CN100504980C - 改进空间和离轴显示标准的符合性的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了用于改进显示系统相对于强制灰度或彩色显示标准的空间和离轴符合性的方法。在该显示系统中，对各个像素或像素区域获取固有转换曲线，即作为显示器上位置的函数以及作为视角的函数。一旦该信息可用，就可对显示器上的各个位置和所有可能的视角创建从P-值至DDL的最优化转换模式。在使用时，该转换模式用来获得经改进的DICOM行为。这种最优化也是基于预设、可选择或测得的视角相对于该视角进行的。

Description

改进空间和离轴显示标准的符合性的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于电子显示装置、特别是固定格式显示的系统和方法。本发明尤其涉及用于符合强制显示标准的电子显示装置的系统和方法，例如符合诸如DICOM标准的强制医学显示标准的医学电子显示装置。
背景技术
放射学中，越来越多的医学显示器被用作传统胶片的替代品。放射科医生查看高质量(通常为灰度)医学显示器上的数字图像来代替使用昂贵的胶片。医学显示器的另一个优点是放射科医生能对医学图像执行例如加强对比度、缩放等的图象处理操作，这使诊断更加容易。显然，医学显示器需要很高的质量和质量控制，因为它们常被用作早期诊断以及由此采取的性命攸关的判定。存在很多规定和建议。这样的质量要求的一个示例是“DICOM/NEMA补充28灰度标准显示函数”(“DICOM/NEMA supplement 28 greyscale standard displayfunction”)。它描述如何将在数字医学图像中的灰度映射成诸如显示器、胶片打印机等的医学输出装置的输出电平，以便于使出现在数字图像文件中的小细节的可见度最大化。
关于医学成像的一般信息可以在Paul Suetens的“医学成像基础”(“Fundamentals of Medical Imaging”，Cambridge University Press，2002)一书中找到。由成像装置(X射线、超声波、扫描设备等)所创建的典型医学图像含有256(8位)和4096(12位)之间的灰度。然而，现有医学查看应用程序通常将输出限制为256并发灰度。放射科医生则使用窗口/电平调节(levelling，对比度增强的一种)来选择性地呈现原始图像文件中的所有灰度。另一方面，医学显示器趋于具有至少1024(10位)输出灰度，因此有若干种可能性来将来自医学图像的256灰度映射成来自显示器的1024可用灰度。仅仅用线性方法在1024显示灰度上映射/选择这256灰度会造成信息丢失：在来自医学图像的一些相邻灰度电平之间不可能进行视觉辨别。这是因为通常作为LCD显示器的现有医学显示器常常具有极不规则的转换曲线，该曲线与CRT显示器的传统伽吗曲线极为不同，并且不适于人眼或多或少的对数反应。
图1和图2是来自文件“DICOM/NEMA补充28灰度标准显示函数”的片段。图1示出了根据标准化灰度标准显示函数改变显示系统的全局转换曲线来获得标准化显示系统102的原理。换言之，称为P-值104的输入-值104通过这样一种方法根据“P-值至DDL”转换曲线106被转换成称为DDL108的数字驱动值或电平108：在随后的“DDL至亮度”转换之后，生成的曲线“亮度对P-值”114符合特定的标准化曲线。该数字驱动电平则根据显示系统专用的“DDL至亮度”转换曲线110转换，因此允许某亮度输出112。该标准化亮度输出曲线在图2中示出，它是“P-值至DDL”转换曲线106和“DDL-亮度”曲线110的结合。这条曲线基于由Barten模型描绘的人的对比灵敏度。注意，医学显示器的亮度范围内明显是非线性的。该灰度标准显示函数被定义在0.05cd/m2至4000cd/m2亮度范围内。图2的横轴示出称为亮度JND的可分辨差值的指数，而纵轴示出相应的亮度值。亮度JND表示在一特定亮度电平可觉察的亮度值中的最小变化。更详细的描述可在国家电气制造商协会(NationalElectrical Manufacturers Association)1998年公布的“DICOM/NEMA补充28灰度标准显示函数”中找到。
基于DICOM灰度标准显示函数优选校准的显示系统会将其P-值104转换成位于灰度标准显示函数(GSDF)上的亮度值(cd/m2)112，并且在与P-值104对应的各个亮度值112之间的亮度JND指数具有相等的距离。这表示该显示系统感觉上是线性的：P-值104的等差值会造成所有数字驱动电平108的相同水平的可感知性。实践中该校正不会是理想的，因为在该显示系统上通常只有离散数目的输出亮度值(例如1024特定灰度)可用。
目前，使用通常—但非必须—作为LCD显示器的医学显示系统的“DICOM-校正”通常如同使用CRT显示器一样地实现：通过测量显示器的固有转换曲线，即确定亮度相对DDL的关系，然后将该曲线用来计算P-值和DDL之间的转换表。测量显示器的固有转换曲线是通过将具有小接收角的亮度测量装置放置在显示器的中心来实现的。使用具有小接收角的装置是因为否则该显示器的视角特性的改变会使测量数据不可靠。使用具有大接收角的装置时，测量结果是大范围视角的积分值。这种方法对于诸如传统摄影胶片和CRT显示器的公知技术很适用，但是许多例如LED显示器的现代医学显示器、以及通过扩展诸如等离子体显示器、场致发射显示器、电发光(EL)显示器、发光二极管(LED)和有机发光二极管(OLED)投影显示器的其它固定格式显示器的特殊性质引入了一些重要的尚未解决的问题，它们对DICOM-符合性和医学成像的质量通常会有很负面的影响。
这些例如LCD显示器的医学显示器的若干种通常具有随视角变化的视觉特性：在一个角度观看显示器会显著改变所看到的图像。该现象如图3和图4所示，示出了分别对于全白视频信号电平和全黑视频信号电平，亮度的强度作为水平和垂直视角的函数。对于一些亮度值，将对应于相等亮度输出的点相连接。不仅存在视觉亮度的普遍变化，而且当在一个角度观看面板时面板的固有转换曲线会径向变化。显然这种行为甚至会在很小的视角下导致较差的DICOM-符合性，并且可在通过在一个角度观看显示器来进行诊断时引入质量风险。应该注意，目前在进行诊断时，尤其是在显示器安装于墙上、和/或多个放射科医生一起讨论病例时，在一个(小)角度观看医学显示器是正常行为。
现有高质量医学显示器的另一负面方面是在整个显示器区域它们都具有可变的亮度均一性。特别是较黑的视频信号电平通常显示亮度相差达2倍和以上的较亮和较暗区域。在较高的视频信号电平上这种情况稍微好些，但通常仍应考虑30％-35％的亮度差。图5用百分数示出了在固定视角下相对整个显示区域的平均亮度值的畸变的示例。这种显示区域上的亮度均匀度问题还导致很差的DICOM-符合性。对于本领域技术人员显而易见的是，特别是在较黑的视频信号电平下即使小亮度变化也会引入相对于理想DICOM模型的较大畸变。
在过去曾提出过解决亮度不均匀问题的方法，例如可参见US-2002/154076、EP-1132884和US-5359342。理论上，通过使显示器在其整个区域、并对全部视频信号电平都完全均匀，所有像素的转换曲线也将相同。这表示不再有空间DICOM-符合性的问题。然而，只在所有显示像素的黑色电平增加到处于“完全关断”状态的最亮像素的亮度值时才有可能使所有像素的转换曲线相等。同样的原理适用于最高视频信号电平：所有像素的最高亮度必须相等，且因而减小到处于“完全导通”状态的最黑像素的亮度值。显然这将造成显示器具有较高黑亮度和较低峰值亮度，因此具有较差对比率。高对比率确实是高质量医学显示器的要求之一。因此，使显示器完全均匀的现有解决方法并不实用。
US-5359342还描述了一种不归一化全部亮度的情况下获取显示器中不同区域的线性转换曲线的方法。然而，该系统并未描述用于获取最佳DICOM符合性的行为，从而将该转换曲线调节成适应显示器像素或区域的个体变化的方法。此外，US-5359342中提供的校正是恒定校正，并未考虑环境变化和使用显示器的条件。
