CN102685486A - 用于传输高动态范围图像的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种处理图像的方法，所述图像具有像素数据，所述像素数据具有不能以所选择的编码格式对其进行编码的比特范围，所述方法包括：将所述像素数据分成基本通道和至少一个δ通道，能够以所选择的编码格式对所述基本通道和所述至少一个δ通道中的至少一个进行编码；对所述基本通道和所述至少一个δ通道中的至少一个进行编码；将所述基本通道和所述至少一个δ通道传输到客户端；在所述客户端对所述基本通道和所述至少一个δ通道进行解码；以及在所述客户端对所述基本通道和所述至少一个δ通道进行重组，以形成所述像素数据。在某些实施方式中，所述方法进一步包括：将窗位应用到从所述重组形成的所述像素数据；以及在显示器上显示所述窗位。

Description

用于传输高动态范围图像的系统和方法
技术领域
在此所描述的实施方式涉及用于传输高动态范围图像的系统和方法。
背景技术
具有高动态范围的医学图像通常存储于一个或多个服务器上。为了访问远程计算装置上的这种图像，该装置通常需要包括便于接收和处理该高动态范围图像的客户端应用。然而，不可能总是能够安装这样的客户端应用。因此，也期望通过可以默认的形式安装在这种装置上的标准应用(例如，因特网或网络浏览器)来观看远程计算装置上的这种图像。因此，需要一种改进的传输高动态范围图像的方法，使得能够通过这种标准应用来接收和处理该高动态范围图像。
发明内容
一方面，在此所描述的实施方式提供了一种处理图像的方法，该图像具有像素数据，所述像素数据具有不能以选择的编码格式对其进行编码的比特范围，所述方法包括：
a)将所述像素数据分成基本通道和至少一个δ通道，能够以所选择的编码格式对所述基本通道和所述至少一个δ通道中的至少一个进行编码；
b)对所述基本通道和所述至少一个δ通道中的至少一个进行编码；
c)将所述基本通道和所述至少一个δ通道传输到客户端；
d)在所述客户端对所述基本通道和所述至少一个δ通道进行解码；以及
e)在所述客户端对所述基本通道和所述至少一个δ通道进行重组，以形成所述像素数据。
另一方面，在此所描述的实施方式提供了一种用于处理图像的系统，该图像具有像素数据，所述像素数据具有不能以选择的编码格式对其进行编码的比特范围，所述系统包括：
a)一个或多个用于存储所述图像的存储器；以及
b)耦接到所述一个或多个存储器的一个或多个处理器，所述处理器用于：
i)将所述像素数据分成基本通道和至少一个δ通道，能够以所选择的编码格式对所述基本通道和所述至少一个δ通道中的至少一个进行编码；
ii)对所述基本通道和所述至少一个δ通道中的至少一个进行编码；
iii)将所述基本通道和所述至少一个δ通道传输到客户端；
iv)在所述客户端对所述基本通道和所述至少一个δ通道进行解码；以及
v)在所述客户端对所述基本通道和所述至少一个δ通道进行重组，以形成所述像素数据。
在更进一步的方面，在此所描述的实施方式提供了一种编码图像的方法，所述图像具有像素数据和至少一个色彩通道，所述方法包括：通过将每个色彩通道的所述像素数据分为基本通道和至少一个δ通道，来对所述图像进行编码。
通过以下结合附图的描述，将显现出在此所描述的实施方式的另外的方面和优点。
附图说明
为了更好地理解在此所描述的实施方式以及更清楚地示出怎样将它们付诸实施，现在将仅以举例的方式参考附图，所述附图示出至少一个示例性的实施方式，且其中：
图1是图像观看系统的各种实施方式的框图；
图2是根据本公开的一个实施方式的、当传输具有高动态范围的图像时所执行的一组示例性操作步骤的流程图；
图3A是在具有12比特的动态范围的示例性图像中以像素数据的二进制形式布置的示意图；
图3B是在图3A中示出的像素数据的基本通道(base channels)和δ通道(delta channels)的示例性布置的示意图；
图3C是可用于重组图3B中示出的基本通道和δ通道的示例性操作的图示；
图4A是在具有16比特的动态范围的示例性图像中以像素数据的十六进制形式布置的示意图；
图4B是在图4A中示出的像素数据的有损基本通道和无损δ通道的示例性布置的示意图；
图4C是可用于得到图4B中示出的有损基本通道和无损δ通道的示例性操作的图示；
图4D是可用于重组图4B中示出的基本通道和δ通道的示例性操作的图示；
图5A和5B是示出可由在此所描述的实施方式在窗位选择期间使用的示例性窗的示意图。
图6是窗位转换函数的例子。
图7是当在传输一个或多个δ通道之前传输基本通道时，所执行的一组示例性操作步骤的流程图；
图8是用于在发送δ值之前，将窗位传输到客户端的一组示例性操作的流程图；
图9A是示出应用于像素数据的示例性窗位的示意图；
图9B是在图9A所应用的窗位的有损基本通道和无损δ通道中的示例性布置的示意图；
图9C是可用于得到在图9A所应用的窗位的有损基本通道和窗位的示例性操作的图示；
图9D是可用于得到逆窗位和应用在图9A中的窗位的无损δ通道的示例性操作的图示；以及
图9E是可用于再形成图9B中示出的基本通道和δ通道的像素数据的示例性操作的图示。
将意识到，为了图示的简单和清楚起见，在附图中示出的元件没有必要按照比例画出。例如，为清楚起见，相对于其他元件来说扩大了一些元件的尺寸。
具体实施方式
应当意识到，为图示的简单和清楚(其被认为是适当的)起见，论述了大量的具体细节以提供对在此所描述的示例性的实施方式的全面理解。然而，本领域技术人员将理解到，无需这些具体的细节，即可实施在此所描述的实施方式。在其他实例中，没有具体地描述众所周知的方法、过程和组件，以便不会模糊在此所描述的实施方式。此外，不应当以任何方式将该说明书视为对在此描述的实施方式的范围的限制，而应当将其视为仅仅描述在此所描述的各种实施方式的实现。
