Contour Enhancement Algorithm for Improving Visual Perception of Deutan and Protan Dichromats

A variety of recoloring methods has been proposed in the literature to remedy the problem of confusing red-green colors faced by dichromat people (as well by other color-blinded people). The common strategy to mitigate this problem is to remap colors to other colors. But, it is clear this does not guarantee neither the necessary contrast to distinguish the elements of an image, nor the naturalness of colors learnt from past experience of each individual. In other words, the individual’s perceptual learning may not hold under color remapping. With this in mind, we introduce the first algorithm primarily focused on the enhancement of object contours in still images, instead of recoloring the pixels of the regions bounded by such contours. This is particularly adequate to increase contrast in images where we find adjacent regions that are color-indistinguishable from the dichromacy’s point of view.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Contour Enhancement Algorithm for Improving Visual Perception of Deutan and Protan Dichromats

A variety of recoloring methods has been proposed in the literature to remedy the problem of confusing red-green colors faced by dichromat people (as well by other color-blinded people). The common strategy to mitigate this problem is to remap colors to other colors. But, it is clear this does not guarantee neither the necessary contrast to distinguish the elements of an image, nor the naturalness of colors learnt from past experience of each individual. In other words, the individual’s perceptual learning may not hold under color remapping. With this in mind, we introduce the first algorithm primarily focused on the enhancement of object contours in still images, instead of recoloring the pixels of the regions bounded by such contours. This is particularly adequate to increase contrast in images where we find adjacent regions that are color-indistinguishable from the dichromacy’s point of view