据我们所知，直至今日对关于DICOM-符合性的这些特定医学显示器特性仍然无公知的实用解决方案。直到现在，改进医学显示器的空间和离轴DICOM-符合性仅仅是间接可能的。空间问题可通过使亮度更加均匀来改进，但具有损失对比率的主要缺点。对于视角问题，一些制造商(尽管有时他们并未意识到这些问题)在校正过程中使用具有较大接收角度的探测器。通过这种方法，他们实现了小角度下稍好些的DICOM符合性，但降低了轴上观看的DICOM符合性。
在“TFTLCD显示器中用于补偿彩色的视角相关性的彩色校正”(“Colorcorrection in TFTLCD displays for compensation of color dependency with theviewing angle”，2002年5月21-23日麻省波士顿的2002SID国际研讨会论文摘要，SID US在加州圣何塞的国际研讨会论文摘要，卷33/2，2002年5月(2002-05)，第713-715页，一文中，G.Marcu等人描述了用于补偿与单个观众位置相关的像素彩色变化的方法。该方法确定屏幕各个像素所需的彩色校正，使得给定位置上的单个观众可观看不受屏幕视角差影响的彩色。只要该位置为已知，该彩色校正就可在观众位置变化时自动再计算。
发明内容
本发明的一个目的是提供用于显示系统的一种补偿方法和装置，从而获得经改进的与强制显示标准的空间和离轴的符合性，并且使用户在其相对于显示器的视角变得过大时得到不建议在此角度观看的警告。
以上目的由根据本发明的方法和装置实现。
在第一方面，本发明涉及用于校正矩阵显示器中多个像素元区域的灰度或彩色值不符合的方法，该校正相关于强制灰度或彩色显示标准但不限于例如DICOM标准，各个像素元区域由不同的校准函数校正。该方法包括对于各个像素元区域分别：存储将像素元区域的灰度或彩色值的不符合表征为其驱动信号的函数的表征数据；以及根据该表征数据预校正像素元区域的驱动信号，以便于获取符合强制灰度或彩色显示标准的灰度或彩色电平，该预校正是根据待显示的灰度或彩色值的输入值、以及在观看或待观看的像素元区域的视角来进行的。该方法还包括：如果显示行为不可接受则调整预校正。如果在观看或待观看像素元区域的视角在预定范围之外，例如变得过大，或者如果诸如环境光强度或背光强度的环境或显示器相关参数变化，则显示器行为会例如不再是可接受的。
调整预校正可包括减小灰度电平的数量。该灰度电平数量可被减小到单个，从而将显示内容改变成均匀灰度电平，以便于警告用户：因为该视角、或者已经改变的环境或显示器相关参数，该显示器行为不再被接受。
此外，该方法还可包括改变至少一个与所显示图像的质量相关的参数，例如改变诸如环境光强度的环境参数、改变背光强度、设置显示器的另一峰值亮度值(经校准的白点)、改变背光彩色点、改变显示器的彩色点。当调整预校正并未得到强制灰度或彩色显示标准符合的期望结果时，这可能会特别有用。
在本发明的方法中，像素元区域可由一个像素单元组成、或者像素元区域可包含多个像素元，一个区域的各个像素元可分配到相同的表征数据。在该方法中，观看或待观看的矩阵显示器的视角可由用户例如通过显示器上的开关选择，或者观看或待观看矩阵显示器的视角可用例如照相机和相应计算单元的探测系统测量。
此外，该表征数据还可包括背光强度相关性和环境参数相关性中的至少之一。该环境参数可以是环境(或环绕)光的强度。
在该方法中，驱动信号的预校正可基于查寻表进行。预校正驱动信号还可至少部分地基于使用数学函数来进行。
此外，该方法还可包括根据从各个像素元区域捕捉的图像生成表征数据。生成该表征数据可包括建立表示矩阵显示器的各个像素元的表征数据的像素元轮廓图。
预校正可实时地进行，即在正在显示相关图像时驱动矩阵显示器的过程中进行。预校正也可以离线进行，即在除正在显示相关图像时驱动矩阵显示器的过程之外的其它时刻进行。
强制灰度显示标准可以是国家电气制造商协会公布的医学数字成像和通信标准(DICOM)。
此外，根据本发明的用于校正矩阵显示器中多个像素元区域的灰度或彩色值不符合的方法，其中该校正相关于强制灰度或彩色显示标准并且各个像素元区域用不同的校正函数校正，该方法还包括：重复校正灰度或彩色值不符合，从而使用作为时间的函数的变化校正，可以获得与强制灰度或彩色显示标准的符合性、并在观看条件随时间改变时确保与强制灰度或彩色显示标准的符合性。特别地，如果观看或待观看像素元区域的视角不再位于预定范围之外，则经调整的预校正可变回到正常预校正。这种校正可自动进行。该方法还可包括：通过调节输出灰度或彩色深度来校正灰度或彩色值的不符合性，即通过调节输出灰度或彩色值的数目来允许获得或更容易地获得强制灰度或彩色显示标准。
在第二方面，本发明还涉及用于校正矩阵显示器中多个像素元区域的灰度或彩色值不符合的系统，该校正相关于强制灰度显示标准。该系统包括：存储装置，用于存储将多个像素元区域的灰度或彩色值不符合表征为其驱动信号的函数、和观看或待观看像素元区域的视角的函数的表征数据；以及校正装置，用于根据该表征数据预校正对像素元区域的驱动信号以获取符合强制灰度或彩色显示标准的灰度或彩色电平。该校正装置被调整成：如果所确定的视角在预定范围之外，则调节该驱动信号。该校正装置可被调整成用于调节对像素元区域的驱动信号，以便于获得数目减少的灰度或彩色电平。甚至可以减小到单个灰度或彩色电平。
此外，该系统可包括表征装置，用于通过建立各个像素单元区域的灰度或彩色电平与众多视角和矩阵显示器中众多空间位置的相应驱动信号之间的关系，而生成众多像素元区域的表征数据。该表征装置可包括用于生成矩阵显示器的像素元的图像的图像捕捉装置。在该系统中，校正装置可包括用于确定用户相对显示系统的视角的视角确定装置。表征装置可包括光输出值分配装置，用于将作为其驱动信号的函数的固有灰度或彩色亮度电平值分配给矩阵显示器的众多像素元区域。该系统可以是用于显示图像的矩阵显示器的一部分。
在第三方面，本发明还涉及用于显示图像的矩阵显示装置。该矩阵显示装置包括多个像素元区域；存储器，用于存储众多矩阵显示器的像素元区域的表征数据，该表征数据表示像素元区域的灰度或彩色电平和其相应驱动信号之间的关系，并且该表征数据是矩阵显示器中像素元区域的空间位置的函数、以及观看或待观看像素元区域的视角的函数；用于确定用户相对矩阵显示器的视角的装置；以及校正装置，用于根据该表征数据预校正对像素元区域的驱动信号，以便于获得符合强制灰度或彩色显示标准的灰度或彩色电平，该校正装置被调整成：如果所确定的视角在预定范围之外则调节所述驱动信号。该校正装置可被调整成用于调节驱动信号，从而只表示数目减少的灰度或彩色电平，甚至减小到单个灰度或彩色电平。
在第四方面，本发明还涉及控制单元，用于校正显示图像的矩阵显示器的多个像素元区域的灰度或彩色值的不符合的系统，该校正相关于强制灰度或彩色显示标准。该控制单元包括：用于存储矩阵显示器的众多像素元区域的表征数据的装置，该表征数据表示像素元区域的灰度或彩色电平和其相应驱动信号之间的关系，且该表征数据是矩阵显示器中像素元区域的空间位置的函数、以及观看或待观看像素元区域的视角的函数；用于确定用户相对于矩阵显示器的视角的装置；以及用于根据该表征数据预校正对像素元区域的驱动信号、以获得符合强制灰度或彩色显示标准的灰度或彩色电平的装置。根据本发明，预校订的装置被调整成：如果所确定的视角在预定范围之外，例如如果所确定的视角太大，则调节驱动信号。
本发明的一个优点是：与现有的改进亮度均匀度的技术相反，对于预定范围内视角的补偿无需大大降低医学显示器的对比率。该补偿无需大大降低峰值亮度、或增加显示器的黑色电平输出。
本发明的另一个优点是对于预定范围内的视角，可获得离轴DICOM符合性的改进，而无需恶化轴上DICOM的符合性。
此外，本发明一具体实施方式的一个优点是对于各种各样的观看情况都可获得离轴DICOM符合，即对于不同视角都可获得DICOM符合。
在本发明的又一方面，提供了用于校正矩阵显示器中至少一个像素元区域的灰度或彩色值的符合性的方法。该方法包括：存储将至少一个像素元区域的灰度或彩色值的不符合表征为其驱动信号的函数的表征数据；以及根据该表征数据预校正所述至少一个像素元区域的驱动信号，以获得符合所述强制灰度或彩色显示标准的灰度或彩色电平，所述预校正基于待显示的灰度或彩色输入值进行。根据本方面的该方法包括：如果与显示行为相关的参数已改变使该显示行为不再符合强制灰度或彩色显示标准，则警告用户。
