Chiếc kính mắt cho người khuyết tật là chiếc kính hỗ trợ người mù, người khiếm thị, người suy giảm thị lực. Dùng trong các trường hợp xác định khoảng cách cụ thể vật thể phía trước, nhận dạng hình ảnh và chuyển đổi tín hiệu điện thu được thành hình ảnh
Nguyên lý của kính thần:
- Camera nhỏ gắn trên chiếc kính để thu hình ảnh
- Hình ảnh của video được gửi đến chiếc máy tính xử lý nhỏ ở bên cạnh người đeo. Ở đây, bit hình ảnh là một dãy các tín hiệu điện tử được gửi về kính
- Dữ liệu của kính thu được được truyền đến một dãy các điện cực không dây là một phần của thiết bị được cấy ghép trong mắt
- Các điện cực chuyển đổi thông tin thành các xung điện kích thích võng mạc để tạo ra các hình ảnh trong não
Nguyên lý hoạt động của mắt:
Ánh sáng là một dạng bức xạ điện từ. Mắt con người nhạy cảm với bức xạ ở những tần số khác nhau sẽ được nhận thức là màu sắc. Bức xạ điện từ được phát ra với tất cả các tần số khác nhau (các bước sóng) nhưng chỉ nhìn thấy được ở khoảng từ 400nm đến 700nm.
Mắt người có một thấu kính (thủy tinh thể) ngắm, đưa hình ảnh vào màn chiếu (võng mạc). Võng mạc là một vùng nhạy sáng chứa hàng triệu tế bào gọi là cones (tế bào hình nón)và rods (tế bào hình que). Những tế bào này là một phần của hệ thống thần kinh. Các tế bào hình nón nhạy cảm với ánh sáng trung bình và hơi chói, chúng đưa đến màu sắc, các tế bào hình que lại nhạy cảm với các ánh sáng mức độ thấp hơn, chúng không nhận ra màu sắc. Tế bào hình que được sử dụng vào ban đêm, do đó trong bóng tối con người không nhận ra màu sắc.
Lượng tế bào cone trong mắt con người là khoảng 10 triệu và lượng tế bào hình que là 100 triệu. Tế bào hình nón tập trung trong vùng xung quanh trục quang con ngươi. Vùng này có màu vàng được gọi là hố thị giác (foeva). Hố thị giác này khu vực tập trung mà não xử lý thông tin. Mặc dù kích thước nhỏ bé nhưng tập trung khoảng 50 000 tế bào hình nón. Tiêu cự mắt con người (khoảng cách giữa thủy tinh thể và võng mạc khi nhìn vật thể ở xa vô định) là tầm 17mm. Tiêu cự này cho một hình ảnh chính xác ở một góc khoảng 30°. Trong cung góc này tập trung các tế bào nón. Vì vậy 30° được coi là là góc nhìn tiêu chuẩn.
Các tế bào hình nón càng tập trung hơn ở tâm trục quang, chủ yếu trong phạm vi góc 10°. Mỗi tế bào nón này kết nối với bộ não qua các dây thần kinh quang riêng biệt, nơi các tín hiệu điện được chuyển đến bộ não. Mắt người nhìn được góc rộng hơn nhiều vì bề mặt võng mạc phủ một cung khoảng 90° và vùng màu vàng cũng có các tế bào hình nón, tuy nhiên các tế bào này được nối với các dây thần kinh thành từng nhóm. Hình ảnh nhận được không rõ ràng so với ảnh từ các tế bào có dây thần kinh riêng lẻ, do đó, vùng này được gọi là vùng thị giác ngoại biên.
Bộ xử lý ảnh của bộ não tập trung ở 30°, tuy nhiên mắt người nhìn rõ nhất ở khoảng 10°. Quá trình xử lý được tăng cường bằng chuyển động của con ngươi theo mọi hướng.
Mù màu là tình trạng khả năng phân biệt màu sắc bị giảm. Cụ thể hơn là người bệnh sẽ gặp khó khăn trong việc phân biệt giữa các màu đỏ, xanh lá cây, màu xanh biển hoặc các loại màu sắc được pha trộn từ những màu này.
Triệu chứng:
- Không phân biệt được một số màu sắc nhất định, nhưng những màu khác thì có thể phân biệt được. Ví dụ như bạn không thể phân biệt giữa một số màu như đỏ và xanh lá cây nhưng bạn có thể phân biệt được màu xanh dương và màu vàng.
- Chỉ thấy được màu đen, trắng và màu xám nhưng trường hợp này rất hiếm.
- Có vấn đề về thị lực nhưng đa số người bệnh không phát hiện ra.
- Chỉ thấy được một số sắc thái trong khi người bình thường có thể thấy được hàng nghìn sắc thái khác nhau.