可以硬件或软件、或者这两者的组合来实现在此所描述的系统和方法的实施方式。在可编程的计算机上执行的计算机程序中实现一些实施方式，每个可编程的计算机都包括至少一个处理器、数据存储系统(包括易失性和易失性非存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，以及至少一个输出装置。示例但非限制性地，可编程的计算机可以为任何合适的计算装置，其包括但不限于个人计算机、膝上型电脑、平板计算机、个人数字助理、智能手机和蜂窝电话。程序代码被应用到输入数据，以执行在此所描述的功能并生成输出信息。在各种实施方式中，输入数据涉及由物理治疗设备产生的医学图像。输出信息以已知的方式应用于一个或多个输出装置。在各种实施方式中，输出信息涉及例如可显示组织和器官的医学图像。在某些实施方式中，在显示器上显示医学图像，例如，所述显示器可为任何合适的计算装置的显示器。
在某些实施方式中，以高级面向程序或对象的编程和/或脚本语言实现每个程序，以与计算机系统进行通信。然而，如果需要的话，能够以汇编语言或者机器语言来实现所述程序。在任何情况下，所述语言可为编译语言或者解释性语言。在某些实施方式中，如可被标准因特网或网络浏览器理解的SVG脚本语言可用于实现在此所描述的主题。优选地将每个这样的计算机程序存储在通用或专用可编程计算机可读的存储媒介或者装置(即，ROM或者磁盘)上，以当计算机读取存储媒介或者装置以执行在此所描述的过程时，配置并操作该计算机。在某些实施方式中，还可认为系统被实现为配置有计算机程序的计算机可读存储媒介，其中，如此配置的存储媒介使计算机以特定和预定的方式工作，以执行在此所描述的功能。
此外，在各种实施方式中，能够将所描述的实施方式的系统、过程和方法分布在包括计算机可读媒介的计算机程序产品中，所述计算机可读媒介承载用于一个或多个处理器的计算机可用的指令。可以各种形式来提供所述媒介，包括一个或多个磁盘、光盘、磁带、芯片、有线传输、卫星传输、因特网传输或下载、磁性和电子存储媒介、数字和模拟信号等类似物。计算机可用指令也可以为各种形式，包括编译和非编译的代码。
在此所描述的一些实施方式涉及将窗位在高动态范围图像被编码、传输、并在客户端进行解码和重组之后，应用到该高动态范围图像的系统和方法。一些实施方式涉及在计算装置的显示器上显示图像的窗位，其中所述图像存储在远程服务器上。如上所述，在某些实施方式中，所述图像可为医学图像。例如，所述图像可为由物理治疗设备产生的病人的图像，并且所述图像可包括组织的图像，示例但非限制性地比如骨头、软组织和器官。这样的图像还可包括位于病人体内的任何对象的图像，其包括但不限于，医学植入物和需要移除的外物，例如，子弹或榴散弹。如以下将更详细描述的那样，可选择特定的窗位以更好地显示这种对象上的特定特征(例如，特定对象、器官或者组织)。
由物理治疗设备产生的医学图像通常比由能够处理和显示图像的最普遍的计算装置产生的医学图像具有更高的动态范围。例如，医学图像可能为12比特或16比特图像；然而，用于观看这些图像的程序或显示器可能只能显示8比特的灰度级图像(或者24比特RGB或32比特RGBA彩色图像)。另外，典型的人眼一般能够辨别具有大约等于9比特的保真度的亮度。例如，浏览器可用于观看图像，并且在某些情况下，该浏览器可能只支持8比特的图像。为了解决这个问题，可将整个的12比特或16比特的图像转换为8比特的图像；然而，这会导致大量的数据丢失，并由此产生低保真度图像。
窗位(window level)可用于以比简单地将整个高动态范围图像转换为低动态范围图像产生更高的保真度图像的方式，将12比特或16比特图像(或者12比特或16比特图像的窗)转换为8比特图像。通常，当窗位用于将高动态范围图像转换为具有低动态范围的图像时，会丢失信息或数据。因此，通常对窗(window)进行选择，以在丢弃不感兴趣的数据的同时保留感兴趣的数据。据此，窗位可用于将原始动态范围的特定区域转换为低动态范围，使得所保留的特定区域具有高保真度，而其他区域则是低得多的保真度。下面将描述关于操作窗位的更多细节。
在已知的系统中，由客户端请求窗位并在服务器生成窗位。随后使用该客户端能够处理的编码格式将窗位发送到客户端，以便观看。例如，可使用8比特的灰度级JPG图像来编码返回的窗位。另外，在请求不同窗位的任何时刻，即使请求的是同一个原始图像的窗位，通常会重复整个过程。例如，请求被发送到服务器，并且所述服务器从图像生成新的窗位，并随后将其发送。这种系统可相当地慢并且从用户的视角看没有响应。例如，显示最初请求的窗位时可存在显著的延迟。另外，对窗位的任何调整通常都需要信息从服务器来回传输，这可再次引入延迟并可导致慢的响应时间。如果能够在客户端自身上进行窗操作，那么修改窗位的医务工作者将具有更好的响应体验，因为较少的消息将需要通过网络传送。
因此，我们需要一种改进的将具有像素数据的图像传输到客户端装置的方法，该像素数据具有不能以选择的编码格式(即，以典型地被诸如浏览器的标准应用所理解的方式)对其进行编码的比特范围。
现在参考图1，其示出了图像观看系统100的各种实施方式的基本元件的框图。具体地，图像观看装置100包括服务器109和客户端110。服务器109包括编码模块114和用于存储图像数据库的存储装置116。在各种实施方式中，客户端110包括工作站112、图像处理模块118、解码模块120、窗位模块121、显示驱动器122、显示器123和存储装置124。在其他实施方式中，工作站112包括客户端110。在某些实施方式中，工作站112与客户端110分离，但与客户端110协同工作。在各种实施方式中，存储装置116和124包括物理存储媒介。在某些实施方式中，服务器109可以缓存图像并且为了这个目的能够包括独立的存储装置(未示出)。在各种实施方式中，图像服务器109还能够预先缓存图像。用户111可访问工作站112和显示器123，在某些实施方式中，所述用户111可为医务工作者。
应当理解的是，如同在此所公开的其他附图那样，图1仅仅旨在示意。其他实施方式能够使用其他配置。例如，在某些实施方式中，图像服务器109不包括图像数据库。在一些这样的实施方式中，图像服务器109能够连接到PACS(图像归档和通信系统)模块，所述PACS模块可以转而耦接到索引数据库和图像数据库。图像服务器109可与PACS模块进行通信，所述PACS模块或提供请求的图像或者它可提供请求的图像在图像数据库中的位置，并且图像服务器109可直接从图像数据库中取回图像。在某些实施方式中，服务器109可包括用于缓存图像的存储装置。