矩阵显示器中的像素元可位于多个区域。各个像素元区域可通过不同校准函数校正，并且可分别对各个像素元区域进行存储和预校正。
警告用户可包括在屏幕上示出图案、覆盖当前屏幕内容、播放声音、示出视觉信号、通过通信媒介向用户发送消息、向软件应用程序发送消息、在存储器中写入文件、或记录事件中的一个或多个。
与显示行为相关的已变化参数可以是用户相对矩阵显示器的视角、环境光强度、背光强度、显示器的亮度峰值、背光彩色点、温度中的一个或多个。
本发明还提供用于校正矩阵显示器中至少一个像素元区域的灰度或彩色值不符合的装置，该校正相关于强制灰度或彩色显示标准。该系统包括：存储装置，存储将至少一个像素元区域的灰度或彩色值的不符合表征为其驱动信号的函数的表征数据；以及校正装置，用于根据该表征数据预校正至少一个像素单元区域的驱动信号以获得与所述强制灰度或彩色显示标准相符合的灰度或彩色电平。该校正装置被调整成用于根据待显示的灰度或彩色值的输入值来调节所述预校正。此外，该校正装置被调整成：如果与显示行为相关的参数已改变从而使该显示行为不再符合强制灰度或彩色显示标准，则警告用户。
矩阵显示器中的像素元可位于多个区域。各个像素元区域可由不同的校正函数校正，并且存储和预校正可对各个像素元区域独立进行。
为了警告用户，校正装置可被调整成实施以下的一个或多个：在屏幕上显示图案、覆盖当前屏幕内容、播放声音、显示视觉信号、通过通信媒介向用户发送消息、向软件应用程序发送消息、在存储器中写入文件或记录事件。
与显示行为相关的已变化参数可以是用户相对于矩阵显示器的视角、环境光强度、背光强度、显示器的亮度峰值、背光彩色点、温度中的一个或多个。
在再一方面，本发明提供用于校正矩阵显示器中至少一个像素元区域的灰度和彩色值不符合的方法，该校正相关于强制灰度或彩色显示标准。该方法包括：存储将像素元区域灰度或彩色值不符合表征为其驱动信号的函数和至少一个与显示行为相关的参数的函数的表征数据；根据该表征数据预校正所述像素元区域的驱动信号以获得符合所述强制灰度或彩色显示标准的灰度或彩色电平，所述预校正根据待显示的灰度或彩色值的输入值进行，其中该预校正包括根据至少一个与显示行为相关的参数最优化显示器的整体性能。
像素元可位于多个像素元区域中。各个像素元区域可由不同校正函数校正，并且存储和预校正可对各个像素单元区域独立进行。
预校正可考虑描述根据至少一个和显示行为相关的参数符合强制显示标准的价值函数。
该预校正可包括以任何适合的格式，例如LUT、解析表达式或校正点序列，建立通过优化加权价值函数而获得的校准曲线。
本发明还提供了用于校正在矩阵显示器中至少一个像素单元区域的灰度或彩色值不符合的装置，该校正相关于强制灰度或彩色显示标准。该装置包括：存储装置，用于存储将至少一个像素元区域的灰度或彩色值不符合表征为其驱动信号的函数、和至少一个与显示行为相关的参数的函数的表征数据，以及校正装置，用于根据该表征数据预校正所述至少一个像素元区域的驱动信号以获得符合强制灰度或彩色显示标准的灰度或彩色电平的驱动信号，其中该预校正基于待显示的灰度或彩色值的输入值进行。该校正装置被调整成用来根据至少一个和显示行为相关的参数最优化显示器的整体性能。
像素元可位于多个像素元区域中。各个像素元区域可用不同校准函数进行校正，并且存储和预校正可对各个像素单元区域独立进行。
该预校正可考虑根据至少一个与显示行为相关的参数描述符合强制显示标准的价值函数。
该预校正可包括以任何适合的格式，例如LUT、解析表达式或校正点序列，建立通过优化加权价值函数获得的校正曲线。
虽然本领域中时常有方法和装置的改进、变化和发展，但是相信本发明的概念代表了真正最新的和新颖的改进，包括对现有实践的背离，从而导致提供更有效且更可靠的该类装置。
本发明的示教准许经改进的医学成像方法和装置的设计。
从结合作为示例示出本发明原理的附图的以下详细描述中，本发明的这些和其它特性、特征和优点变得显而易见。该描述仅作为示例而给出，而不限制本发明的范围。以下引用的参考图是指所附的附图。
附图说明
图1是一常规标准化显示系统的概念模型的图示，该常规标准化显示系统经由对非标准化显示系统的数字驱动电平的中间变换而使P值与亮度相匹配。
图2是表示成亮度对数对JND指数的现有技术中灰度标准显示函数(GSDF)的图示。
图3是在典型LCD显示器的全白视频信号电平下亮度的常规视角相关性的图示。
图4是在典型LCD显示器的全黑视频信号电平下亮度的常规视角相关性的图示。
图5是从显示器的整个显示区域上的平均亮度值的现有技术畸变的图示。
图6是根据本发明一实施方式的适合空间和/或离轴DICOM标准的改进的显示器的图示。
图7a是示出根据现有技术普遍公知的调节方法的亮度对数字显示电平曲线的示图。
图7b是示出根据本发明一实施方式的调节方法的亮度对数字显示电平曲线的示图。
图8a是根据本发明一实施方式的用于具有经改进的DICOM符合性地显示图像的第一方法的示意流程图。
图8b是根据本发明另一实施方式的用于具有经改进的DICOM符合性地显示图像的第二方法的示意流程图。
图9是根据本发明一实施方式的用于进行调节以获得经改进的DICOM符合性的合适系统的不同组件的图示。
图10a是根据本发明一实施方式的获取用于改进DICOM符合性的表征数据的第一示意流程图。
图10b是根据本发明另一实施方式的获取用于改进DICOM符合性的表征数据的第二示意流程图。
图10c是根据本发明又一实施方式的获取用于改进DICOM符合性的表征数据的第三示意流程图。
图11示出赋予相关视角的第一权重和赋予不相关视角的第二权重(零权重)。
图12示出赋予最相关视角的第一权重，赋予次相关视角的第二权重，赋予再次相关视角的第三权重，以及赋予不相关视角的第四权重(零权重)。
在不同的附图中，相同的标号指代相同或相似的元素。
具体实施方式
本发明将参照具体实施方式并参考某些附图进行描述，但是本发明并不受限于此，而只由权利要求书限制。所描述是附图只是示意性的而非限制性的。在附图中，为说明目的一些元件的尺寸可能被放大且未按比例描绘。
应该注意，在说明书和权利要求书中使用的术语“包括”不应解释为限于其后所列手段；它不排除其它元件或步骤。因此，“包括装置A和B的装置”的表达范围不应该限于只包含组件A和B的装置。它表示对于本发明，该装置的最相关组件为A和B。
此外，说明书和权利要求书中的术语顶部、底部、上面、下面、左、右、高度、宽度、水平和垂直等仅用作说明性目的而并非必然用于描述相对位置。应该理解，这些如此使用的术语在适当的环境下可互换，并且本文描述的本发明实施方式能在不同于此处描述和示出的其它方向操作。
在第一实施方式中，本发明提供了一种用于根据显示灰度的强制标准调节显示系统的系统和方法。通常这种问题会在医学成像中遇到，尽管本发明并不受限于此。用于医学成像的典型标准是由国家电气制造商协会公布的医学数字成像和通信标准(DICOM)。灰度标准在DICOM标准的附录28中讨论，涉及“灰度标准显示函数”。然而，本发明的系统和方法也允许符合其它显示灰度电平的标准，换言之，本发明并不限于DICOM附录28的灰度标准。作为示例，将对用于显示系统的DICOM附录28的灰度标准描述本发明。
可以是医学电子显示系统的显示系统包括显示装置，该显示装置最好是固定格式显示器，比如等离子体显示器、场致发射显示器、液晶显示器、电发光(EL)显示器、发光二极管(LED)和有机发光二极管(OLED)显示器。本发明应用于单色和彩色显示器，并应用于发射、透射、反射和透-反射显示技术。
