CN106448613B - 一种医用显示器色彩空间均匀化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对传统医学显示器在色彩还原能力上的局限性，提供一种医用显示器色彩空间均匀化处理方法，从而实现对医用显示器从CIEL*a*b*色彩空间到RGB色彩空间的反向转化过程。本发明方法适用于从CIEL*a*b*色空间到其他任意色彩空间的转化，而且也适用于任意两种色彩空间的转化，能够提高医用显示器进行色彩空间反向转化的精确和速度，进一步提高医用显示器色彩还原能力。

Description

一种医用显示器色彩空间均匀化处理方法

技术领域

本发明涉及一种医用显示器色彩空间均匀化处理方法，属于医用显示技术领域。

背景技术

近年来，基于计算机的多媒体图像处理技术在广播通讯、远程视教、医疗影像、绘图制图、消费电子等领域中广泛应用，极大地丰富了人们的生活，而这些技术都离不开图像输入输出设备的支撑。但是，常见的扫描仪及显示器属于RGB色彩空间，彩色打印机及印刷机属于CMY色彩空间，属于不同色彩空间的图像输入输出设备，如何确保同一副图像一致性地显示，成为一个问题。与早期的系统相比，现在这个问题变得更加复杂。

另外，CIEL*a*b*色彩空间是国际照明委员会定义的一种与设备无关，且为人眼均匀感知的色彩空间。一般从设备所属色彩空间到CIEL*a*b*色彩空间的转换称之为正向转换，而从CIEL*a*b*色彩空间到设备所属色彩空间的转换称之为反向转换。目前，常用的设备无关的色彩空间是CIEL*a*b*色彩空间，以达到图像在不同设备之间传输时失真最小的目的。因此，从CIEL*a*b*色彩空间到不同设备色彩空间的转换成为图像显示的核心问题之一，其转换的精度和速度直接决定转换方法能否满足实际需求。

在医用显示领域，医用显示器相比普通民用显示器在色彩重现、亮度、分辨率等技术参数上有着更高的要求。同时，随着4K、8K等医用影像的广泛运用，医学影像包含越来越丰富的信息，对医用显示器在色彩显示上的真实还原的要求越来越苛刻。另外，一般地，传统医用显示器只是在固定的某一种色彩空间(例如RGB色彩空间)下显示所有颜色，但是对一些其他更适合医学影像诊断的色彩空间(例如CIELAB色彩空间)并不支持，由此带来医用显示器在医学影像诊断上的局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种医用显示器色彩空间均匀化处理方法，能够提高医用显示器色彩还原的准确性，有助于提高医学诊断效率和准确率。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种医用显示器色彩空间均匀化处理方法，包括如下步骤：

步骤一：测量医用显示器在RGB色彩空间和CIEL*a*b*色空间下的数据，并基于这些数据建立医用显示器所属的RGB色彩空间和CIEL*a*b*色空间；

步骤二：基于测量数据建立一张医用显示器从RGB色彩空间到CIEL*a*b*色空间的查找表；

步骤三：在CIEL*a*b*色空间下，用一个自定义且均匀分割的立方体去包裹并分割医用显示器所属的CIEL*a*b*色空间；

步骤四：在自定义且均匀分割的立方体上任取一已知坐标的点P，然后在医用显示器所属CIEL*a*b*色空间中寻找一个到P点空间距离最短的点Q，则医用显示器所属RGB色彩空间上的点q就是自定义且均匀分割的立方体上的P点转换到RGB色彩空间下的点p。

步骤一的具体步骤如下：

假设医用显示器所属的RGB色彩空间为A色彩空间，医用显示器所属的CIEL*a*b*色空间为B色彩空间；

对于医用显示器中三刺激值数据位宽为8的情况，三维分量分别按照1、3、5、7、9……255的数据取值顺序，把A色彩空间分割成128×128×128的均匀空间，相应地，B色彩空间也被分割成128×128×128的空间，然后用色彩测量仪测量医用显示器在被分割成128×128×128的B色彩空间下的数据；

对于医用显示器中三刺激值数据位宽为10的情况，三维分量分别按照1、3、5、7、9……1023的数据取值顺序，把A色彩空间分割成256×256×256的均匀空间，相应地，B色彩空间也被分割成256×256×256的空间，然后用色彩测量仪测量医用显示器在被分割成256×256×256的B色彩空间下的数据。