如以上所详细讨论的，应当理解的是，可以硬件、软件或者二者组合的形式实现该图像观看系统100。具体地，可在执行在可编程计算机上的计算机程序中实现图像观看系统100的至少一些模块，每个可编程计算机包括至少一个处理器、数据存储系统以及至少一个输入和至少一个输出装置。在无限制的情况下，可编程计算机可以为大型计算机、服务器、个人计算机、膝上型电脑、平板计算机、个人数字助理、智能手机或者蜂窝电话。在某些实施方式中，图像观看系统100的模块可以软件的形式实现并被安装在用户工作站112的硬驱动机上且安装在服务器109上，以使得用户工作站112(和客户端110)与图像服务器109以客户端-服务器的配置的方式协同工作。在某些实施方式中，图像观看系统100可被配置为在用户工作站112上远程地运行，同时通过广域网(WAN)，例如通过因特网，与图像服务器109进行通信。在各种实施方式中，客户端110包括软件，例如，用于观看图像的因特网浏览器，并且，可通过执行由因特网浏览器解释的脚本语言中的指令来实现解码模块120和/或窗位模块121。在某些实施方式中，因特网浏览器是可以预先安装在客户端110系统上的标准因特网浏览器。例如，在各种实施方式中，因特网浏览器不需要任何附加的插件(plugin)。
如所讨论的，在此所公开的一些实施方式涉及在较低的比特范围通道上传输具有较大的比特范围数据的图像的方法。在某些实施方式中，原始图像的像素数据具有不能以选择的编码格式进行编码的比特范围或者动态范围(举例来说，12比特的乳房X线摄像图像不能以诸如可移植的网络图像文件(PNG)或者联合图像专家组(JPG)的编码格式进编码)，因为比特范围或者动态范围对于选择的编码格式来说太大。在这种情况下，可将原始图像的像素数据分为基本通道和至少一个δ通道，基本通道和至少一个δ通道具有比原始图像的像素数据的比特范围更小的比特范围，从而允许通道(一个或多个)能够被以选择的编码格式编码。也就是说，原始图像可具有第一动态范围，并且至少一个基本通道和至少一个δ通道可具有小于第一动态范围的动态范围。如下文所述，在一个实施方式中，基本及δ通道(一个或多个)可体现为选择的编码格式的两个或更多个色彩通道。
参考图2，示意的是当传输具有高动态范围的图像时所执行的一组示例性操作步骤的示例性流程图，总的示为200。首先向图像服务器109请求图像。在某些实施方式中，图像是医学图像。在多种实施方式中，请求的图像可为但不限于32比特、16比特和12比特图像。
在块202，将所请求的具有像素数据的图像中的像素数据分成基本通道和至少一个δ通道。同时参考图3A，总的示为300的是示例性的12比特灰度级像素数据(例如，可由乳房X线摄像物理治疗设备113生成)被分成基本通道值320和δ通道值340。基本通道值320包括8个高阶比特(“11000001”)，并且δ通道值340包括4个低阶比特(“1000”)。
在块204，图像服务器109对基本通道值320和至少一个δ通道值340进行编码。正如前文所略提到的，图像的像素数据可以具有比能以标准浏览器能够处理的编码格式(举例来说，PNG，JPG)进行编码的比特范围大的比特范围。然而，一旦像素数据已经被分为基本通道值320和δ通道(一个或多个)值(一个或多个)340，它们可包括比原始图像的比特范围的小的比特范围，并且可能够被使用这种编码格式进行编码。
选择的编码格式可包括有损编码格式和无损编码格式。无损编码格式的例子可为PNG或者签图像文件格式(TIFF)，有损编码格式的例子可为JPG。然而，应当理解的是，也可使用其他有损和无损编码格式。
同时参考图3B，总的示意为302的是图3A中所示出的像素数据被置于PNG编码格式的色彩通道中以进行编码。具体地，可以看到，基本通道值320(“11000001”)已被置于编码格式的“R”色彩通道中以进行编码，并且δ通道值340(“1000”)已被置于“G”色彩通道中以进行编码。据此，可将“R”色彩通道认为是基本通道322，而可将“G”色彩通道认为是δ通道344。因为像素数据只具有12比特，所以没有数据被置于“B”色彩通道和“A”色彩通道。随后使用选择的编码格式(在这种情况下为PNG)对基本通道322和至少一个δ通道344中的像素数据进行编码。在此不讨论由编码格式执行的步骤(以及编码数据的比特表示)，因为这些步骤在本领域中是已知的。
在块206，图像服务器109通过网络130将编码的基本通道322和至少一个δ通道344传输到客户端110。
在块208，客户端110处的解码模块120根据基本通道322和δ通道344的编码格式对其进行解码。如果使用无损编码格式，基本通道322和至少一个δ通道344中的数据在解码后将会保持完整而无需任何的修改。再次参考图3B，因为PNG是无损编码格式，所以基本通道322和δ通道344在解码后，会保持基本通道值320和δ通道值340的比特完整性。如以下关于图4的讨论，当使用有损编码格式对基本通道值320进行编码时，可能会使用附加的色彩通道来存储用于该有损编码的“校正”的附加的δ通道值340。
在块210，图像服务器109对在客户端110的基本通道322中的基本通道值320和至少一个δ通道344中的δ值340进行重组，以形成原始像素数据。
同时参考图3C，总的示为304的是可用于在传输的基本通道322和至少一个δ通道344中重建原始像素数据的示例性操作。可以看到，能够使用简单的像素算数运算来进行用于重组像素数据的操作。这样的操作可以能被客户端的远程计算装置110上的标准应用(例如，网络浏览器)解释的脚本语言(或者编码图像文件格式的脚本组件)的形式提供。例如，可以以可缩放矢量图像(SVG)格式存储的电子文件的脚本元素的形式来提供这样的操作。
使用简单的算数运算来重组高动态范围数据消除了将本地客户端应用安装到客户端的远程计算装置上的需求。因为浏览器能够接收并重组基本通道和一个或多个δ通道，以形成像素数据的全动态范围，所以可在无需技术人员与远程计算装置交互以安装客户端应用的情况下，在远程计算装置上准确地显示该图像的表示。实际上，这使得客户端的远程装置能够直接地(“out of the box”)接收并显示该图像。
脚本语言将能够访问所接收的PNG文件的单个色彩通道，并进行所指示的操作。在该例子中，PNG图像文件的“R”色彩通道(即，基本通道322)中的数据将乘以16，以将该数据向左位移4比特，并随后将该数据加到“G”色彩通道(即，δ通道344)中的数据。所得到的二进制数据将会是再形成的图3A中所示意的像素数据。