Adaptive Methods for Color Vision Impaired Users

Color plays a key role in the understanding of the information in computer environments. It happens that about 5% of the world population is affected by color vision deficiency (CVD), also called color blindness. This visual impairment hampers the color perception, ending up by limiting the overall perception that CVD people have about the surrounding environment, no matter it is real or virtual. In fact, a CVD individual may not distinguish between two different colors, what often originates confusion or a biased understanding of the reality, including web environments, whose web pages are plenty of media elements like text, still images, video, sprites, and so on. Aware of the difficulties that color-blind people may face in interpreting colored contents, a significant number of recoloring algorithms have been proposed in the literature with the purpose of improving the visual perception of those people somehow. However, most of those algorithms lack a systematic study of subjective assessment, what undermines their validity, not to say usefulness. Thus, in the sequel of the research work behind this Ph.D. thesis, the central question that needs to be answered is whether recoloring algorithms are of any usefulness and help for colorblind people or not. With this in mind, we conceived a few preliminary recoloring algorithms that were published in conference proceedings elsewhere. Except the algorithm detailed in Chapter 3, these conference algorithms are not described in this thesis, though they have been important to engender those presented here. The first algorithm (Chapter 3) was designed and implemented for people with dichromacy to improve their color perception. The idea is to project the reddish hues onto other hues that are perceived more regularly by dichromat people. The second algorithm (Chapter 4) is also intended for people with dichromacy to improve their perception of color, but its applicability covers the adaptation of text and image, in HTML5- compliant web environments. This enhancement of color contrast of text and imaging in web pages is done while keeping the naturalness of color as much as possible. Also, to the best of our knowledge, this is the first web recoloring approach targeted to dichromat people that takes into consideration both text and image recoloring in an integrated manner. The third algorithm (Chapter 5) primarily focuses on the enhancement of some of the object contours in still images, instead of recoloring the pixels of the regions bounded by such contours. Enhancing contours is particularly suited to increase contrast in images, where we find adjacent regions that are color indistinguishable from dichromat’s point of view. To our best knowledge, this is one of the first algorithms that take advantage of image analysis and processing techniques for region contours. After accurate subjective assessment studies for color-blind people, we concluded that the CVD adaptation methods are useful in general. Nevertheless, each method is not efficient enough to adapt all sorts of images, that is, the adequacy of each method depends on the type of image (photo-images, graphical representations, etc.). Furthermore, we noted that the experience-based perceptual learning of colorblind people throughout their lives determines their visual perception. That is, color adaptation algorithms must satisfy requirements such as color naturalness and consistency, to ensure that dichromat people improve their visual perception without artifacts. On the other hand, CVD adaptation algorithms should be object-oriented, instead of pixel-oriented (as typically done), to select judiciously pixels that should be adapted. This perspective opens an opportunity window for future research in color accessibility in the field of in human-computer interaction (HCI).A cor desempenha um papel fundamental na compreensão da informação em ambientes computacionais. Porém, cerca de 5% da população mundial é afetada pela deficiência de visão de cor (ou Color Vision Deficiency (CVD), do Inglês), correntemente designada por daltonismo. Esta insuficiência visual dificulta a perceção das cores, o que limita a perceção geral que os indivíduos têm sobre o meio, seja real ou virtual. Efetivamente, um indivíduo com CVD vê como iguais cores que são diferentes, o que origina confusão ou uma compreensão distorcida da realidade, assim como dos ambientes web, onde existe uma abundância de conteúdos média coloridos, como texto, imagens fixas e vídeo, entre outros. Com o intuito de mitigar as dificuldades que as pessoas com CVD enfrentam na interpretação de conteúdos coloridos, tem sido proposto na literatura um número significativo de algoritmos de recoloração, que têm como o objetivo melhorar, de alguma forma, a perceção visual de pessoas com CVD. Porém, a maioria desses trabalhos carece de um estudo sistemático de avaliação subjetiva, o que põe em causa a sua validação, se não mesmo a sua utilidade. Assim, a principal questão à qual se pretende responder, como resultado do trabalho de investigação subjacente a esta tese de doutoramento, é se os algoritmos de recoloração têm ou não uma real utilidade, constituindo assim uma ajuda efetiva às pessoas com daltonismo. Tendo em mente esta questão, concebemos alguns algoritmos de recoloração preliminares que foram publicados em atas de conferências. Com exceção do algoritmo descrito no Capítulo 3, esses algoritmos não são descritos nesta tese, não obstante a sua importância na conceção daqueles descritos nesta dissertação. O primeiro algoritmo (Capítulo 3) foi projetado e implementado para pessoas com dicromacia, a fim de melhorar a sua perceção da cor. A ideia consiste em projetar as cores de matiz avermelhada em matizes que são melhor percebidos pelas pessoas com os tipos de daltonismo em causa. O segundo algoritmo (Capítulo 4) também se destina a melhorar a perceção da cor por parte de pessoas com dicromacia, porém a sua aplicabilidade abrange a adaptação de texto e imagem, em ambientes web compatíveis com HTML5. Isto é conseguido através do realce do contraste de cores em blocos de texto e em imagens, em páginas da web, mantendo a naturalidade da cor tanto quanto possível. Além disso, tanto quanto sabemos, esta é a primeira abordagem de recoloração em ambiente web para pessoas com dicromacia, que trata o texto e a imagem de forma integrada. O terceiro algoritmo (Capítulo 5) centra-se principalmente na melhoria de alguns dos contornos de objetos em imagens, em vez de aplicar a recoloração aos pixels das regiões delimitadas por esses contornos. Esta abordagem é particularmente adequada para aumentar o contraste em imagens, quando existem regiões adjacentes que são de cor indistinguível sob a perspetiva dos observadores com dicromacia. Também neste caso, e tanto quanto é do nosso conhecimento, este é um dos primeiros algoritmos em que se recorre a técnicas de análise e processamento de contornos de regiões. Após rigorosos estudos de avaliação subjetiva com pessoas com daltonismo, concluiu-se que os métodos de adaptação CVD são úteis em geral. No entanto, cada método não é suficientemente eficiente para todos os tipo de imagens, isto é, o desempenho de cada método depende do tipo de imagem (fotografias, representações gráficas, etc.). Além disso, notámos que a aprendizagem perceptual baseada na experiência das pessoas daltónicas ao longo de suas vidas é determinante para perceber aquilo que vêem. Isto significa que os algoritmos de adaptação de cor devem satisfazer requisitos tais como a naturalidade e a consistência da cor, de modo a não pôr em causa aquilo que os destinatários consideram razoável ver no mundo real. Por outro lado, a abordagem seguida na adaptação CVD deve ser orientada aos objetos, em vez de ser orientada aos pixéis (como tem sido feito até ao momento), de forma a possibilitar uma seleção mais criteriosa dos pixéis que deverão ser sujeitos ao processo de adaptação. Esta perspectiva abre uma janela de oportunidade para futura investigação em acessibilidade da cor no domínio da interacção humano-computador (HCI)