在根据强制灰度标准调节显示系统的方法中，第一步骤是将该显示系统的发射行为表征为空间位置和视角的函数。这表示该显示系统的固有转换曲线被测定为空间位置的函数和视角的函数。该转换曲线将亮度输出(cd/m2)描述为数字驱动电平DDL的函数。对于给定的显示装置200，选择测量位置的数目为N。对于本发明，测量位置的确切数目并不受限制，并且可基于精度和所需测量时间之间的权衡、以及基于用于存储呈现在显示装置200中的转换曲线相关信息的可用存储容量来选择。如图6所示，测量点可相关于显示装置200的一些部分，包括称为区域202a、202b、202c、202x、202y等的众多像素，或者相关于显示装置的所有单个像素204i、204j、204k、204m等，或者相关于显示器的单个亚像素(sub-pixel)(未在图6中示出)相联系。例如，本发明并不受限于此，显示装置200可以是具有2560x2048像素分辨率的LCD面板，并且该显示装置可被分成15 x 12个区域，这些区域是测量点，或者这2560x2048个像素可被用作测量点。在这些区域中，可使用中心像素的转换曲线，如具有中心像素204m的202x区域所示，可使用一组中心像素的平均固有转换曲线，或者可使用区域中所有像素的平均转换曲线，如区域202y所示。对本领域技术人员而言，容易找到变化以将某转换曲线分配给LCD面板的具体区域是显而易见的。除了测量所有像素或所有区域的特性之外，另一种可能是在某些像素或区域中测量有限数目的固有转换曲线，并用插值法来近似它们之间像素或区域的曲线。这大大地减少了测量时间。对将执行哪类校正的选择将取决于所使用的显示装置200的质量、和希望用于执行该校准的时间。
进行这些表征测量的精确方法，即记录固有转换曲线，对于本发明而言并不限制。作为示例，但并不受限于此，这些测量可通过使用具有小接收角的单独亮度测量装置、并在显示装置上的不同测量点依次测量来进行。好的接收角通常约为3°。一些医学标准(例如DIN6868-57)需要接收角在1°和5°之间。可使用的典型单独亮度测量装置为例如Konica Minolta PhotoImaging USA公司制造的CA-210 LCD彩色分析器，它是典型接收角为±2.5°的亮度测量装置。另一种可能是使用可同时测量显示器上多个位置的相机系统。还存在可以通过单个图像执行对多个视角的测量(通过使用多个透镜，其中有傅立叶透镜)的相机系统。唯一的要求是该测量装置能获取显示(亚)像素或区域(所有位置)以及不同视角的转换曲线。注意，这些转换曲线可根据不完全测量和插值进行近似。
在第二步骤中，在表征固有转换曲线之后，显示器的空间和离轴DICOM符合性得到改进。当唯一目的是改进DICOM符合性时，不同于现有技术方法，这不是通过使显示器在其整个显示区域更加均匀来实现的，因为使显示器更加均匀表示对比度和亮度的减小。在医学应用中，获得大对比度的图像通常很重要。对比度是图像相邻区域内不同亮度的量度。换言之，往往不赞成使所有像素/区域的转换曲线相等来获得在整个显示区域上的更佳DICOM符合性。本发明的一个方面是对于每个单独的显示区域或对于每个单独的像素都获得DICOM符合特性，因此符合DICOM符合的显示曲线，而不同的像素/区域可各自符合不同曲线。拟合到DICOM标准的容许误差容限在例如：医学数字成像和通信标准的附件C、国家电气制造商协会公布(1998)的附录28：灰度标准显示函数、或者美国药理师协会(AAPM)任务组18在2002年10月的报告草稿(版本9.0)“医学成像系统的显示性能评定”(“Assessment of DisplayPerformance for Medical Imaging Systems”)中描述。应该注意，显示均匀性未得到改进，并且像素/区域之间的亮度差异还会存在。这常常是有利的，因为它允许获取在图像的至少一些区域内具有高亮度的图像。各个像素/区域都会符合DICOM曲线，从而保证小的灰度差异在显示器的每个位置上都可见(如DICOM所述)。
图7a示出了改进亮度均匀性以获得较佳DICOM符合性的方法，如现有技术所公知的。图7a示出显示屏200的不同位置上的2个像素的转换曲线701、702，还示出亮度校正之后的结果转换曲线703。该校正后的结果曲线被选为是符合DICOM的，但导致对比率的较大降低。图7b示出根据本发明一方法所发生的情形：并未尝试使显示区域上的亮度相等而是对各个像素或区域的转换曲线701、702进行校正，从而使各个像素或区域的结果转换曲线704、705符合DICOM适应曲线。注意，在图7b中给出转换曲线701、702的两个像素在校正之后确实并不具有相同的亮度行为，但它们都符合DICOM曲线。还要注意，如图7b中所示，在使用本发明方法的所述实施方式时，完全不存在对比度的损失。原始曲线701、702和校正曲线704、705的端点分别重合。对于每个像素或区域，各个转换曲线701、702的校正曲线704、705可在无对比度损失的情况下获得，因为DICOM规范并未指定成像器件所需的亮度范围。例如，可找到具有亮度范围为0.5cd/m2至500cd/m2的像素的DICOM符合曲线，同样也可找到具有亮度范围为1cd/m2至600cd/m2的像素的DICOM符合曲线。
本发明也可与现有技术相结合，以获得增加的亮度均匀性(尽管并不完美)，同时灰度标准的符合性得到显著改进，并且同时显示系统的对比度损失得到限制。
因此取决于所输入的表征数据，经校正的亮度值在调节数字驱动电平值时显示。需要提供的表征数据包括：像素的标识，用于检索固有转换曲线信息、或立即检索经校正转换曲线信息；提供给像素的原始灰度电平，即数值显示电平；以及观看该像素的视角。该像素的标识可以是例如像素编号、屏幕上的像素位置、像素列或像素行、或者可分辨像素的任何适合的可选表示。视角可用不同方法提供，例如在显示系统上选择、使用遥控器选择、自动测量。
为了补偿显示系统的视角行为，需要用户观看显示器的视角。在本申请中，视角被定义为轴上方向(即与显示平面垂直的方向)与用户-显示区域方向之间的夹角。当在轴上方向观看显示器的像素或区域时，对该像素或区域视角等于零度。通常视角可转换成水平视角和垂直视角。水平视角对应于视角在由显示平面垂直方向和显示器宽度方向决定的平面上的投影，而垂直视角对应于视角在显示平面垂直方向和显示器高度方向决定的平面内的投影。在显示器的实际使用中，水平视角通常在-70°和+70°之间变化，较佳地在-60°和+60°之间变化，更佳地在-50°和+50°之间变化。在显示器的实际使用中，垂直视角通常在-45°和+45°之间变化，尽管正视角，即显示器放置成低于用户的观看方式更加普遍。虽然本发明并不限于这些视角范围，但是方法和系统通常会包括至少这些范围内视角的表征数据。根据本发明，术语“用户”应解释为最宽泛的可能意义，并且不仅包括动物或人而且还包括例如安装在机器人上的相机的光学观看系统。有提供该信息的不同方法。如果屏幕只从固定位置在固定角度下使用，则显示器可在生产或安装过程中根据该固定使用角度进行校准，从而在操作过程中不需要附加的输入。如果显示器从不同位置使用，即如果可使用不同视角，则需要向显示器提供视角以获得较佳DICOM符合性。这可通过在显示系统上提供允许指定视角的选择开关来实现。此外，可提供遥控设备，从而允许选择将用于DICOM调节的当前视角。在另一实施方式中，这可通过例如使用置于显示器外壳内的相机或诸如定向红外探测器的探测器进行。对于图像处理领域中的技术人员，显然可以甚至实时(例如2次/秒)地从图像中提取人眼或动物眼睛的位置，。或者，例如相机的其它类型用户的位置也可通过图像分析来决定。一旦知道了用户(例如用户眼睛)的光学轴的位置，则很容易计算用户观看显示器的确切水平和垂直角度。注意在以上描述中，作为表征数据，相同的视角可用于各个像素/区域，因为对各个像素/区域该视角相关性会固有地不同所以这仍将引入视角相关性，或者甚至对显示器的每个像素或区域都可分配一视角以使模型更加精确。显然：如果用户接近显示器(例如在正前方)，则对于显示器的不同部分视角会有明显不同。例如大显示器的中央部分可在轴上方向观看，同时旁边则可在(小)角度下观看。如果同时有多个用户，则视角的平均值会被提供给系统。本发明也包括使用多个装置来跟踪用户的位置，例如不仅确定观看角度而且决定观看者与显示器的距离。例如，雷达或超声波可用于这种用途。计算/测量用户位置和视角的精确方法在本发明中并不受限。对于各个像素或区域，一旦视角和较佳地用户距离为已知，则该信息就可用来对该像素或区域进行校正。
可对视角相关性进行补偿，使得它仿佛不相关于显示系统上像素/区域的空间位置，即所有像素/区域使用相同的视角相关性校正数据，或者它可应用为相关于显示器上像素/区域的空间位置，即各个像素/区域具有它自己的视角行为。如果需要最高质量，则较佳地根据显示器上的位置进行补偿，因为显示面板在面板区域的不同位置具有不同的视角行为。