随后可将窗位应用到从重组步骤形成的像素数据，并且可在显示器123上显示该窗位。
现在，讨论转向更加复杂的例子，其中使用了有损通道，并且，其中基本通道和δ通道被分布在多个电子文件中。在该例子中，编码步骤以选择的编码格式对基本通道进行编码，并以另外的编码格式对至少一个δ通道进行编码。下面将同时参考图2所示出的步骤。
参考图4A，总的示意为400的是来自16比特灰度级图像(其可以产生自电脑断层摄影(CT)物理治疗设备113)的示例性像素数据。为示意简单起见，以16进制的格式示出了比特级的像素数据。与图3A类似，第一步可以是将像素数据分成基本通道值420和至少一个δ通道值440(块202)。在这种情况下，8个高阶比特“6B”形成基本通道值420而8个低阶比特“28”形成δ通道值440。
参考图4B，总的示意为402的是对在图4A中示出的像素数据在其被编码到有损基本通道422和无损δ通道442，444(块204)中之后的布置。在该实施方式中，有损基本通道422和无损δ通道442，444被分布在多个电子文件中。也就是说，通过以有损JPG格式存储的电子文件(如“图像1”所示)来提供有损基本通道422，而通过以PNG格式存储的电子文件(如“图像2”所示)来提供无损δ通道442,444。此外，编码步骤以选择的编码格式(即，JPG)对有损基本通道422进行编码，并以另外的编码格式(即，PNG)对至少一个无损δ通道442，444进行编码。在该例子中，将有损JPG图像存储为8比特的灰度级图像，其中，“R”、“G”和“B”色彩通道(形成有损基本通道422)都彼此相等。因为编码是有损的，冗余的编码值可能不会精确地对应于图4A中所示出的像素数据中的各个比特。由此，高阶比特“6B”在有损基本通道422中被编码为“6C”。在这种情况下，可提供附加的无损δ通道422，以使得在重组时即可“校正”在有损基本通道422中编码的有损值。
如注意到的，在某些实施方式中，当编码像素数据时，可使用有损编码格式。由于即使有损编码可导致损失编码值，但进行有损编码的速度远快于进行无损编码，所以应用有损编码格式是有优势的。在某些情况下，这可允许医务工作者在观看图像时体验增快了的响应。例如，如果使用有损编码格式对有损基本通道422(包括图像的像素数据的高阶比特)进行编码(使得其将包括有损编码值)，并且在传输至少一个无损δ通道442，444(包括用于校正有损基本通道422的δ值和像素数据的低阶比特范围)之前传输这种有损基本通道422，那么在对余留的无损δ通道422，444进编码/传输时，即可立即解码并显示有损基本通道422。当接收到无损δ通道422，444时，可随后将其与有损基本通道422进行重组，以显示像素数据的全动态范围。下面将相对图7更加具体的讨论这种情形。
参考图4C，总的示意为406的是可用于生成有损基本通道422和无损δ通道442，444的示例性操作。尽管无损δ通道(即，使用有损编码格式对δ值进行编码)可用于改进性能，但是应当注意，具有无损δ通道442，444有助于保证在将无损δ通道442，444与有损基本通道422进行重组时，能够获得精确的像素数据。可通过图像服务器109上的编码模块114对原始数据执行示出的操作。
在该例子中，可通过对像素数据的高阶比特的值进行编码来得到有损基本通道422。为了得到高阶比特，可使用整数除法运算来将像素数据除以256。(所述整数除法运算通过将16比特的像素数据向右位移8比特来返回高阶比特)。一旦得到高阶比特，就使用有损编码格式对其进行编码。
随后可使用无损编码格式来得到两个单独的无损δ通道442，444，δ通道442，444共同地补足有损基本通道422中的有损编码值和图像像素数据之间的无损差。第一无损δ通道442可存储于PNG文件的“R”色彩通道中，并且可使用像素数据的高阶比特(即，如通过将像素数据除以256的整数除法所得到的)和有损基本通道422中的编码有损值之间的差来得到所述第一δ通道442。在该例子中，这是十六进制值“0x6B”和“0x6C”之间的差，该差为-1。可根据本领域已知方法，例如，2的补数或者余n(即，使用正的偏移来表示值“0”)，将“-1”存储为二进制格式的有符号数。例如，当使用偏移量时，在进行编码之前，可将偏移加到所得到的差值中，并且在解码之后和重组之前，相应的减去该偏移。
第二无损δ通道444可存储于PNG文件的“G”色彩通道中，并且可只包括像素数据的低阶比特。可使用由符号“％”表示的模运算对像素数据进行256取模运算来得到该低阶比特。如本领域所已知的，模运算在由一个数被另外一个数除的数学运算中返回余数。当该模运算与像素数据结合使用，并且对像素数据以256取模时，所述运算具有返回8个最右面的比特的作用。
随后可将有损基本通道422和无损δ通道442，444中的编码值传输到客户端110(块206)，并且在客户端110使用最初对通道进行编码的编码格式进行相应的解码(块208)。
参考图4D，总的示为404的是用于重组传输的基本通道422和无损δ通道442，444(块210)的操作，其中使用图4C中使用的操作得到基本通道422和有损δ通道442，444。与在图3C中所讨论的重组操作类似，可将该操作并入到可由网络浏览器解释的脚本语言中。在该例子中，因为使用有损JPG编码格式对有损基本通道422进行编码，所以将第一无损δ通道442(即，无损PNG编码格式的“R”色彩通道)加到有损基本通道422以“校正””损失，从而获得正确的高阶比特。在这种情况下，无损δ通道442保存值“-1”，可将该值“-1”加到有损基本通道422中的值(“0x6C”)以得到“0x6B”，“0x6B”是原始像素数据中的正确的预传输基本通道值420。随后将其乘以256，以将该值左移8位，并计算该值与PNG格式的“G”色彩通道(即，第二无损δ通道444)中的值的和。如以上所指出的，第二无损δ通道444包含像素数据的低阶比特。从而执行所述操作的结果将会是计算“0x6B00”+“0x0028”的结果，该结果为与原始像素数据值相等的十六进制值“0x6B28”。