步骤二的具体步骤如下：

对于医用显示器中三刺激值数据位宽为8的情况，A色彩空间下的所有数据按照[R₁,G₁,B₁]、[R₁,G₁,B₃]、[R₁,G₁,B₅]、……、[R₁,G₁,B₁₂₈]、[R₁,G₃,B₁]、[R₁,G₃,B₃]、[R₁,G₃,B₅]、……、[R₁,G₃,B₁₂₈]、……、[R₁₂₈,G₁₂₈,B₁]、[R₁₂₈,G₁₂₈,B₃]、[R₁₂₈,G₁₂₈,B₅]、……、[R₁₂₈,G₁₂₈,B₁₂₈]这样三个分量依次从小到大的顺序排列数据，B色彩空间下的数据也随之按照这一顺序排列，建立一张长度为128×128×128的在A色彩空间和B色彩空间之间相互映射的查找表；

对于医用显示器中三刺激值数据位宽为10的情况，A色彩空间下的所有数据按照[R₁,G₁,B₁]、[R₁,G₁,B₃]、[R₁,G₁,B₅]、……、[R₁,G₁,B₂₅₆]、[R₁,G₃,B₁]、[R₁,G₃,B₃]、[R₁,G₃,B₅]、……、[R₁,G₃,B₂₅₆]、……、[R₂₅₆,G₂₅₆,B₁]、[R₂₅₆,G₂₅₆,B₃]、[R₂₅₆,G₂₅₆,B₅]、……、[R₂₅₆,G₂₅₆,B₂₅₆]这样三个分量依次从小到大的顺序排列数据，B色彩空间下的数据也随之按照这一顺序排列，建立一张长度为256×256×256的在A色彩空间和B色彩空间之间相互映射的查找表。

步骤三的具体步骤如下：

在B色彩空间下，自定义且均匀分割的立方体是一个经过若干均匀分割的立方体，分割方式包括：16×16×16、17×17×17、18×18×18、19×19×19、20×20×20、21×21×21、22×22×22、23×23×23、24×24×24、25×25×25、26×26×26、27×27×27、28×28×28、29×29×29、30×30×30、31×31×31×31、32×32×32，立方体被分割的越小，从B色彩空间到A色彩空间的转换精度越大，同时计算量也就越大；

在B色彩空间下，用上述自定义且均匀分割的立方体来包裹步骤一所建立的B色彩空间，在三维空间上实现自定义且均匀分割的立方体对B色彩空间的均匀分割。

步骤四的具体步骤如下：

假设自定义且均匀分割的立方体上任取一个已知坐标的点P，其坐标为[L_P、a_P、b_P]，在步骤一所建立的B色彩空间中寻找一个到P点空间距离最短的点Q，点Q的坐标为[L_Qmin、a_Qmin、b_Qmin]，满足如下公式：

其中：ΔE为B色彩空间中要寻找的点Q到P点之间在空间上的最短距离；

根据步骤二建立的一张医用显示器从A色彩空间到B色彩空间的查找表，查表得到B色彩空间中的Q点对应在A色彩空间中的映射点q，那么q点就是自定义且均匀分割的立方体上已知坐标P点在A色彩空间中的映射点p，由此建立与医用显示器显示属性有关的从B色彩空间到A色彩空间的转换关系。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

突破了传统医学显示器在色彩还原能力上的局限性，从而实现对医用显示器从CIEL*a*b*色彩空间到RGB色彩空间的反向转化过程，提高了医用显示器进行色彩空间反向转化的精确和速度，进一步提高了医用显示器色彩还原能力；可以由上位机自动计算完成，然后建立一张医用显示器从CIEL*a*b*色彩空间到RGB色彩空间的查找表放入显示器，从而大大节约医用显示器自身的图像处理资源。本发明方法不仅适用于从CIEL*a*b*色空间到其他任意色彩空间的转化，而且也适用于任意两种色彩空间的转化。