作为示例，两种校正方法在图8a和图8b中示出。
在图8a中假设视角行为不相关于显示系统上的确切位置，即所有像素或区域都具有相同的视角相关性。这对于用户和显示器之间的大距离或多或少是正确的。校正算法则包括对所有像素或区域使用相同视角数据进行空间变化的补偿和视角变化的补偿。图8a示出用于显示图像的方法300的流程图。在第一步骤302，选择待成像的像素。在步骤304，获取检索待成像像素的必要表征数据所必需的像素标识信息。在步骤306，获取像素的输入值或P-值，即对应于应由像素成像的灰度值的值。在步骤308，检查显示系统的视角是否为已知。如果不是这种情况，则方法300继续到步骤310，其中显示系统的视角通过例如检查显示系统上开关的状态、测量视角或从遥控系统中获取视角来确定或获取。在另一方法中，视角信息根据对样机的测量或数学计算预先存储在显示系统中。所获得的表征数据，即像素ID、待显示P-值和视角信息，允许确定数字驱动电平值，该值根据对各个像素/区域可获取的存储校正信息来提供空间变化校正和视角相关性校正，以获得较好的显示标准符合性。该确定在步骤312进行。然后该数字驱动电平用来驱动像素，从而获得准确的灰度电平(步骤314)。在步骤316，检查其它像素是否需要成像。如果它不是用于成像的最后一个像素，则选择下一像素；如果待显示图像的最后一个像素已被转换，则校正方法在显示整个图像时结束(步骤318)。
在另一方法350中，如图8b所示，假设视角相关性并不独立于显示系统上的空间位置，从而灰度电平和视角的两种校正被耦合并且需要同时进行。换言之，该方法可用于一般情况，其中假设显示器上的各个位置都可具有不同的视角行为。这在图8b中示出。该方法包括与方法300相同的步骤，但是对每个像素都指定视角信息。换言之，进行附加步骤—步骤320，其中显示系统的视角信息用于确定在步骤302选择的和在步骤304标识的像素的视角信息。这样，可使用所存储的各个像素/区域的单独视角行为。应用此方法的直接途径是保存查寻表以进行补偿。该查寻表将P-值(m-位)、像例如像素位置(行和列，编号或区域编号)的像素标识、以及像素视角作为输入。输出是给出该具体情况的最佳性能的DDL。
一些医学显示器可纵向和横向地使用。这表示显示器可物理地旋转90°。在那种情况下，当然不需要存储两种方向的视角行为。可对最常用方向(纵向)测量观看行为，并且如果显示器变成横向，则视角数据旋转90°并使用。
虽然作为示例描述了校正方法的两个实施方式，但也可使用其它校正方法，且本发明并不受限于所述校正方法，这对本领域技术人员是显而易见的。可使用各种方法来降低存储器需求。一种减少调节方法所需存储器的数量的方法是例如插值。通常空间变化和视角变化包括不太多的高频分量，所以可仅仅存储有限数量的测量点，并且可使用插值方案以近似其间的缺失数据。该系统可显著减小存储要求，虽然对于插值电路需要额外的功能。另一种可能是通过数学函数来描述空间和/或视角变化、或相应非校正数据。这种函数的示例可以是，但并不限于多项式、余弦函数的一组系数等。又一种可能是引用所有与所选典型数据集相关的表征和/或校正数据。例如，可使引用与显示器中心的校正/表征相关。通常此技术将需要较小的存储区域，因为在这种情况下校正系数的值会较小，因此导致需要较少位来存储它们。引用数据/表征的一种变体是增量-编码表征/校正数据，即与先前数据的差值，在这种情况下使用相邻的位置或视角。也可利用数据的对称性来减少存储需求。视角行为具有相当好的关于轴上点的点对称。略微更复杂的解决方法是将表征或校正数据分组或分类成许多引用类，目的是显著减小所需存储区域。例如可设想组合需要相同(或在预设限制内近似相同)空间补偿的像素或区域。不存储各个像素或区域的补偿数据，可为各个像素或区域存储小引用类，而实际上较大的补偿数据只需存储一次。这对视角行为同样适用。当然这种聚类可对空间补偿和/或视角补偿独立或一起进行。对于本领域技术人员，应当清楚存在许多算法来将元素分成类，例如矢量量化、神经网络等。因此可使用查寻表和基于插值电路或数学函数或其结合。此外，注意，组合用于图像增强的现有查寻表和本发明所需的参照表或补偿也是可能的。
本发明所述校正方法和算法可实时地执行，即正在显示图像时驱动矩阵显示器的过程中，或离线地执行，即不在驱动矩阵显示器以显示图像的过程中。在图9中，示出了在系统370中执行实时校正的众多不同位置。该系统370包括主计算机372和显示系统390。该主计算机372可以是提供有效高质量的中央处理单元CPU 374和有效高质量图形卡376的任何常规计算机。该图形卡376包括通常可以是固件的软件组件378和硬件组件380。
像素校正可由主计算机372的CPU 374例如通过图形卡376的驱动器编码、或使用特定的或嵌入观看程序的应用程序来实现。此外，像素校正还可在图形卡376内用图形卡376的硬件组件380、或用图形卡376的固件组件378执行。在另一可选方案中，像素校正还可在显示系统390中用显示硬件394或显示固件396执行。又一可选方案是对在图形卡376和显示系统390之间传输的信号执行像素校正，即在传输通道398中的传输过程中进行。还可能分割像素处理，使其一部分在系统370的第一元件(例如主计算机372的CPU 374)内执行，而另一部分则在系统370的第二元件(例如在显示硬件394)内执行。
为了能将待显示的图形调整成符合DICOM标准，需要显示系统的校准。在以下段落中，提供对根据本发明实施方式的校准方法的详细描述。取决于所使用显示系统的质量、时间和精力等，在基准中结合视角的程度可改变。图10a、图10b和图10c给出了用于可根据本发明使用的校准方法的不同实施方式的概况。
在图10a中，校准方法400不包括视角相关测量，但是视角可根据例如理论考量引入，或者可假设视角行为与相同类型的参考显示系统的视角行为成比例。在那种情况下，视角相关性可一次性地表征并用于所有此类面板。本实施方式的校准方法400涉及以下步骤。
在步骤402，设立校准程序。这通常在系统制造过程中完成，但是它也可在显示系统的使用地点进行，例如如果由于加热、老化或诸如调节背光的人为介入，则可改变系统的特性。在步骤404，选择用于校准的区域或像素。如上所述，校准可对其中像素分组的区域进行、或者校准可对单独的像素甚至亚像素进行。然后该方法继续到步骤406，其中选择在DICOM中称为数字驱动电平DDL的驱动电压。校准过程中使用的驱动电压数目取决于系统并可或多或少地自由选择。要满足的条件是要获取有效准确的信息以基本上获得固有转换曲线的细节。为了减小待测驱动电压的数目，在测量结果之间可使用插值。然后在步骤408，使用所选驱动电压来驱动所选区域或像素。如上所述，如果一区域被驱动，则这可以是区域中心像素或区域中的许多像素，或者可以是区域中的所有像素。也可使用从形成区域的一组像素选择的其它特定像素，这对本领域技术人员是显然的。在步骤410，使用亮度探测系统测量所驱动区域的亮度。在步骤412存储该测量的结果，之后在步骤414，检查是否所有选定区域的驱动电压已经用于获取固有转换曲线信息。这样，通过在不同驱动电压上驱动该区域、测量相应亮度电平以及存储这些对(驱动电压、亮度电平)，可获得和存储固有转换曲线信息。如果获得了所有与当前选定区域的固有转换曲线相关的所需信息，则方法400继续到416，其中判定是否需要测量另一区域/像素。如果是这种情况，则该方法返回到步骤404，用于表征另一区域或像素。否则获得所有与显示系统的固有转换曲线相关的空间信息并且方法400继续到步骤418。在所需亮度范围内，即取决于所测亮度值，获取要强制的灰度电平显示标准的信息。在步骤420，通过将结果拟合到要强制的灰度电平显示标准信息，获得显示系统的不同像素/区域的经校正转换曲线。在此步骤中，还引入可基于理论考量或对样机显示系统的测量的显示系统的视角信息，从而导致不同像素/区域和不同视角的经校正转换曲线。
在该校准方法中，可因此假设对于所有同类显示器空间灰度电平显示行为都相同，并且可通过对参考显示系统一次性地测量空间效应来进一步地简化该校正。
在用于校正的更佳扩展方法440中，如图10b所示，执行附加视角测量，从而允许优化视角相关性的强制灰度电平显示标准符合。在图10b中，具有与图10a中相同标记的方法步骤如上所述，且在此不作赘述。