将理解到，在操作中提供的数值仅是为了示意的目的而提供。同样地，本领域技术人员会理解，可以分解像素数据，并且将该像素数据与各种另外的比特偏移一起编码。例如，与上面的16比特灰度级的像素数据相比，另一实施方式可能只包括有损基本通道422中的4个最高阶比特(例如，考虑到较快的有损编码)，并随后将12个低阶比特作为δ值存储到无损PNG文件的一个或多个“G”、“B”和“A”色彩通道中。在这样的实施方式中，PNG文件的“R”通道可存储“校正”有损基本通道422所必需的差值。
还应当理解的是，仅为了示意的目的示出了以任何编码格式到“R”、“G”、“B”或“A”色彩通道中的任何一个中的存储。也就是说，当讨论“R”通道时，以所述编码格式编码的任何其他色彩通道都能够合适地用于存储相同的数据。
一旦已经在客户端110重组了像素数据的全范围，可选择原始图像的特定窗位以进行观看。在某些实施方式中，客户端110包括只支持具有比原始图像更低的比特范围的图像的网络浏览器。例如，客户端110可以只支持8比特的图像，而请求的图像具有较高的比特值，使得对重建的像素数据执行窗位操作可能是必需的。在某些实施方式中，能够与以上所描述的其他步骤并行地执行对窗位的选择。在其他实施方式中，选择窗位可与这些步骤顺序地执行。随后可在显示器123上显示经过窗位处理的像素数据。
为清楚起见，现在下文讨论与窗位有关的另外的细节。
如注意到的，窗位可用于将具有高动态范围的图像的一部分动态范围转换为具有较低动态范围的新图像。在各种实施方式中，可将窗位描述为对原始图像的像素值的线性变换。例如，窗位是用于查找表(LUT)函数的标准DICOM术语(term)，其中所述函数是线性映射。高动态范围图像的被转换的部分可为原始图像的所有或者一部分动态范围。术语窗(window)指所选择的用于观看的亮度的部分或者范围。术语位(level)指将在原始图像的窗中的像素亮度映射为新图像的像素亮度的函数。例如，位函数可用于使图像中的相关像素亮度相比较于原始图像而有所歪斜(skew)。
参考图5A和5B，此处总体示出为500和502的是示例性的窗。图5A示出了窗512a跨越原始图像510a的整个动态范围的情况。更具体地，左边的条示出了原始图像510a中的动态范围或者像素值的范围，右边的条示出了合并在窗中的原始图像的动态范围部分。在图5A中，窗为整个图像，其中宽度为w＝65,536。右边的条示出了新图像中的图像范围。窗512a的任一端侧上的数表示来自原始图像的窗的映射值。具体地，窗位中的0对应于原始图像中的-32,767，而窗位512a中的255对应于原始图像中的32,768。没有示出位函数。在图5A的情况中，整个原始图像被转换为8比特的图像。然而，通过这样做，可丢失大量的数据。
图5B示出了具有宽度w＝9000且中心在c＝16000处的窗位512b的情况。此处，窗只是原始图像510b的一部分动态范围。更具体地，左边的条示出了原始图像中的像素值的范围以及被并入到该窗中的部分。右边的条示出了在该窗中的像素亮度值的范围。窗512b的任一端侧上的数值表示该窗的极值到原始图像的像素值的映射。具体地，窗位中的0对应于原始图像中的11500而窗位512b中的255对应于原始图像中的20,500。再次，没有示出位函数。
如注意到的，医学图像通常具有以特定的亮度范围显示的特性。例如，骨头可显示为很高的亮度(例如，白色)；而软组织可显示为较低亮度(例如，暗灰色或黑色)。可对窗进行选择以使得该窗对应于应用所述窗的图像中的感兴趣的亮度范围。另外，或者作为其的替代，位函数可用于使像素的相对亮度在给定的范围内有所歪斜，以强调该范围中的特征。例如，可由在量级上非常接近的亮度值来分离重要特征，人眼可能难以区分这些重要特征，所以医务工作者可能难以识别及评估这些特征。因此，有时候通过使用合适的位函数来增大对应于潜在的感兴趣的特征的像素亮度的相对值是有用的。
现在参考图6(其为曲线图)，总的示意为600的该图示出了窗位转换函数。该位函数是由参考标记fL表示的曲线。x轴表示原始图像的值而y轴表示由窗位函数所产生的值。该窗的宽度为w＝27,853且其中心在c＝4,915处而边界在b1＝-8,192和b2＝19,661处，该边界分别由参考标记b1和b2表示。位函数fL强调并增大了在该窗中的较高亮度的像素值而抑制并缩小了在该窗中的较低亮度的值。例如，原始图像中的像素值P01＝16,382和P02＝16,384被分别映射到该窗中的PN1＝32和PN2＝39；而像素值P03＝-1,638和P04＝-3,277被分别映射到PN3＝-86和PN4＝-89。由此，位函数已经强调了较高值像素之间的差并抑制了较低值像素的差。因此，该窗和位函数可用于将第一图像的一部分像素亮度值重新映射到第二图像，其中，所述第一图像和第二图像具有不同的动态范围。
现在，返回到参考图4对图像传输的讨论。在某些实施方式中，可以优化像素数据的传输和显示，以改善系统的响应度。在某些实施方式中，可首先将最初请求的图像的一部分像素数据(例如，有损基本通道422中的高阶比特)传输到客户端110。在已经生成第一部分后，可生成剩余的部分(例如，包括一个或多个无损δ通道442，444中的低阶比特的δ值)。另外，在已经传输了第一部分之后，传输第二部分。当客户端110等待可用的第二部分数据时，可显示第一部分。一旦第二部分可用，就在显示器123上显示组合的像素数据。
现在除了参考图4之外，还参考图7，其示出当为了改进性能而在δ通道442，444之前传输基本通道422时，由图像观看系统100执行的基本操作步骤700的流程图，总的示为700。
在块702，向图像服务器109请求图像。在某些实施方式中，所述图像是医学图像。在各种实施方式中，所请求的图像可以是，但不限于，32比特、16比特和12比特的图像。
在块704a，在所请求的图像中的像素数据被分为基本通道422和一个或多个δ通道442，444，并且使用一编码格式对基本通道422中的内容进行编码。如以上所指出的，所述编码格式可以为有损或者无损编码格式。在某些实施方式中，基本通道422可以包括高阶比特。
如上文所示的，能够将原始图像的像素数据的高阶比特编码为编码文件格式的一个或者多个色彩通道(例如，JPG图像的“R”、“G”或“B”色彩通道)。使用的色彩通道的数量可取决于原始图像的动态范围和用于存储编码的数据的色彩通道的动态范围。如所示的，可将用于存储编码的数据的色彩通道的动态范围选择成在无需任何附加插件(plugin)的情况下被标准浏览器支持的文件格式。