Hầu hết trong võng mạc của mọi người chỉ có ba loại tế bào hình nón cảm nhận màu sắc mẫn cảm nhất ở các bước sóng: đỏ (575nm), xanh lá cây (540nm) và xanh dương (430 nm). Các bước sóng ánh sáng mà ba loại tế bào nón này hấp thụ xuất hiện các vùng chồng lấp. Khi hòa trộn các màu cơ bản đó với nhau theo một tỷ lệ nhất định có thể cho ra muôn màu sắc khác nhau. Ánh sáng trắng trong tự nhiên là tập hợp nhiều loại ánh sáng có các bước sóng khác nhau, lần lượt từ bước sóng từ ngắn đến dài như sau: tím, chàm, lam, lục, vàng, cam, đỏ. Từ đó có thể tạo ra vô vàn các màu khác nhau từ sự pha trộn các quang phổ màu này. Bệnh mù màu thường là kết quả của một hình nón bị trục trặc khiến các bước sóng chồng chéo lên nhau nhiều hơn, dẫn đến sự phân biệt màu sắc bị ảnh hưởng.
Khi bước sóng ánh sáng xung quanh 570nm chiếu vào mắt, các tế bào nón đỏ thường sẽ được kích hoạt nhiều hơn so với các tế bào nón xanh. Và sẽ có một sự khác biệt lớn trong số lượng tế bào nón màu đỏ được kích hoạt so với số lượng tế bào nón xanh lá cây. Khi tế bào hình nón xanh lá cây bị đột biến và chuyển sang phản ứng với bước sóng dài hơn, nó được kích hoạt nhiều hơn bởi ánh sáng 570nm so với mức cần thiết. Thay vì tế bào nón đỏ phản ứng nhiều hơn tế bào nón xanh lá cây, hai tế bào hình nón phản ứng ở bước sóng tương tự nhau. Vì tế bào hình nón màu xanh lá cây và màu đỏ đang phản ứng với một lượng ánh sáng 570nm, bộ não nghĩ rằng nó đang nhìn thấy cả màu xanh lá cây và màu đỏ ở mức bằng nhau và diễn giải rằng đó là màu vàng nâu thay vì chỉ màu đỏ. Đặt vấn đề là các tế bào hình nón đều phản hồi với bước sóng ánh sáng nhưng các tế bào nón khác nhau thì theo nguyên lý phản hồi bước sóng khác nhau, nhìn thấy các màu sắc khác nhau thì các tế bào nón lại phản ứng không đúng khi gặp cùng một lượng ánh sáng. Nên có một loại giải pháp mặc dù chưa phải là tối ưu nhất nhưng có thể tạm thời giảm nhẹ bệnh mù màu là lọc ra các bước sóng mà những tế bào nón phản ứng không đúng với bản chất. Do đó, các loại tế bào nón riêng biệt sẽ không có quá nhiều kích hoạt chồng chéo.
Các đường đồ thị xanh dương, xanh lục và đỏ biểu hiện cho các tế bào nón hấp thụ bước sóng xanh dương, xanh lục và đỏ. Lớp phủ màu trắng và xám trên đồ thị là bộ lọc Enchroma nơi các bước sóng rơi vào vùng trắng được cho phép nhìn thấy qua thấu kính trong khi các bước sóng trong vùng xám được lọc ra và do đó không đến được mắt. Các bước sóng ánh sáng trong bộ lọc thấu kính xám là những bước sóng chồng chéo lớn nhất giữa hai tế bào nón bất kỳ. Thí dụ bước sóng ánh sáng từ 550nm đến 570nm được lọc thông qua kính Enchroma. Phạm vi này tương ứng với phạm vi bước sóng có vấn đề nhất đối với người mù màu xanh lục - đỏ vì tế bào nón xanh lục của họ được chuyển từ đỉnh 530nm sang đầu hình nón dài hơn, tế bào đỏ được chuyển xuống từ 560nm đến độ dài sóng ngắn hơn, là màu xanh. Và ánh sáng duy nhất lọt qua thấu kính đang xảy ra sự trùng lặp về hấp thụ bước sóng. Ống kính Enchroma lọc các bước sóng ánh sáng thường gây nhầm lẫn cho tế bào nón bị đột biến ở những người mù màu và khiến võng mạc gửi tín hiệu màu bừa bãi đến não.
Bằng sự hiểu biết nguyên lý màu sắc, thị giác và khả năng áp dụng công nghệ thị giác máy tính bạn có thể làm chiếc kính cho người mù màu có khả năng kết nối IoT và thị giác máy tính.
Đo độ mù màu - Ishihara Color Test: Xác định mức độ mù màu
Prepare:
- Machine Vision Camera: OpenMV Cam
- AI Camera
- DIY Google glasses using Arduino Micro
- Eye-R, a Glasses-Mounted Eye Motion Detection Interface
- Eye Tracking and Eye-Based Human–Computer Interaction
- Controlled robot, pointer mouse of the computer, touch screen by eyes motion detector with the eyes tracking detector softwares