在步骤406选择驱动电平之后，引入附加步骤424和426，从而对于各个区域/像素以及对于各个驱动电平，可存储许多视角的固有转换曲线信息。用于获取有效准确转换曲线信息的视角的数目取决于所使用的显示系统。该视角可分成多个区域，并且可使用插值来获取所有观看角度的近似转换曲线。插值的使用使测量时间缩短。
用于校准的另一可选方法460，如图10c中所示，允许测量一个区域/像素的视角相关性，并将该视角相关性用作一般视角相关性。再一次，具有与图10a或图10b中相同标记的方法步骤也如上所述，且在此不作赘述。
对于第一区域/像素，在附加判定步骤428，判定选定驱动电压的视角相关性是否已知，而且如果不是该方法继续到步骤424，从而对此区域/像素测量视角相关性。在该方法中，如果选定另一区域，则在判定步骤428中视角相关性会被判定为根据先前测量已知、并且不再记录视角依赖。然后对第一区域测量的视角相关性将在步骤420使用，以获得所有像素/区域的适当校正转换曲线。这大大缩短了测量时间，因为视角测量不需要在显示器上的多个位置上进行。
虽然在上述方法中对各个驱动电平选择了不同的视角也可能对各个视角选择不同驱动电平，这对本领域技术人员是显而易见的。这甚至是更加有利的，因为它表示在校准过程中位置探测系统需要改变得更少。对于本发明，选择区域(对应于显示系统上的位置)、驱动电压和视角的确切次序并不受限。此外，根据以上方法，本发明涉及其中假定视角不相关于矩阵显示器上的空间位置的方法、以及其中视角相关于矩阵显示器上的空间位置的方法。
虽然上述校准程序通常会在显示系统制造过程中使用，所获得的校准值可在系统使用过程中进一步调节。在本发明另一实施方式中，该系统可包括用于探测背光状态的探测系统。这可以是例如探测器，它允许探测来自屏幕的发射从而可测量背光强度，并且使与DICOM标准或任何其它灰度电平显示标准相符合的校准信息可相应地调节。此外，如果例如将光探测器设置成使其对显示区域的前方，即显示区域的可视侧测量，则可探测显示器的固有转换曲线的变化。然后该数据再一次用于调整校准信息以符合灰度电平显示标准。或者，房间内观看的环境条件可通过使用房间内或更佳地显示器的外壳内的探测系统测量，从而可测量存在的环境光的量，因为这会改变观看条件并会影响显示器的DICOM符合性。对于医学LCD面板给出一示例，该面板使所有像素处于亮度约为0.5cd/m2的黑色状态、而且背景光的亮度在全黑用于例如乳房造影术的放射室的0.1cd/m2到普通办公室内的30cd/m2之间。如果LCD显示器的前玻璃通常具有约5％的反射、并且环境光从10cd/m2(极黑的办公室)变化到30cd/m2(正常工作办公室)，则显示器的黑色电平从1cd/m2(＝0.5cd/m2+0.5cd/m2)变化到2cd/m2(＝0.5 30cd/m2+1.5 30cd/m2)，从而导致100％的误差。
在这些实施方式中，用于调节到DICOM符合、或符合任何其它灰度或彩色显示标准的校准信息可进行调节，以适应外部因素的影响。在显示器上不同位置的检测是可能的但并非总是必要的，因为该影响对于显示器上的所有空间位置成比例，并且对于显示器的所有视角成比例。
以上描述公开了用于改进显示系统的空间和离轴显示标准符合性的方法和装置。如前所述，通常本发明可应用于各种情况，其中所有或一些视角下各个像素或区域的转换曲线需要满足某些数学关系。例如在DICOM符合的情况下，各个像素或区域的转换曲线以及特别是亮度数值需要符合如“DICOM/NEMA附录28灰度标准显示函数”描述的特定数学曲线。此模型的简单扩展可以是：对于小视角该转换曲线确实需要符合数学关系，但对于大视角该转换曲线变为常值函数。这表示只要用户从小角度观看显示器(且因此该显示行为是可接受的)，该用户看到图像的最佳可用表现，但是从视角变得太大时起，显示内容变成均匀的灰度电平，从而用户得到不推荐从那个角度观看的警告。如果该显示行为不再是可以接受的，则调节同时出现在显示器上的灰度值的实际数目也是可能的。例如假设观看应用程序示出256个并发输出灰度值。在空间和视角校正后，显示器上的输出具有最佳可能性能。从某向前视角起，显示行为可能不再是可接受的。在这种情况下，信号可被发送到应用程序以减小输出灰度值的数目，例如128个输出灰度值。空间和视角校正也可调整成产生更低数目的灰度值。因为更低数目的输出灰度值，通常更容易符合强制显示标准。当视角在上述较佳范围之外时，可例如对用户进行警告或减小输出灰度值的数目。向用户警告显示不再是可接受的也可用其它方法实现，例如但不限于：在屏幕上显示图案(例如文本或诸如棋盘图案的图像)或覆盖当前屏幕内容，声音，诸如一个或多个LED(控制灯)或LED的颜色改变的视觉信号，通过诸如电话、gsm、sms或电子邮件的通信媒介将消息发送给用户，将消息发送到例如QA(质量保证)应用程序或PACS(图片档案及通信系统)观看应用程序，在PC的硬盘上写入文件，记录事件，等等。
应该注意，“不可接受显示行为”并不限于单独的显示器：应把它看作显示系统(显示器、图形卡、诸如PC的处理单元、观看应用程序、PC与显示器之间的链接质量(误码率))、环境条件(环境光、包括环境光的显示系统的实际对比度、温度、湿度、电磁干涉电平等)、实际使用显示器的用户等等的组合。例如但并不限于：如果房间中环境光太强、或温度在显示器规格外，则可用任何适当的方法警告用户显示行为不再是可接受的，并且阈值(当显示行为可接受时以及不可接受时)甚至取决于当时实际使用该显示器的用户。各个用户都可以例如对“可接受显示行为”选择其它阈值，或者这些阈值可根据各个单独用户或用户组的特征(例如眼睛质量、培训水平或经验等)进行选择。
应该注意，如果显示系统行为不再是可接受的，则可开始若干类动作。如已经提到的，其一可以是减少同时显示的灰度的数目，甚至减到单个灰度或非常有限数目的灰度，例如两个灰度，或在显示器上显示例如文本或图像的图案。其它动作包括：改变与所显示图像的质量相关的参数，例如改变背光亮度；设置显示器的新的亮度峰值；设置显示器的新的校准白点亮度值；设置显示器的新的彩色点；设置显示器的新的背光彩色点；改变房间中的环境光的强度；改变房间中环境光的彩色点；改变房间中的温度；改变房间中的湿度水平；改变显示器内、或图形卡内、或PACS观看应用程序内、或主机PC上的强制灰度或彩色显示标准(例如但并不限于DICOM校准表)的校准表；改变PC上运行的任何程序中的具体设置(例如但并不限于PACS观看应用程序、QA应用程序等)；改变图形卡的任何设置，例如但并不限于分辨率、帧速、彩色深度、编码模式、调色板模式；改变显示器的任何设置。这些动作的每一个都具有使显示系统行为再次可接受，即符合强制灰度或彩色显示标准、或至少比目前情况好(优化)的目的。
根据本发明的另一方面，预校正也可包括使显示系统的性能可承受参数的变化。这表示显示系统(显示器本身、图形卡、主机PC、软件应用程序等)的设置被选为：如果与所显示的图片质量相关的参数改变，显示系统的性能保持尽可能地稳定(高)，较佳地在可接受行为范围内。可改变的与所显示的图片质量相关的参数为，例如但并不限于：用户观看显示器的视角、环境光强度、环境光彩色点、背光亮度、背光彩色点、环境或显示系统的温度、环境湿度等。
作为示例，说明如何创建一种显示系统，它具有能承受用户观看显示系统的视角的改变的性能。然而，该示例并非旨在限制本发明当前方面的范围：根据本发明可提供一种显示系统，它具有还能承受与所显示的图像质量相关的其它参数的改变的性能，例如环境光强度的变化等。
在本实施方式中，用户相对显示器的视角可用两个角度表示：水平角和垂直角。如前所述：如果对所有视角都需要强制灰度或彩色显示标准符合系统，例如DICOM符合显示系统，则这可如此解决：确定在任何时刻用户相对显示器的确切视角，计算该视角所需的诸如DICOM的灰度或彩色显示标准的校正曲线，以及最后将所计算的校正曲线载入到显示器、图形卡、或它可存储其中的应用程序。