一个或多个色彩通道中的每个都可属于单独的图像文件，或者多组一个或多个色彩通道可为同一图像文件的一部分。在某些实施方式中，能够使用包括多于一个色彩通道的单个文件。
在块706a，包括已编码的像素数据的基本通道422能够从服务器109传输到客户端110。这样，可在传输至少一个δ通道442，444(包括像素数据的低阶比特范围(一个或多个))之前，传输基本通道422(具有像素数据的高阶比特范围)。
在块708a，在块720处进行重组之前，在客户端110对具有高阶比特范围的像素数据的基本通道422进行解码。
在块710，选择原始图像的特定窗位以便进行观看。在某些实施方式中，客户端110包括只支持具有比原始图像更低的比特动态范围的图像的网络浏览器。如以上所指出的，在某些实施方式中，客户端110可能只支持8比特图像，而请求的图像是具有更高的比特值例如但不限于12比特或者16比特的图像。与上面所描述的方法类似，块710可与编码、传输或解码基本通道422的步骤并行地执行。在其他实施方式中，可与这些步骤顺序地执行块710。
在块712a，选择的窗位应用于在块708a所解码的像素数据中。
在块714a，在显示器123上显示选择的窗位(例如，包括解码的高阶比特范围像素数据)。在各种实施方式中，所显示的窗位是一部分像素数据的窗位。也就是说，所显示的窗位可为像素数据的高阶比特。在其他实施方式中，基本通道422的比特范围具有不需要执行窗位函数就能够在客户端110上显示的适当长度。如上所述，当基本通道422数据可包括有损值时，在编码或发送剩余的无损数据时，进行对基本通道像素数据的快速传输、解码和显示使得系统被察觉为响应更快。
在块704b，在一个或多个δ通道442，444中编码像素数据的剩余部分。在某些实施方式中，剩余部分可包括对应于像素数据的低阶比特的像素数据。如所描述的，在块704a可使用有损编码格式，而在块704b可使用无损编码格式。在某些实施方式中，在块704b，在一个或多个δ通道442，444中确定并编码在块704a所编码的像素数据和有损值之间的无损差。
应当理解的是，尽管给出了在其中使用有损格式编码高阶比特而使用无损编码编码低阶比特的例子，但是其他组合也是可能的。例如，在某些实施方式中，高阶和低阶比特都使用无损编码进行编码；在其他实施方式中，高阶和低阶比特两者都使用无损比特进行编码。
在某些实施方式中，单个图像文件可用于保存在块704b上生成的编码数据。在某些实施方式中，可使用多于一个的图像文件。一般地，来自在块704a所使用的一个或多个图像文件中的独立的图像文件(或者在某些实施方式中的多个图像文件)可用于该步骤。其原因是，在某些实施方式中，在块704b所编码的像素数据可用之前，传输在块704a所生成的编码的像素数据。通过对于这两个步骤使用独立的文件，可分别传输两组像素数据。
在块706b，包含已编码的像素数据的一个或多个δ通道442，444可从服务器109传输到客户端110。
在块708b，能够在客户端110对一个或多个δ通道442，444进行解码。
在块720，能够将已解码的一个或多个δ通道442，444与之前从块708a的基本通道422所解码的值进行重组。
在块712b，所确定的期望的窗位被应用到与像素数据对应的重组数据。
在块714b，更新显示器123，以反映已经应用到在重组的数据中可用的数据的全范围的窗位。
现在描述的方法和系统的该实施方式能够快速地响应于用户111，而不需要牺牲精确的图像。具体地，可相对较快地完成对高阶比特的最初的确定、编码、传输、解码和显示。该最初的图像可能不总是精确的。然而，与必须等待图像被传输过来相比，可相对较快地向用户111提供数据，并使用户能够快速地开始观看图像数据。同时，在幕后，低比特数据可被确定、编码、传输、解码并与高比特数据相结合。随后以全像素信息更新显示器123，以产生精确的图像。在不同的实施方式中，一旦另外的数据变成可用，就几乎立即考虑某些数据的显示以及对图像的完善。随后，用户111可选择同一图像的不同窗位，并且显示器123能够被相对较快地更新，这是因为在客户端110已经有了像素信息的全范围并且不再需要向服务器109请求另外的信息。
在某些实施方式中，以有损编码图像格式编码的基本通道中的高阶比特可大约为以无损编码图像格式编码的低阶比特的大小的十分之一，并且可大约为以无损编码格式编码的相同的高阶比特的大小的三分之一。这意味着可相对较快地生成有损高比特图像并能相对较快地将其传输到客户端110。这反过来意味着客户端110相对较快地进行显示是可得到的。
在又一个实施方式中，可首先将窗位应用到在服务器109的像素数据，再在基本通道中将其传输到客户端110，使得它可以快速地显示给用户。在传输期间或者在传输之后，可随后在像素数据和逆窗位之间得到无损差(如下所述，也能够在客户端110计算该无损差)。可将该无损差置入到δ通道中，并将其传输到客户端110。在客户端110，所接收到的δ通道(一个或多个)可与从基本通道中的窗位计算得到的逆窗位进行重组，以形成图像的像素数据的全动态范围。这可考虑选择另外的窗位并应用在客户端110。参考图8，示出了用于该实施方式的一组示例性操作的流程图，总的称为800。
在块802，窗位被应用到图像的像素数据。如上所述，用于得到窗位的窗位函数可增大选择的窗中的动态范围。同时参考图9A，其示出了16比特数据910的例子，在最小值912(0x6A00)和最大值914(0x6C00)之间的该16比特数据910的动态范围(以十六进制格式显示)正被增大。如果像素数据具有落入该范围的值916(0x6B29)，那么窗位920可将落入该范围的值(0x129)映射到8比特的十六进制值0x94。例如，通过用户在客户端110选择最大值914和最小值912使得在服务器109应用窗位之前这些值被传输到服务器109，可确定用于像素数据910的窗位的范围。