Editor’s Note

The International Journal of Interactive Multimedia and Artificial Intelligence - IJIMAI (ISSN 1989 - 1660) provides an interdisciplinary forum in which scientists and professionals can share their research results and report new advances on Artificial Intelligence (AI) tools or tools that use AI with interactive multimedia techniques. This regular issue presents research works based on different AI methods such as deep networks, genetic algorithms or classification trees algorithms. These methods are applied into many and various fields as video surveillance, forgery detection, facial recognition, activity recognition, hand written character recognition, clinical decision, marketing, renewable energy or social networking

Spectacularly Binocular: Exploiting Binocular Luster Effects for HCI Applications

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

The Effect of Training upon Faculty Stages of Concern about Making Color Vision Deficiency Adaptations

Although color vision deficiency affects an appreciable portion of the human race, those with the condition do not enjoy mandatory educational accommodations. The purpose of this quasi-experimental investigation was to quantify the effect of professional development training on university faculty concerns about adapting their instruction for color vision deficiency. This investigation used a static-group comparison design with a professional development intervention for the experimental group at a liberal arts university (N = 98) in the Southeast of the United States, collecting data through an online fielding of the Stages of Concern Questionnaire. Independent Samples t Tests between the two groups revealed no statistically significant differences in means of raw scores (alpha level of .014) for the stages 0 through 5 concerns. However, the results did show a statistically significant increase (p \u3c .001) for stage 6 concerns, suggesting that the training did change the concerns of the experimental group participants about exploring and desiring other options for adjusting their instruction for color vision deficiency. Such responses are suggestive that the training may have raised resistance to implementing instructional adaptations for color vision deficiency. These results provide research-based knowledge to guide collegiate leadership in making policy about these optional adaptations, and suggest that future research about making instruction more accessible for color deficient students should focus on institutionally-based, rather than instructor-based, initiatives

Realidade Virtual: Reflexo Experiência Imersiva no Mundo da Cor

O presente relatório aborda e descreve o processo de desenvolvimento de um projeto final de mestrado na área da Realidade Virtual (RV) intitulado Reflexo. O projeto expõe definições importantes para a aprendizagem e compreensão dos conceitos, contextualização e técnicas da realidade virtual, da cor e do daltonismo. Reflexo utiliza a RV para explorar a problemática da perceção da cor e tem como inspiração as dificuldades impostas pelo daltonismo. Resume-se à criação de ambientes imersivos virtuais que simulam, com uma aproximação artística, os diferentes tipos de daltonismo total e que permitem ao utilizador a hipótese de os vivenciar e experimentar, interagindo com o espaço virtual e seus componentes. Tem no seu âmago, a tentativa de compreender de maneira mais imersiva que a cor sofre variações, e que existem outras perspetivas que têm de ser tidas em conta. Este projeto é constituído por sete ambientes surreais que expõem reflexões das vivências do autor, e que se conjugam num processo criativo. Nestes ambientes, o utilizador é capaz de se deslocar e aventurar, vivenciando, imersivamente, todos os ambientes e elementos, enquanto percebe as diferenças cromáticas que ocorrem com daltonismo.The present report addresses and describe the process of development of a master’s final project in the area of Virtual Reality (VR) entitled Reflexo. The project exposes important definitions for learning and understanding the concepts, contextualization and techniques of virtual reality, color and color blindness. Reflexo uses VR to explore the problem of color perception and is inspired by the difficulties imposed by color blindness. It boils down to the creation of virtual immersive environments that simulate, with an artistic approach, the different types of total color blindness and allows the user the hypothesis to experience them, interacting with the virtual space and its components. It has at its core, the attempt to understand more immersively that color suffers variations, and that there are other perspectives that need to be taken into account. This project consists of seven surreal VR environments that expose reflections of the author’s experiences, and that are combined in a creative process. In these environments, the user is able to move and venture, experiencing, immersively, all environments and elements, perceiving the chromatic differences that occur with color vision deficiency

Visual processing mechanisms within magno, konio and parvocellular systems : implications for basic and clinical sciences