然而，该方法存在许多问题：首先，不可能总能确定用户相对显示器的当前视角，例如如果由于技术或成本原因无视角探测系统可用。第二个问题是即使存在这种测量视角的系统，所估算角度也总是有误差(较佳地尽可能小)。如果对该特定角度仅仅计算了最佳DICOM校正曲线，例如校正LUT或其解析表达式，则小误差仍能导致与强制标准的低符合性，例如低DICOM符合性。实际上，在一些角度上显示器的特征可快速改变，从而甚至角度的较小改变也能导致显示行为较大的差别。这也表示对微小误差视角计算的例如LUT或其解析表达式的校正曲线可造成与期望标准显示函数相比较大的偏差。
现在说明一种克服这两个问题的方法。在无视角估算系统的情况中，可通过某种方法确定显示器用户最可能使用的视角。可在例如两维图中描绘它们，其中x-轴表示水平视角而y-轴表示垂直视角，如图11所示。该(x，y)图中点的值可表示用户使用该角度的概率，或者表示描述该特定角度对于特定用户想进行的特定应用(当然也可能推广到多种应用类别和多种用户类别)的重要性的度量。例如，图11中的点w(x1，y1)表示用户在水平视角x1和垂直视角y1观看显示器的概率。换言之，图11中的点w(x1，y1)表示视角(x1，y1)的重要性。一旦这种图可用，则目的是找到确保对于每个相关视角最优化显示系统的性能的校准曲线。这表示需要找到导致(x，y)图上尽可能多的点符合标准显示函数(例如但并不限于DICOM)的曲线，其中用赋予该点的值(该点的概率或重要性)来加权各个点的值(各个点的重要性)。
例如，当取DICOM校准为示例时，则问题是找到确保(x，y)图上尽可能多的点符合强制DICOM标准的DICOM校准曲线，从而根据重要性来加权(x，y)图中的点。这种权重的示例可以是：例如轴上观察非常有可能则它具有高权重，但是水平和近水平方向的小角度也很重要，因此也具有很高的权重。(x，y)图中的点可能具有零权重(如果它们不重要)或者甚至负权重(如果不期望这些点符合标准，例如因为设计者不希望用户在那些角度下使用显示器)。应该注意，可用任何方法向(x，y)图中的点赋予权重，且所赋予的权重可以是任意精度的负数、零或正数，例如但并不限于整数、浮点数、固定小数点数等。确定例如校准LUT或其解析表达式的特定校准曲线是否导致与期望标准显示函数的符合的度量可以是给出负数、零和正数作为输出的任意函数。例如，但并不限于：负数可表示该校准曲线造成在该角度下与标准的不符合，零表示仅在规格内的符合，正数表示校准LUT导致该角度下与标准的好的符合。应该理解，度量的结果确定特定校准曲线是否可以是任意精度，例如但并不限于整数、浮点数、固定小数点数等。
实际上，这里描述的是最大化问题，其中参数空间包括例如校准LUT或其解析表达式的校准曲线的值。换言之：校准曲线的值需要选择成使得(x，y)图中所有(或一些预定、选定的)点的价值函数的结果的加权和最大化。需要选择参数矢量L，L是需要优化的参数集。建立价值函数或度量C，用于描述应考虑参数的参数矢量L与期望标准相比的符合性，例如C(x，y；L)是描述来自视角(x，y)的校准曲线的参数矢量L与期望标准相比的符合性的价值函数。参数矢量L需要选择成使得(某部分)空间上(例如两维：水平和垂直视角；例如三维：水平和垂直视角以及显示器的白亮度；例如四维：水平和垂直视角、显示器的白亮度以及环境光强度等)的各个点和该矢量的价值函数结果的加权和最大化，即 max imizeL Σ areaA w ( x , y ) C ( x , y ; L ) , 或者因此找到使价值函数C的加权和、以及(x，y)空间中区域A的价值函数C加权和最大化的那些L。
如果这在水平和垂直视角以及校准曲线的示例中实现，则将得到导致最高性能的校正曲线，该最高性能对(x，y)空间中例如区域A的标记(通过权重)为重要的区域是可能的。换言之：在标记为重要的区域A中，该校准曲线将导致好的符合性，表示只要停留在该标记为重要的区域A内，校准曲线的性能将是好的，并且因此精确的水平和垂直角度并不那么重要。这表示已开发了能计算对预定范围内的水平和垂直视角或多或少不变的校准曲线的系统。
如已经说明的：如果无视角测量系统可用，则可使用该技术。然后估算重要的视角集，例如选择标准视角的范围，诸如在-20°和+20°之间，并且对该视角集计算例如表示为校准LUT或其表达式的最佳校准曲线。
如果系统可用于测量视角，则上述技术仍可用于解决不准确的视角测量。的确，如果对于接近所测视角的角度集校准曲线仍然最优化，即在距离所测视角几度的范围内，较佳地在距离所测角度10度或更少的范围内，则即使视角测量并不完全准确，具有该校正曲线的显示性能实际上是更为确定地可被接受的。(x，y)图中该视角集和这些点的相应权重的精确选择并不限制本发明。选择该集和相应权重的许多变化是可能的，这对本领域技术人员是显然的。
在图12中，示出了上述方法的又一示例，其中对(x，y)空间中不同的点赋予不同权重。在图12所示示例中，有四个不同值：(0，0)附近的视角，即在轴上水平和垂直方向的视角或轴上附近的视角，具有第一高权重值，这是因为用户可能在轴上或靠近轴观看。在水平或垂直方向或在两个方向上离轴10°至20°的视角具有第二权重值，该第二权重值低于第一权重值。在水平或垂直方向或在两个方向上离轴20°至30°的视角具有第三权重值，该第三权重值低于第二权重值。在水平或垂直方向离轴大于30°的视角具有可以是例如零的第四权重值。
应该注意，相同的概念也可被描述为最小化问题而不是最大化问题。当然这并不限制本发明。
当然该技术一般可应用于更高维数的参数矢量和搜索空间。更高维数参数矢量(将被最优化)可包括例如，但并不限于(至少合集或子集是可能的)：多维查寻表、显示器的峰值亮度、显示器的经校准亮度、显示器的彩色点、环境光强度、环境光的彩色点、环境温度、环境湿度等。
更高维数的搜索空间可包括例如，但并不限于(至少合集或子集是可能的)：水平和垂直视角、到显示器的距离、环境光强度、环境光的彩色点、环境温度等等。
当使用这些更高维数的参数矢量或搜索空间时，一般概念保持相同并且仍在本发明的范围内。
此外，本发明并不限于灰度显示器。彩色成像的一参考工作是DanielMalacara的“彩色视觉和色度测量、理论与应用”(“Colour Vision andColourimetry，Theory and Applications”)。作为示例，本发明并不受限于此，描述了使用彩色显示器来观看灰度图像。在这种情况下，显示系统的输入为灰度图像，但是显示系统本身具有彩色可能性。然后可使用“DICOM/NEMA附录28灰度标准显示函数”的同等数学表述。如果例如各个像素由三个亚像素组成，则该数学表述包括三个单独彩色亚像素转换曲线的组合，并表明对于各个像素这三个转换曲线的用于计算单独彩色的亮度值的数学函数应符合某曲线，即灰度标准显示函数。在这种情况下有额外的自由度，因为对三个亚像素的不同驱动信号可能获得相同的亮度值。换言之，对三个亚像素的不同驱动信号，可获得具有相同亮度但不同彩色点的结果输出，例如—但不限于—CIE彩色坐标x，y所描述。这些附加自由度可用于获得特定彩色行为，该彩色行为是除灰度标准显示函数外获得的。这种特定彩色行为的第一示例是对灰度值选择固定的特定彩色点。在这种情况下，在空间和视角校正后，像素应符合特定亮度灰度标准曲线，例如DICOM GSDF，并且当符合该灰度标准曲线时彩色坐标应保持为用户选择的特定值。特定彩色行为的另一示例是连同要符合的灰度标准获得彩色中的变化。这可通过例如强制彩色坐标符合特定曲线、或强制彩色坐标从而在从最大到最小地遵循灰度标准曲线时获得绿色和红色之间的线性改变来进行。也可使用彩色坐标标准的变体且本发明并不受限于此，这对本领域技术人员是显然的。换言之，本发明还涉及一种方法和系统，其中对于所有像素和视角，或者对于限定数目的区域或视角，在将输入灰度刺激从最小改变到最大时，显示系统的输出亮度符合要遵循的灰度标准，并且对于所有像素和视角，或者对于可能不同于上述的限定数目的区域或视角，当改变输入灰度刺激时，显示系统的输出亮度、更具体地彩色坐标与具体选定数学曲线(例如常数、两个彩色点之间的线性曲线等)相符合。应该注意，该数学曲线无需是固定的，它还可以是时间相关、或取决于其它参数，例如外部测量数据、外部因数等。从显示系统的R、G、B值到例如CIE x，y坐标的转换对于本领域技术人员是众所周知的。这可通过例如测量所有或选定的R、G、B值的彩色坐标，并且如果需要从R、G、B到x，y坐标的转换则应用逆变换。另一种可能是基于有限数目的测量从理论上推导所有R、G、B显示值的彩色坐标，例如R、G、B亚像素的转换曲线以及R、G、B亚像素的全开和全闭状态的彩色坐标。