同时参考图9C，总的示为904的是可被执行以将像素数据值916映射到窗位值926并将该窗位值926编码到有损基本通道932中的一组示例操作。可首先计算像素数据值916和用于像素数据的窗位中的最小值912之间的差(得到图9A中的值0x129)。随后可通过以输出范围924与像素数据的窗位动态范围的(即，最大值914-最小值912)的比率与其相乘，来对该值进行缩放以适应输出范围924。在该例子中，这得到以比率1/2相乘的值0x129(动态范围0x100除以窗位动态范围0x200)。用该比率相乘可得到除以2的效果，使得窗位值926为0x94(如图9A中所示)。应当理解的是，尽管将窗位函数示出为简单的缩放以适应输出范围924，但是还可使用其他窗函数。还应当理解的是，尽管将8比特的编码(例如，灰度级JPG)示出为输出范围924，但是还可使用具有其他比特范围的其他输出范围924。
在块804，将窗位(例如，窗位值926)传输到客户端110。如上所述，在传输之前，可使用有损或者无损编码格式对此窗位数据进行编码。再次参考图9C，可将得到的窗位值926编码到有损基本通道932中。也参考图9B，总的示为902的是在图9A中所应用的窗位的有损基本通道932和无损δ通道942中的示例性布置的示意图。特别的关于有损基本通道932，可以看到，可将0x94的窗位值926编码为有损JPG编码格式的色彩通道932中的0x92(因为编码是有损的，所以编码丢失了2)。如上所述，一旦在客户端110接收到有损基本通道932，就可以对其进行解码，以在客户端110显示窗位(块806)。
在块808，可在服务器109计算逆窗位。同时参考图9D，此处总的示为906的是用于反转编码的窗位(即，如存储在有损基本通道932中的编码的窗位)以及计算像素数据916和逆窗位952之间的δ值的一组示例性操作。可以通过取有损基本通道932中的编码的窗位(即，在块804使用无损或者有损编码格式对其进行了编码之后的窗位值)和执行窗位函数的逆操作来计算逆窗位952。在该例子中，这包括将存储在有损基本通道932(0x92)中的值乘以在块802中使用的比率的倒数(即，数值“2”)，并随后加上在像素数据的窗位范围中的最小值912(0x6A00)。这导致对逆窗位952(即，逆窗位值)的计算为：0x92×2+0x6A00，其为0x124+0x6A00，并且等于0x6B24。
更具体地，在该特定的例子中，比率的倒数为像素数据的窗位动态范围(即，最大值914-最小值912)除以输出范围924(即，0x200除以0x100)，如所示出的，这导致将在有损基本通道932中所编码的值乘以2的逆窗位函数。
仍然参考图9D，可随后确定像素数据916和逆窗位952之间的差(块810)。
在该例子中，该差为值0x5，即，像素数据值916(图9A中的0x6B29)和在块808所计算的逆窗位(0x6B24)之间的差。可以看到，由于计算的δ值在像素数据916和编码的窗位(即，如存储在有损基本通道932中的)之间，因此能够在δ值中捕获到δ，该δ由于使用有损编码格式和/或由于窗位函数而上升。
在某些实施方式中，块808和块810可以与基本通道932的传输并行地执行。在不同的实施方式中，可以在传输基本通道932之后，执行这些块。
可随后将所述该差编码到无损δ通道942中并将其传输到客户端110(块812)。如所讨论的，可以将δ值的各种比特编码成无损编码格式，如PNG。再次参考图9B，示出的是数值“5”正被编码到无损PNG编码格式的“R”色彩通道942中。
在已经接收包括编码的窗位的基本通道932之后，客户端110可以从所编码的窗位计算另一逆窗位952(块814)。如以上对于图9D所描述的那样，该计算可与在服务器109上执行的操作相类似。因为在用户最初选择待应用的窗位910时，像素数据的窗位的最大值914和最小值912可能已经存储在客户端110，所以客户端110能够随后使用有损基本通道932中的值以完成在图9D中示出的逆窗位操作。此外，客户端110也将可使用客户端110本身能够显示的输出范围924。这样，客户端110将可计算出具有与在服务器109计算出的逆窗位952相同的值的另一逆窗位952。如所指出的，在该例子中，该值将会为0x6B24。
通过在服务器109和客户端110两处计算逆窗位952，并得到像素数据916和逆窗位952之间的差，可以看出，δ值可为较小的值(即，在该例子中为0x5)。获得小的传输的δ值942可允许更加快速地进行对δ值的编码和传输。这可形成在客户端110选择另外的窗位时，医务工作者会感觉到系统响应增大的结果。
在无损δ通道942中小的被传输的δ值还可降低对网络带宽的使用。在该例子中，可以看到，可仅使用图9B中的12比特的数据(即，无损基本通道932中的8比特，以及无损δ通道942中的4比特)，将图9A中的具有16比特数据的原始像素数据916传输到客户端110。如果需要传输多个像素的全动态范围，这种网络带宽使用的减少可变得尤其显著。
一旦已经在客户端110接收到δ通道942，就能够将其与在客户端110计算出的另一逆窗位952进行重组，以形成图像中的像素数据916(块816)。参考图9E，总的示为908的是可被执行以将另一逆窗位952和无损δ通道“R”942中的δ值进行重组以形成像素数据916的示例性操作。在该例子中，其可以是仅将逆窗位952的值(0x6B24)与δ值(0x5)进行相加，以得到0x6B29，0x6B29就是原始的像素数据916。
如上所述，用于重组基本和δ通道的操作可使用简单的数学运算，所述数学运算可被引入到能被远程计算装置上的标准应用(例如浏览器)理解的脚本语言中。
一旦已经重组了像素数据，在客户端110可应用另一窗位。例如，如果观看窗位数据的医务工作者希望强调原始像素数据中的另外一段动态范围，就可能发生在客户端110应用另一窗位的情况。可随后将该另外的窗位显示给观看图像的医务工作者。
在发送δ值之前发送窗位可使医务工作者更加的有效率。也就是说，在传送全动态范围数据的同时，他们可能能够开始分析他们感兴趣的特定亮度范围中的图像。例如，医务工作者的兴趣可能只在于检查医学图像中呈现的骨头(通常在医学图像中显示为具有高亮度，即，白色)。如果强调该高亮度值的窗位函数920被应用在服务器109并在基本通道932中传输到客户端110，那么在编码和传输对应于剩余像素数据的δ值942时，医务检查人员就可以开始在他或她希望的范围内检查这个图像。如果医务检查人员随后选择另一窗位920，像素数据的全动态范围(即，从基本通道932中的窗位形成的、与一个或多个δ通道942组合的逆窗位952)将在客户端110可用，使得另一窗位920可被应用。