附图说明

图1是本发明方法的流程图。

图2是从CIEL*a*b*色彩空间到RGB色彩空间均匀化处理方法流程图。

图3是本发明方法所采用的分割CIEL*a*b*色彩空间的示意图。

图4是本发明方法所采用的分割RGB色彩空间的示意图。

图5是本发明方法中自定义的CIEL*a*b*色彩空间查找表。

图6是本发明方法中自定义的RGB色彩空间查找表。

图7是医用显示器所属的CIEL*a*b*色彩空间示意图。

图8是本发明方法中自定义且均匀分割的立方体示意图。

图9是自定义且均匀分割的立方体均匀化分割医用显示器的CIEL*a*b*色彩空间示意图。

具体实施方式

本发明针对传统医学显示器在色彩还原能力上的局限性，即从CIEL*a*b*色彩空间到RGB色彩空间进行反向转化时的精度和速度不能满足实际需要，提供一种对医用显示器CIEL*a*b*色彩空间的均匀化处理方法，从而实现对医用显示器从CIEL*a*b*色彩空间到RGB色彩空间的反向转化过程。本发明方法适用于从CIEL*a*b*色空间到其他任意色彩空间的转化，而且也适用于任意两种色彩空间的转化，能够提高医用显示器进行色彩空间反向转化的精确和速度，进一步提高医用显示器色彩还原能力。

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，是本发明的流程图，包括如下步骤：

步骤一：测量医用显示器在RGB色彩空间和CIEL*a*b*色空间下的数据，并基于这些数据建立医用显示器相应的RGB色彩空间和CIEL*a*b*色空间。

为方便说明，假设医用显示器所属的RGB色彩空间为A色彩空间，医用显示器所属的CIEL*a*b*色空间为B色彩空间；

如图3所示，是本发明方法所采用的分割CIEL*a*b*色彩空间的示意图。如图4所示，是本发明方法所采用的分割RGB色彩空间的示意图。

在RGB色彩空间下，对于医用显示器中三刺激值数据位宽为8的情况，三维分量R、G、B分别按照1、3、5、7、9……255的数据取值顺序，把RGB色彩空间分割成128×128×128的均匀空间，相应地，CIEL*a*b*色空间也被分割成128×128×128的空间，然后用专业的色彩测量仪测量医用显示器在被分割成128×128×128的B色彩空间下的数据。

在RGB色彩空间下，对于医用显示器中三刺激值数据位宽为10的情况，三维分量R、G、B分别按照1、3、5、7、9……1023的数据取值顺序，把RGB色彩空间分割成256×256×256的均匀空间，相应地，CIEL*a*b*色空间也被分割成256×256×256的空间，然后用专业的色彩测量仪测量医用显示器在被分割成256×256×256的B色彩空间下的数据。

总之，用上述测量方法获得的大量数据，已经足够精确覆盖医用显示器所能显示的A色彩空间(例如RGB色彩空间)和B色彩空间(例如CIEL*a*b*色空间)下的所有数据，即可以构建医用显示器的A色彩空间和B色彩空间。由于从医用显示器从A色彩空间到B色彩空间的转换是非线性的，当A色彩空间被均匀分割成128×128×128或256×256×256的均匀空间时，则B色彩空间被分割成128×128×128或256×256×256的非均匀空间。

步骤二：基于测量数据建立一张医用显示器从RGB色彩空间到CIEL*a*b*色空间的映射表，实现RGB色彩空间和CIEL*a*b*色空间之间的数据快速查找。

对于医用显示器中三刺激值数据位宽为8的情况，RGB色彩空间下的所有数据按照[R₁,G₁,B₁]、[R₁,G₁,B₃]、[R₁,G₁,B₅]、……、[R₁,G₁,B₁₂₈]、[R₁,G₃,B₁]、[R₁,G₃,B₃]、[R₁,G₃,B₅]、……、[R₁,G₃,B₁₂₈]、……、[R₁₂₈,G₁₂₈,B₁]、[R₁₂₈,G₁₂₈,B₃]、[R₁₂₈,G₁₂₈,B₅]、……、[R₁₂₈,G₁₂₈,B₁₂₈]这样三个分量依次从小到大的顺序排列数据，CIEL*a*b*色彩空间下的数据也随之按照这一顺序排列，建立一张长度为128×128×128的RGB色彩空间和CIEL*a*b*色空间之间相互映射的查找表。如图5所示，是本发明方法中自定义的CIEL*a*b*色彩空间查找表。如图6所示，是本发明方法中自定义的RGB色彩空间查找表。