本发明也可用于彩色临界图像。在这种情况下显示器输入是例如在特定彩色轮廓中用R、G、B表述的彩色图像，并且显示系统还允许彩色输出。然后目的是通过应用空间和视角校正改进显示器输出图像与用户选定彩色轮廓的符合性。为此，可定义一种数学关系，它表示所有像素/区域的三个转换曲线的组合应导致特定彩色轮廓。该数学关系允许根据三个彩色转换曲线来一起计算x，y彩色坐标。在这种情况下，这表示将空间和离轴校正应用到各个单独的亚像素或区域，从而由x，y彩色坐标表示的结果视觉彩色对显示器上的所有位置都是固定的，并在用户离轴观看显示器时保持正确。虽然本发明并不受限于此，但是输入图像通常用特定彩色轮廓中的R、G、B彩色坐标来指定。该特定彩色轮廓可以是用户定义的，并且可简便地转换成标准彩色坐标，例如CIE X，Y，Z-系统。待显示的图像通常在不同于显示系统的固有R、G、B输出彩色轮廓的标准彩色坐标系中指定。为获得适当的彩色输出，空间和视角校正系统可用与上述灰度曲线相同的方法应用。为此，将输出定义—如在标准彩色坐标系中指定的—为驱动信号的函数的表征数据、显示器上的空间位置、以及视角可用数学方法测量或计算。输出例如可在CIE X，Y，Z彩色坐标系中指定，并且驱动信号可用例如R、G、B值给出。通过这种方法获得多维转换曲线，即(X，Y，Z)＝f(R，G，B，空间位置，视角)。后者允许简便地计算对空间和视角相关性的所需校正。这仅需通过对所需特定位置和视角的函数f(R，G，B，空间位置，视角)求逆来实现。因此，结果给出显示系统的对应于原始彩色图像中的输入值的所需R，G，B输入值。
应该注意，也可能混合彩色标准和灰度标准。一个示例可以是应该符合特定彩色轮廓和特定亮度标准响应。此外，这些校正可基于外部测量，例如但并不限于，背光强度、固有曲线测量、环境光测量等等来实时调整。
又一示例是用于显示图像的，其中绝对彩色坐标较不重要而色彩间的差异是重要的。在这种情况下，应用空间和离轴校正，从而使例如用彩色JND表示的色彩间差异用与显示器上所有位置和所有视角相同的方法显示。
本发明不仅涉及可提供与强制灰度或彩色显示标准的最优化符合的系统，还涉及用于调节图像并显示经调节的符合强制灰度或彩色显示标准的图像的相应方法，此外它还涉及所述用于校准系统使其符合强制灰度或彩色显示标准的方法。
本发明实施方式的一个优点是用于获得经改进的强制显示标准行为的校正方法允许对各个像素/区域的单独灰度或彩色行为进行校正。所获得的各个像素/区域的转换曲线满足这些转换曲线的每一个都执行强制显示标准行为。所获得的各个像素/区域的转换曲线并不强制所有像素/区域具有相同的最小或最大的亮度，甚至对于具有相同最小或最大亮度的像素/区域而言，校正曲线也可不相同以获得最佳单独强制显示标准行为。因此在本发明中，不向各个像素/区域提供等同的转换曲线，而是对各个像素/区域的转换曲线单独进行最优化。此外，本发明各实施方式的一个优点是取决于至少一些使用显示系统的环境来提供“时间相关”的校正。此外，本发明的另一优点是：如果对于某大视角未获得与强制标准的符合，则所应用校正允许例如通过减小输出灰度深度来调节输出灰度深度的程度。
对于本领域技术人员，用于实现改进体现本发明的强制显示标准的系统和方法的目的的其它设计是显而易见的。
应该理解，尽管对于根据本发明的装置讨论了较佳实施方式、特定构造和配置以及材料，但是在不背离本发明的范围和精神的情况下，可进行形式和细节上的各种变化或更改。

Claims (22)

1.一种用于校正矩阵显示器中多个像素元区域的灰度或彩色值不符合的方法，所述校正相关于强制灰度或彩色显示标准，像素元的各个区域通过不同的校准函数进行校正，所述方法包括，
对像素元的各个区域分别：
存储将像素元区域的灰度或彩色值的不符合表征为其驱动信号的函数的表征数据，
根据所述表征数据预校正所述像素元区域的驱动信号，以便于获得符合所述强制灰度或彩色显示标准的灰度或彩色电平，所述预校正基于待显示灰度或彩色值的输入值和在观看或待观看像素元区域的视角而执行，
由此，如果在观看或待观看像素元区域的视角在预定范围外，则所述方法还包括通过减少灰度或彩色电平的数目来调节所述预校正。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，调节所述预校正包括将所述显示内容变成均匀灰度电平。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，像素元区域由一个像素元构成。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，像素元区域包括多个像素元，区域的各个像素元被赋予相同的表征数据。
5.如权利要求1所述的用于校正的方法，其特征在于，在观看和待观看所述矩阵显示器的所述视角可由用户选择。
6.如权利要求1所述的用于校正的方法，其特征在于，在观看和待观看所述矩阵显示器的所述视角使用探测系统来测量。
7.如权利要求1所述的用于校正的方法，其特征在于，所述表征数据还包括背光强度相关性、环境参数相关性中至少之一。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述环境参数为环境光的强度。
9.如权利要求1所述的用于校正的方法，其特征在于，对所述驱动信号的所述预校正基于使用查寻表来执行。
10.如权利要求1所述的用于校正的方法，其特征在于，对所述驱动信号的所述预校正至少部分地基于使用数学函数来执行。
11.如权利要求1所述的用于校正的方法，还包括根据从各个像素元区域捕捉的图像生成所述表征数据。
12.如权利要求11所述的用于校正的方法，其特征在于，生成所述表征数据包括建立表示所述矩阵显示器的每个像素单元的表征数据的像素元轮廓图。
13.如权利要求1所述的用于校正的方法，其特征在于，所述预校正在驱动正在显示图像的所述矩阵显示器的过程中实时地进行。
14.如权利要求1所述的用于校正的方法，其特征在于，所述预校正在不处于驱动正在显示图像的所述矩阵显示器的过程中的其它时间离线地进行。
15.如权利要求1至14的任一项所述的用于校正的方法，其特征在于，所述强制灰度显示标准是由美国国家电气制造商协会公布的医学数字成像和通信(DICOM)标准。
16.一种用于校正矩阵显示器中多个像素元区域的灰度或彩色值不符合的系统，所述校正相关于强制灰度或彩色显示标准，所述系统包括：
-存储装置，用于存储表征信息，所述表征信息将多个像素元区域的灰度或彩色值的不符合表征为其驱动信号的函数以及待观看所述像素元区域的视角的函数，
-校正装置，用于根据所述表征数据预校正所述像素元区域的驱动信号，以便于获得符合强制灰度或彩色显示标准的灰度或彩色电平，
以及如果所确定的视角在预定范围之外，则作调整以通过减小灰度或彩色电平的数目来调节所述驱动信号。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述校正装置适于调节对所述像素元区域的驱动信号，以便于获得单个灰度或彩色电平。
18.如权利要求16所述的系统，还包括表征装置，用于通过建立众多像素元区域的每一个的灰度或彩色电平与对众多视角和所述矩阵显示器中的众多空间位置的相应驱动信号之间的关系，来生成所述像素元区域的表征数据。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述表征装置包括用于生成所述矩阵显示器的像素元的图像的图像捕捉装置。
20.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述校正装置包括视角确定装置，用于确定用户相对于显示系统的视角。
21.一种用于显示图像的矩阵显示装置，所述矩阵显示装置包括：
多个像素元区域，
并且还包括如权利要求16至20的任一项所述的系统。
22.一种用于矩阵显示器的控制单元，所述控制单元包括如权利要求16至20的任一项所述的系统。
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