Tese de doutoramento em Ciências Biomédicas, apresentada à Faculdade de Medicina da Universidade de CoimbraPretendemos compreender novos aspectos da biofísica das vias de processamento da informação visual no Homem, na saúde e na doença. Introduzimos uma abordagem inovadora de biologia quantitativa baseada no desenvolvimento de métodos biofísicos de estudo da função neurosensorial que permitem isolar o funcionamento de vias paralelas de processamento de forma psicofísica. A questão de fundo é compreender de que forma os sensores biológicos codificam a informação relativa aos contrastes cromático/acromático em diferentes níveis do sistema visual humano, e como essa informação se mantém segregada em diferentes vias na retina e no córtex. Este trabalho inseriu-se assim num projecto de desenvolvimento de novos métodos de biofísica neurosensorial, em particular a sensibilidade ao contraste em vários canais de processamento, com aplicação às ciências da visão básicas e clínicas. Para tal desenvolveu-se uma metodologia psicofísica de análise do processamento da informação visual nos sistemas magno/conio/parvocelulares numa população de controlos e em indivíduos com a doença de Parkinson (DP). A quantificação biofísica dos défices das funções das vias conio/parvocelular realizou-se através da manipulação dos espaços de cor, de forma a medir limiares de discriminação cromática, permitindo medir independentemente a função dos cones (L, M e S). A função parvocelular foi ainda avaliada através de técnica perimétrica de sensibilidade ao contraste acromática. A função magnocelular foi isolada com a perimetria baseada em estímulos com duplicação ilusória de frequência (frequency doubling, FD) e através de uma bateria de testes de percepção visual de movimento (local e global). Este projecto de natureza interdisciplinar, que combina conceitos e ferramentas da física e da biologia, procurou ajudar a preencher uma lacuna ainda frequente na neurobiologia de sistemas, no que diz respeito à respeita a abordagem quantitativa da função do sistema visual na saúde e na doença. As novas metodologias estabelecidas, permitem o desenvolvimento de modelos funcionais de processamento da informação biológica, e sobretudo levam à reconsideração das relações genótipo-fenótipo e estrutura-função, que são de enorme relevância nas ciências da visão. Indivíduos de uma população normal de vários grupos etários foram estudados para a criação de uma base de dados normativa para cada método e foram adicionalmente validados em estudos isolados (em modelos clínicos de lesão das células ganglionares da retina, tais como, glaucoma e hipertensão ocular ou ainda num modelo genético do neurodesenvolvimento, o Síndrome de Williams). As assimetrias da função visuoespacial têm sido documentadas em termos electrofisiológicos e anatómicos, mas as suas consequências no desempenho visual encontram-se ainda pouco exploradas. Procurámos assim estudar estas assimetrias numa população normal através das técnicas psicofísicas de medição da sensibilidade ao contraste acromático que isolam as vias magno/parvocelulares. Foi comparada a performance entre os diversos quadrantes e hemicampos visuais. Este trabalho revelou pela primeira vez a presença de dois tipos de assimetria funcional nas vias visuais magno/parvocelulares, a primeira de origem provável na retina, e a segunda reflectindo também uma assimetria cortical inter-hemisférica. Neste estudo, centrámo-nos também na análise de assimetrias objectivas funcionais e estruturais ao nível da retina, e analisámos a sua correlação com as assimetrias no desempenho visual. Concluímos que os padrões de assimetria estrutural/funcional surgem a diferentes níveis da retina, conforme sugerido pelo padrão de correlação parcial observado. O presente trabalho teve também por objectivo aprofundar a avaliação de funções visuais em sujeitos com a DP, utilizando para tal testes psicofísicos mais precisos e sensíveis que os métodos anteriormente empregues. Estudámos de forma independente as vias magno/parvo/coniocelulares e encontrámos envolvimento significativo de todas estas vias neuronais nesta doença. Os resultados deste trabalho vêm revelar que a avaliação da via parvocelular (cones L e M) parece ser pelo menos tão promissora como a estratégia tradicional de estudo da via coniocelular (cones S). Verificou-se existir uma correlação da performance com a idade e com o estadio da doença, apenas para a via magnocelular. O estudo da percepção visual do movimento na DP permitiu comparar a disfunção em vias visuais de baixo nível (retinocortical magnocelular), de nível intermédio e superior (via dorsal), e análise das suas interdependências. Esta estratégia inovadora de análise a vários níveis hierárquicos do sistema visual permitiu demonstrar pela primeira vez, a dissociação entre baixo e alto nível de processamento visual na DP. Verificou-se alteração na percepção do movimento (de origem cortical), e curiosamente, os danos da via periférica magnocelular não se correlacionaram com a percepção de alto nível de movimento, sugerindo assim que a deficiência visual de baixo nível não prevê comprometimento da via dorsal. O que implica que, tais perturbações não podem ser explicadas totalmente por défices precoces na retina bem como ao nível da via precoce retinocortical magnocelular. Este trabalho permitiu assim estudar, de forma independente, as funções visuais de baixo e alto nível na saúde e na doença.We want to understand the biophysical aspects of parallel processing of visual information in humans, in health and disease. We introduced a novel approach to quantitative biology based on the development