对于医用显示器中三刺激值数据位宽为10的情况，RGB色彩空间下的所有数据按照[R₁,G₁,B₁]、[R₁,G₁,B₃]、[R₁,G₁,B₅]、……、[R₁,G₁,B₂₅₆]、[R₁,G₃,B₁]、[R₁,G₃,B₃]、[R₁,G₃,B₅]、……、[R₁,G₃,B₂₅₆]、……、[R₂₅₆,G₂₅₆,B₁]、[R₂₅₆,G₂₅₆,B₃]、[R₂₅₆,G₂₅₆,B₅]、……、[R₂₅₆,G₂₅₆,B₂₅₆]这样三个分量依次从小到大顺序排列数据，CIEL*a*b*色彩空间下的数据也随之按照这一顺序排列，建立一张长度为256×256×256的RGB色彩空间和CIEL*a*b*色空间之间相互映射的查找表。

步骤三：在CIEL*a*b*色空间下，用一个自定义且均匀分割的立方体来包裹以医用显示器测量数据为基础建立的CIEL*a*b*色空间，在三维空间上实现自定义且均匀分割的立方体对医用显示器测所属CIEL*a*b*色空间的均匀分割。如图2所示，是从CIEL*a*b*色彩空间到RGB色彩空间均匀化处理方法流程图。

在CIEL*a*b*色空间下，自定义且均匀分割的立方体是一个经过若干均匀分割的立方体，分割方式包括：16×16×16、17×17×17、18×18×18、19×19×19、20×20×20、21×21×21、22×22×22、23×23×23、24×24×24、25×25×25、26×26×26、27×27×27、28×28×28、29×29×29、30×30×30、31×31×31×31、32×32×32等。立自定义且均匀分割的方体被分割的越小，从CIEL*a*b*色空间到RGB色彩空间的转换精度越大，同时计算量也就越大。

步骤四：在自定义且均匀分割的立方体上任取一个已知色坐标的点P，如图8所示，是本发明方法中自定义且均匀分割的立方体示意图。然后在医用显示器所属的CIEL*a*b*色空间中寻找一个到P点空间距离最短的点Q，则医用显示器所属CIEL*a*b*色彩空间上的Q点所对应的医用显示器所属RGB色彩空间上的点q是自定义且均匀分割的立方体上的P点所对应的RGB色彩空间上的点p。如图7所示，是医用显示器所属的CIEL*a*b*色彩空间示意图。如图9所示，是自定义且均匀分割的立方体均匀化分割医用显示器的CIEL*a*b*色彩空间示意图。

假设自定义且均匀分割的立方体上任取一个已知坐标的点P，其坐标为[L_P、a_P、b_P]，在步骤一所建立的B色彩空间中寻找一个到P点空间距离最短的点Q，点Q的坐标为[L_Qmin、a_Qmin、b_Qmin]，满足如下公式：

其中：ΔE为B色彩空间中要寻找的点Q到P点之间在空间上的最短距离；

根据步骤二建立的一张医用显示器从A色彩空间到B色彩空间的查找表，查表得到B色彩空间中的Q点对应在A色彩空间中的映射点q，那么q点就是自定义且均匀分割的立方体上已知坐标P点在A色彩空间中的映射点p，由此建立与医用显示器显示属性有关的从B色彩空间到A色彩空间的转换关系。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种医用显示器色彩空间均匀化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：测量医用显示器在RGB色彩空间和CIEL*a*b*色空间下的数据，并基于这些数据建立医用显示器所属的RGB色彩空间和CIEL*a*b*色空间；

步骤二：基于测量数据建立一张医用显示器从RGB色彩空间到CIEL*a*b*色空间的查找表；

步骤三：在CIEL*a*b*色空间下，用一个自定义且均匀分割的立方体去包裹并分割医用显示器所属的CIEL*a*b*色空间；

步骤四：在自定义且均匀分割的立方体上任取一已知坐标的点P，然后在医用显示器所属CIEL*a*b*色空间中寻找一个到P点空间距离最短的点Q，则医用显示器所属RGB色彩空间上的点q就是自定义且均匀分割的立方体上的P点转换到RGB色彩空间下的点p。