如上所述，在各种实施方式中，在此所描述的方法和系统允许在不支持直接编码和解码较大比特格式图像的浏览器中，通过8比特的通道传输大于8比特的数据。
在各种实施方式中，客户端110能够包括标准的网络浏览器，而无需任何附加的插件或者其他修改。在某些实施方式中，JavaScript可用于实现在此公开的某些模块，这些模块包括但不限于，解码模块120和窗位模块121。
尽管已经为了提供具体应用的示例性说明而在医学图像处理的背景中描述了图像观看系统100的各种示例性实施方式，但是应当理解的是，定位显示系统100还可适用于任何其他类型的图像或者文件显示系统。
例如，医学图像通常只具有用于像素数据(即，灰度级图像)的一个色彩通道。然而，应当理解的是，所描述的方法和系统能够用于具有多个色彩通道的更加复杂的图像，其中每个色彩通道都具有它们自己的、不能被适当地编码成所选择的编码格式的动态范围。在这种情况下，在此所描述的方法可分别应用于这样的图像的各个色彩通道中的比特范围。这将包括将该比特范围分为基本通道和一个或者多个δ通道，所述基本通道和一个或者多个δ通道能够被传输并在客户端进行重组，以重建这种图像的高比特范围色彩通道。这种方法将包括对具有像素数据和至少一个色彩通道的图像进行编码；所述方法包括：通过将每个色彩通道的像素数据分为基本通道和至少一个δ通道来对所述图像进行编码。
尽管上面的描述提供了实施方式的例子，将理解到的是，在不背离所描述的实施方式的操作的精神和原理的情况下，允许对所描述的实施方式的某些特征和/或功能进行修改。相应地，以上所描述的内容旨在对本发明进行示意而非限制，并且本领域技术人员将理解到，在不背离由附加的权利要求书所限定的本发明的范围的情况下，也可作出其他改变或者修改。

Claims (15)

1.一种处理图像的方法，所述图像具有像素数据，所述像素数据具有不能以所选择的编码格式对其进行编码的比特范围，所述方法包括：
a)将所述像素数据分成基本通道和至少一个δ通道，能够以所选择的编码格式对所述基本通道和所述至少一个δ通道中的至少一个进行编码；
b)对所述基本通道和所述至少一个δ通道中的至少一个进行编码；
c)将所述基本通道和所述至少一个δ通道传输到客户端；
d)在所述客户端对所述基本通道和所述至少一个δ通道进行解码；以及
e)在所述客户端对所述基本通道和所述至少一个δ通道进行重组，以形成所述像素数据。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
a)将窗位应用到从所述重组所形成的所述像素数据；以及
b)在显示器上显示所述窗位。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所选择的编码格式包括无损编码格式。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述基本通道包括所述像素数据的高阶比特范围，并且所述至少一个δ通道包括所述像素数据的低阶比特范围。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述传输进一步包括：在传输所述至少一个δ通道之前，传输所述基本通道，所述方法进一步包括：
a)在所述重组之前，对所述基本通道中的高阶比特范围像素数据进行解码；以及
b)在显示器上显示已解码的高阶比特范围像素数据。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述基本通道和所述至少一个δ通道被分布在多个电子文件中。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述编码包括：以所选择的编码格式对所述基本通道进行编码，以及以另外的编码格式对所述至少一个δ通道进行编码。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所选择的编码格式包括有损编码格式，并且所述基本通道包括有损编码值。
9.如权利要求8所述的方法，其中，使用无损编码格式对所述至少一个δ通道进行编码，并且所述至少一个δ通道包括所述图像像素数据和所述有损编码值之间的无损差。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述图像具有第一动态范围，并且所述基本通道和所述至少一个δ通道中的至少一个具有小于所述第一动态范围的动态范围。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述基本通道包括所述像素数据的窗位，并且所述至少一个δ通道包括所述像素数据和逆窗位之间的无损差。
12.一种非临时性计算机可读存储介质，其包括用于在处理器上执行的多个指令，所述指令用于执行权利要求1的方法的步骤。
13.一种当在计算机上运行时，适于执行任何一个前述权利要求中的方法的计算机程序产品。
14.一种用于处理图像的系统，所述图像具有像素数据，所述像素数据具有不能以所选择的编码格式对其进行编码的比特范围，所述系统包括：
a)一个或多个用于存储所述图像的存储器；以及
b)耦接到所述一个或多个存储器的一个或多个处理器，所述处理器用于：
i)将所述像素数据分成基本通道和至少一个δ通道，能够以所选择的编码格式对所述基本通道和所述至少一个δ通道中的至少一个进行编码；
ii)对所述基本通道和所述至少一个δ通道中的至少一个进行编码；
iii)将所述基本通道和所述至少一个δ通道传输到客户端；
iv)在所述客户端对所述基本通道和所述至少一个δ通道进行解码；以及
v)在所述客户端对所述基本通道和所述至少一个δ通道进行重组，以形成所述像素数据。
15.如权利要求14所述的系统，其中，所述一个或多个处理器进一步被配置以：
a)将窗位应用到从所述重组形成的所述像素数据；
b)在显示器上显示所述窗位。
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