of new biophysical methods by isolating visual parallel processing in terms of psychophysics. The main question is to understand how the biological sensors encode the information on achromatic/chromatic contrast at different levels of the human visual system, and how that information is kept segregated in different pathways from the retina to the cortex. For this purpose, new methods were developed, in particular, contrast sensitivity multi-channel processing tasks, with application to basic science and clinical vision. The biophysical quantification of deficits in conio/parvocellular processing was held by manipulating the colour spaces in order to measure chromatic discrimination thresholds, allowing independent functional measures of the cones (L, M and S). Parvocellular function was further assessed by a custom perimetry technique of achromatic contrast sensitivity. The magnocellular function was isolated by custom perimetry based on frequency doubling (FD) stimuli and through a battery of visual motion perception tests (local and global motion tasks). This project of interdisciplinary nature, combining concepts and tools of physics and biology, has helped to fill a gap still widespread in neurobiology of systems, in terms, of a quantitative approach of visual function in health and disease. The new methodologies established allowed the development of functional processing models of biological information, and especially lead to the reconsideration of genotype-phenotype and structure-function relationships, which are of major importance in vision science. Individuals of a normal population of various age groups were studied to establish normative databases for each method and were further validated in isolated models (such as clinical models of injury to retinal ganglion cells, as in glaucoma and ocular hypertension or in genetic models of neurodevelopment, the Williams Syndrome). Asymmetries of spatial vision processing have been documented in electrophysiological and anatomical terms, but their impact on visual performance are still poorly explored. We tried to study these asymmetries in a normal population through psychophysical measurements of achromatic contrast sensitivity by isolating magno/parvocellular pathways. We compared the functional visual performance between different visual field quadrants and hemifields. This study showed for the first time the presence of two types of functional asymmetry in magno/parvocellular pathways, the first one with a likely source on the retina, and the second reflecting also a cortical interhemispheric asymmetry. This suggests that both cortical and retinal visual maps are functionally heterogeneous. We also focused on the analysis of structural and objective functional asymmetries at the level of the retina, and examined its correlation with asymmetries in terms of visual performance. We concluded that structural/functional patterns of asymmetry arise at different levels of the retina, as suggested by the observed pattern of partial correlation. The present work also aimed to evaluate the visual function in subjects with PD, using more accurate and sensitive psychophysical tests than previous methods. We studied independently the magno/parvo/coniocellular pathways and found meaningful involvement of all of these neuronal pathways in PD disease. We found that the parvocellular (M and L cones) assessment seems to be at least as promising as the traditional approach of studying coniocellular stream (S cones). A correlation between visual performance with age and disease stage was found only for the magnocellular pathway. The study of visual motion perception in PD involved the use of a range of hierarchical stimuli designed to bias responses from low-level (magnocellular), intermediate-level and higher-level (dorsal stream) visual pathways and study their interdependence. The novelty of this strategy lies in the analysis of various hierarchical levels of the visual system, showing for the first time, the dissociation between low- and high-level visual processing in PD. Impairment of motion perception in the cortex was found in PD, and interestingly, there was no correlation between low-level damage and motion integration impairment. Thus, suggesting that the visually impaired magnocellular stream does not predict impairment of the dorsal pathway, implying that such disturbances can not be explained entirely by early deficits in the retina as well as in the early magnocellular pathway (retina to sub-cortical, striate and extra-striate regions). This study allowed to probe independently low- and high-level visual function in health and disease

Contour Enhancement Algorithm for Improving Visual Perception of Deutan and Protan Dichromats

A variety of recoloring methods has been proposed in the literature to remedy the problem of confusing redgreen colors faced by dichromat people (as well by other color-blinded people). The common strategy to mitigate this problem is to remap colors to other colors. But, it is clear this does not guarantee neither the necessary contrast to distinguish the elements of an image, nor the naturalness of colors learnt from past experience of each individual. In other words, the individual’s perceptual learning may not hold under color remapping. With this in mind, we introduce the first algorithm primarily focused on the enhancement of object contours in still images, instead of recoloring the pixels of the regions bounded by such contours. This is particularly adequate to increase contrast in images where we find adjacent regions that are color-indistinguishable from the dichromacy’s point of view