2.根据权利要求1所述的医用显示器色彩空间均匀化处理方法，其特征在于，步骤一的具体步骤如下：

假设医用显示器所属的RGB色彩空间为A色彩空间，医用显示器所属的CIEL*a*b*色空间为B色彩空间；

对于医用显示器中三刺激值数据位宽为8的情况，三维分量分别按照1、3、5、7、9……255的数据取值顺序，把A色彩空间分割成128×128×128的均匀空间，相应地，B色彩空间也被分割成128×128×128的空间，然后用色彩测量仪测量医用显示器在被分割成128×128×128的B色彩空间下的数据；

对于医用显示器中三刺激值数据位宽为10的情况，三维分量分别按照1、3、5、7、9……1023的数据取值顺序，把A色彩空间分割成256×256×256的均匀空间，相应地，B色彩空间也被分割成256×256×256的空间，然后用色彩测量仪测量医用显示器在被分割成256×256×256的B色彩空间下的数据。

3.根据权利要求2所述的医用显示器色彩空间均匀化处理方法，其特征在于，步骤二的具体步骤如下：

对于医用显示器中三刺激值数据位宽为8的情况，A色彩空间下的所有数据按照[R₁,G₁,B₁]、[R₁,G₁,B₃]、[R₁,G₁,B₅]、······、[R₁,G₁,B₁₂₈]、[R₁,G₃,B₁]、[R₁,G₃,B₃]、[R₁,G₃,B₅]、······、[R₁,G₃,B₁₂₈]、······、[R₁₂₈,G₁₂₈,B₁]、[R₁₂₈,G₁₂₈,B₃]、[R₁₂₈,G₁₂₈,B₅]、······、[R₁₂₈,G₁₂₈,B₁₂₈]这样三个分量依次从小到大的顺序排列数据，B色彩空间下的数据也随之按照这一顺序排列，建立一张长度为128×128×128的在A色彩空间和B色彩空间之间相互映射的查找表；

对于医用显示器中三刺激值数据位宽为10的情况，A色彩空间下的所有数据按照[R₁,G₁,B₁]、[R₁,G₁,B₃]、[R₁,G₁,B₅]、······、[R₁,G₁,B₂₅₆]、[R₁,G₃,B₁]、[R₁,G₃,B₃]、[R₁,G₃,B₅]、······、[R₁,G₃,B₂₅₆]、······、[R₂₅₆,G₂₅₆,B₁]、[R₂₅₆,G₂₅₆,B₃]、[R₂₅₆,G₂₅₆,B₅]、······、[R₂₅₆,G₂₅₆,B₂₅₆]这样三个分量依次从小到大的顺序排列数据，B色彩空间下的数据也随之按照这一顺序排列，建立一张长度为256×256×256的在A色彩空间和B色彩空间之间相互映射的查找表。

4.根据权利要求3所述的医用显示器色彩空间均匀化处理方法，其特征在于，步骤三的具体步骤如下：

在B色彩空间下，自定义且均匀分割的立方体是一个经过若干均匀分割的立方体，分割方式包括：16×16×16、17×17×17、18×18×18、19×19×19、20×20×20、21×21×21、22×22×22、23×23×23、24×24×24、25×25×25、26×26×26、27×27×27、28×28×28、29×29×29、30×30×30、31×31×31×31、32×32×32，立方体被分割的越小，从B色彩空间到A色彩空间的转换精度越大，同时计算量也就越大；

在B色彩空间下，用上述自定义且均匀分割的立方体来包裹步骤一所建立的B色彩空间，在三维空间上实现自定义且均匀分割的立方体对B色彩空间的均匀分割。

5.根据权利要求4所述的医用显示器色彩空间均匀化处理方法，其特征在于，步骤四的具体步骤如下：

假设自定义且均匀分割的立方体上任取一个已知坐标的点P，其坐标为[L_P、a_P、b_P]，在步骤一所建立的B色彩空间中寻找一个到P点空间距离最短的点Q，点Q的坐标为[L_Qmin、a_Qmin、b_Qmin]，满足如下公式：

其中：ΔE为B色彩空间中要寻找的点Q到P点之间在空间上的最短距离；

根据步骤二建立的一张医用显示器从A色彩空间到B色彩空间的查找表，查表得到B色彩空间中的Q点对应在A色彩空间中的映射点q，那么q点就是自定义且均匀分割的立方体上已知坐标P点在A色彩空间中的映射点p，由此建立与医用显示器显示属性有关的从B色彩空间到A色彩空间的转换关系。