию 20.02.2019 г.

В основе нормального цветового зрения человека лежит наличие в сетчатке трех типов приемников – (колбочек) с различной спектральной чувствительностью – длинноволновых (L), средневолновых (M) и коротковолновых (S). Среди основных патологий цветового зрения различают дихромазию – отсутствие одного из типов приемников, и аномальную трихромазию – отклонение максимума спектральной чувствительности одного из типов приемников от его нормального положения на оси длин волн. Дихромазия в свою очередь подразделяется на протанопию (отсутствие длинноволнового приемника), дейтеранопию (отсутствие средневолнового приемника) и очень редко встречающуюся тританопию (отсутствие коротковолнового приемника). Разработана программа-симулятор цветового зрения дихроматов, позволяющая наблюдателю с нормальным цветовым зрением оценить, какие цвета в изображении различимы, а какие неразличимы для протанопов и дейтеранопов. Симулятор осуществляет прямые и обратные преобразования между пикселями в изображении (R, G, B) и рассчитанными относительными возбуждениями колбочек (L, M, S). При моделировании цветового зрения дихроматов значения возбуждений колбочек преобразуются так, что размерность пространства (L, M, S) снижается с трех (у нормального трихромата) до двух (у дихромата). На основе разработанной программы-симулятора создана другая программа, предназначенная для тестирования цветового зрения человека. Испытуемому последовательно предъявляются тройки изображений: “трихроматическое” и два других, моделирующих цветовое восприятие протанопов и дейтеранопов. Задача испытуемого – выбрать из предложенной тройки изображений то, которое наиболее сильно отличается от двух других по цвету. Испытуемые с нормальным цветовым зрением выбирают “трихроматическое” изображение, протанопы выбирают изображение, моделирующее цветовое восприятие дейтеранопов, а дейтеранопы выбирают изображение, моделирующее цветовое восприятие протанопов. Приведены данные предварительной апробации программы на 83 испытуемых, показывающие эффективность программы.

Ключевые слова: цветовое зрение человека, Дихромазия, диагностика нарушений цветового зрения, моделирование дихромазии, преобразование цветовых координат

DOI: 10.1134/S0235009219030053

Цитирование для раздела "Список литературы": Максимов П. В., Максимова Е. М., Грачёва М. А., Казакова А. А., Кулагин А. С. Алгоритм имитации зрения дихроматов и его применение для выявления аномалий цветовосприятия. Сенсорные системы. 2019. Т. 33. № 3. С. 181-196. doi: 10.1134/S0235009219030053
Цитирование для раздела "References": Maximov P. V., Maximova E. M., Gracheva M. A., Kazakova A. A., Kulagin A. S. Algoritm imitatsii zreniya dikhromatov i ego primenenie dlya vyyavleniya anomalii tsvetovospriyatiya [The algorithm for simulation of dichromatic vision and its application for detecting color vision deficiencies]. Sensornye sistemy [Sensory systems]. 2019. V. 33(3). P. 181-196 (in Russian). doi: 10.1134/S0235009219030053

Список литературы:

