Opracowanie filtrów ułatwiających rozpoznawanie barw w środowisku pracy dla osób z dysfunkcją widzenia barw

Kierownik projektu: dr inż. Grzegorz Owczarek

Streszczenie projektu:

Celem projektu było ocena możliwości zastosowania specjalnych filtrów optycznych przez osoby z dysfunkcją rozpoznawania barw podczas wykonywania zawodów, w których wymagany jest określony poziom zdolności widzenia barwnego.

W ramach realizacji 2. etapu projektu:

• opracowano prototypy barwnych filtrów optycznych przeznaczonych dla osób z zaburzeniami rozpoznawania barwy czerwonej (protanopia), zielonej (deuteranopia) lub niebieskiej (tritanopia),
• opracowano prototyp okularów dla osób z upośledzeniem rozpoznawania barw, wyposażony w opracowane filtry barwne oraz dodatkowy układ podświetlania,
• przeprowadzono wstępną ocenę możliwości zastosowania okularów z dodatkowym układem podświetlenia do wspomagania rozpoznawania barw w eksperymencie polegającym na odróżnianiu barwy zielonej i niebieskiej,
• przeprowadzono seminarium weryfikujące opracowane produkty dla producentów filtrów i użytkowników (osób z dysfunkcją rozpoznawania barw) oraz lekarzy.

Zasada działania opracowanych prototypów filtrów barwnych oraz okularów z układem podświetlania polega na modyfikacji widma promieniowania optycznego z zakresu widzialnego docierającego do siatkówki oka. Widmo promieniowania widzialnego jest tak modyfikowane przez opracowane filtry barwne, aby, docierając do siatkówki oka osoby z upośledzeniem rozpoznawania barw, zmienić proporcje w odpowiedzi poszczególnych rodzajów czopków na siatkówce oka (uwzględniając rodzaj i stopień występującego zaburzenia) w takim stopniu, aby barwa obiektu była prawidłowo zidentyfikowana. Modyfikacja może odbywać się zarówno przez zastosowanie samych filtrów, jak i w połączeniu z oświetleniem obserwowanego obiektu widmem o odpowiednio dobranej barwie światła.

Opracowane prototypy filtrów barwnych optycznych (filtry wykonane w technologii barwienia w masie) podzielono na 4 grupy (po 10 filtrów w każdej z grup): 1) filtry żółte, 2 filtry czerwone, 3) filtry zielone, 4) filtry niebieskie. Podział taki wynika z możliwości zastosowania barwy filtru odpowiedniej do zaburzenia rozpoznawania barwy czerwonej (protanopia), zielonej (deuteranopia) lub niebieskiej (tritanopia). Charakterystyki widmowe przepuszczania światła dla filtrów z tych grup zostały tak dobrane, aby blokowały lub przepuszczały (w zależności od przeznaczenia wynikającego z rodzaju upośledzenia widzenia barw) promieniowanie widzialne w zakresach odpowiadających obszarom maksymalnej czułości dla czopków: S (440 nm), M (530 nm) lub L (560 nm). Filtry zostały zróżnicowane również z uwagi na ich gęstość optyczną.

Prototyp okularów dla osób z upośledzeniem rozpoznawania barw składa się z: a) oprawki wykonanej w technologii druku 3D, b) barwnych filtrów, c) układu podświetlania LED o modyfikowanej charakterystyce widmowej. W zależności od przeznaczenia, czyli rodzaju dysfunkcji widzenia barw (upośledzenie widzenia barwy: niebieskiej, czerwonej lub zielonej) barwa oraz gęstość optyczna filtru jest dobierana w korelacji z barwą i gęstością optyczną filtra montowanego w układzie oświetlenia.