  • Домасёв М.В., Гнатюк С. Цвет, управление цветом, цветовые расчеты и измерения. СПб.: “Питер”, 2007. 224 с.
  • Кравков С.В. Глаз и его работа. М.: Медицина, 1932. 245 с.
  • Нюберг Н.Д., Юстова Е.Н. Исследование цветного зрения дихроматов. Труды ГОИ. 1955. Т. 24(143). С.33–93.
  • Юстова Е.Н. Цветовые измерения (Колориметрия). СПб.: Изд-во СПб ун-та, 2000. 397 с.
  • Alpern M., Kitahara K., Krantz D.H. Perception of colour in unilateral tritanopia. J. Physiol. (London). 1983. V.335. P. 683–697.
  • Baraas R.C., Carroll J., Gunther K.L., Chung M., Williams D.R., Foster D.H., Neitz M. Adaptive optics retinal imaging reveals S-cone dystrophy in tritan color-vision deficiency. J Opt Soc Am A Opt Image Sci Vis. 2007. V.24 (5). P. 1438–1447.
  • Birch J. Worldwide prevalence of red-green color deficiency. J Opt Soc Am A. 2012. V. 29 (3). P. 313–320.
  • Bowmaker J.K., Astell S., Hunt D.M., Mollon J.D. Photosensitive and photostable pigments in the retinae of Old World monkeys. J Exp Biol. 1991. V. 156. P. 1–19.
  • Brettel H., Viénot F., Mollon J.D. Computerized simulation of color appearance for dichromats. J. Opt. Soc. Am. A. 1997. V. 14 (10). P. 2647–2655.
  • Carroll J., Neitz M., Hofer H., Neitz J., Williams D.R. Functional photoreceptor loss revealed with adaptive optics: An alternate cause of color blindness. PNAS. 2004. V. 101m (22). P. 8461–8466.
  • Collin Sh.P., Davies W.L., Hart N.S., Hunt D.M. The evolution of early vertebrate photoreceptors. Phil. Trans. R. Soc. B. 2009. V. 364. P. 2925–2940. doi: 10.1098/rstb.2009.0099
  • Dalton J. Extraordinary facts relating to the vision of colours: with 19 observations. Memoirs of the Literary and Philosophical Society of Manchester. 1798. V. 5. P.28– 45.
  • Dulai K.S., Bowmaker J.K., Mollon J.D., Hunt D.M. Sequence divergence, polymorphism and evolution of middle-wave and long-wave visual pigment genes of great apes and Old World monkeys. Vision Res. 1994. V.34 (19). P. 2483–2491.
  • Dulai K.S., von Dornum M., Mollon J. D., Hunt D.M. The evolution of trichromatic color vision by opsin gene duplication in New World and Old World primates. Genome Res. 1999. V. 9 (7). P. 629–638.
  • Golz J., Macleod D. I. A. Colorimetry for CRT displays. J.Opt. Soc. Am. A. 2003. V. 20 (5). P. 769–781.
  • Hunt D.M., Carvalho L.S., Cowing J.A., Davies W.L. Evolution and spectral tuning of visual pigments in birds and mammals. Phil. Trans. R. Soc. B. 2009. V. 364. P.2941–2955.
  • Ibbotson R.E., Hunt D.M., Bowmaker J.K., Mollon J.D. Sequence divergence and copy number of the middle- and long-wave photopigment genes in Old World monkeys. Proc. R. Soc. Lond. B. 1992. V. 247 (1319). P.145–154.
  • Jacobs G.H. The evolution of vertebrate color vision. Sensing in Nature. Springer, New York, NY. 2012. P. 156–172.
  • Jacobs G.H. The distribution and nature of colour vision among the mammals. Biol. Rev. 1993. V. 68. P. 413–471.
  • Judd D.B. Color perceptions of deuteranopic and protanopic observers. J. Res. Natl. Bur. Stand. 1948. V. 41. P.247–271.
  • Lucas P.W., Darvell B.W., Lee P.K.D., Yuen T.D.B., Choong M.F. Colour cues for leaf food selection by long-tailed macaques (Macaca fascicularis) with a new suggestion for the evolution of trichromatic colour vision. Folia Primatol. 1998. V. 69. P. 139–154.
  • Lucassen M.P., Alferdinck J.W.A.M. Dynamic Simulation of Color Blindness for Studying Color Vision Requirements in Practice. Proc. CGIV. 2006. P. 355–358.
  • Mancuso K., Hauswirth W.W., Li Q., Connor T.B., Kuchenbecker J.A., Mauck M.C., Neitz J., Neitz M. Gene therapy for red–green colour blindness in adult primates. Nature. 2009. V. 461. P. 784–787.
  • Maximov P.V. The program simulating dichromacy as a possible tool for detecting colour deficiencies. Perception. V. 48. Suppl., Proc. ECVP. 2019. P. 46.
  • Mollon J.D., Estevez O., Cavonius C.R. The two subsystems of colour vision. Vision: Coding and efficiency. Cambridge University Press. 1993. P. 117–149.
  • Nathans J. The Evolution and Physiology of Human Color Vision: Insights from Molecular Genetic Studies of Visual Pigments. Neuron. 1999. V. 24. P. 299–312.
  • Nathans J., Thomas D., Hogness D.S. Molecular genetics of human color vision: the genes encoding blue, green, and red pigments. Science. 1986. V. 232. P. 193–202.
  • Neitz J. Polymorphism in normal human color vision and its mechanism. Vision RCS. 1990. V. 30.(4). P. 621–636.
  • Peichl L., Behrmann G., Kröger R.H.H. For whales and seals the ocean is not blue: a visual pigment loss in marine mammals. European Journal of Neuroscience. 2001. V. 13. P. 1520–1528.
  • Ruddock K.H. Psychophysics of inherited colour vision deficiencies. Inherited and Acquired Colour Vision Deficiencies: Fundamental Aspects and Clinical Studies. EdsD.H. Foster. 1991. V. 7. P. 4–37.
  • Simunovic M.P. Colour vision deficiency. Eye. 2010. V. 24 (5). P. 747–755.
  • Schnapf J.L., Kraft T.W., Baylor D.A. Spectral sensitivity of human cone photoreceptors. Nature. 1987. V. 325. P.439–441.
  • Sharpe L.T., Stockman A., Jägle H., Nathans J. Opsin genes, cone photopigments, color vision, and color blindness. Color vision: From genes to perception. Cambridge Univ. Press, UK. 2000. P. 3–51.
  • Stockman A., MacLeod D.I.A., Johnson N.E. Spectral sensitivities of the human cones. J. Opt. Soc. Am. A. 1993. V. 10. P. 2491–2521.
  • Sumner P., Mollon J.D. Сatarrhine photopigments are optimized for detecting targets against a foliage background. The Journal of Experimental Biology. 2000. V.203. P. 1963–1986.
  • Viénot F., Brettel H., Ott L., Ben M’ Barek A., Mollon J.D. What do colour-blind people see? Nature. 1995. V. 376. P. 127–128.
  • Wright W.D. The Characteristics of Tritanopia. JOSA. 1952. V. 42 (8). P. 509–521.