Możliwość wykorzystania dodatkowego układu podświetlania sprawdzono eksperymentalnie. Ocena ta polegała na przeprowadzeniu eksperymentu polegającego na obserwacji przez uczestnika badania (osoba ze stwierdzonym upośledzeniem rozpoznawania barwy czerwonej – protanopia) obiektu, w którym znajdowały się elementy o barwie czerwonej, zielonej i niebieskiej. Zadaniem uczestnika było wskazanie prawidłowej barwy danego elementu. Wyniki eksperymentu potwierdziły, że zastosowanie odpowiednio dobranego widma oświetlenia umożliwiło poprawne odróżnienie barwy zielonej i niebieskiej podczas patrzenia przez wytypowane do badań filtry.

W ramach realizacji 3. etapu projektu:

• przeprowadzono badania laboratoryjne filtrów pod kątem zdefiniowania nowych współczynników służących do oceny filtrów przeznaczonych dla osób z dysfunkcją rozpoznawania barw,
• opracowano dokumentacje techniczne dla 3 grup filtrów przeznaczonych dla osób z upośledzeniem widzenia barwy czerwonej, zielonej i niebieskiej,
• przeprowadzono badania z udziałem uczestników z wykorzystaniem opracowanych filtrów oraz układów podświetlania,
• zgłoszono do urzędu patentowego RP wynalazek pn.: Okulary do wspomagania widzenia barw (nr. zgłoszenia: P.442 731).

Na podstawie przeprowadzonych badań laboratoryjnych zdefiniowano nowe współczynniki określające poziom do jakiego można podnieść/ obniżyć zdolność rozpoznawania barwy czerwonej podczas patrzenia przez filtr przeznaczone dla osób z dysfunkcją widzenia barw. Określono również zakresy, jakie mogą być brane pod uwagę podczas praktycznej oceny tego typu filtrów. Zdefiniowane współczynniki mogą zostać stosowane podczas standardowej procedury oceny filtrów optycznych.

Opracowane dokumentacje techniczne zawierają pełne zestawienia współczynników przepuszczania określających właściwości filtrów, tj.: współczynniki przepuszczania światła (dla warunków widzenia dziennego i nocnego), średnie współczynniki przepuszczania promieniowania optycznego w zakresie od 380 do 780 nm, współczynniki przepuszczania świateł sygnalizacyjnych oraz ilorazy osłabienia świateł sygnalizacyjnych (z uwzględnieniem zróżnicowanych typów oświetlenia).

Badania z udziałem uczestników polegały na ocenie rozpoznawania barw podczas patrzenia przez wybrane filtry oraz filtry wraz z układem oświetlenia. W celu weryfikacji możliwości rozpoznawania barw zastosowano testy D-15 oraz tablice pseudoizochromatyczne Ishihary. Dla wybranych układów filtrów oraz układów podświetlania odnotowano zmniejszoną liczbę błędów podczas wykonywania zadania.

Przedmiotem zgłoszenia patentowego (nr zgłoszenia P.442731) są okulary do wspomagania widzenia barw wykorzystujące barwne filtry optyczne oraz dodatkowy układ podświetlania zamontowany na oprawie okularów. Konstrukcja wynalazku uwzględnia możliwość obserwacji obiektu przez barwne filtry optyczne o odpowiednio dobranej charakterystyce widmowej przepuszczania światła (w zakresie od 380 do 780 nm) przy jednoczesnym oświetleniu obserwowanego obiektu z układu podświetlania światłem o określonym rozkładzie widmowym.

Projekt III.PB.10. Okulary do wspomagania widzenia barw wraz z układem podświetlania:
a) – fotografia okularów, b) – charakterystyka widmowa filtrów, przez które prowadzona jest obserwacja, c) – rozkład widmowy układu podświetlania

Wyniki przedstawiono w 2 publikacjach naukowych, w materiałach informacyjnych (zamieszczonych na stronie internetowej CIOP-PIB) oraz zaprezentowano na 1 konferencji międzynarodowej oraz szkoleniach organizowanych przez Centrum Edukacyjne CIOP-PIB.

Jednostka: Pracownia Ochron Oczu i Twarzy

Okres realizacji: 01.01.2020 – 31.12.2022