CN106531097B - 一种医用显示器色彩还原系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种医用显示器色彩还原系统及其实现方法，其特征是，包括色彩测量模块、上位机模块、微控制器模块、图像处理模块、光源模块和液晶面板；所述微控制器模块用于控制光源模块、上位机模块和图像处理模块之间的工作过程。本发明所达到的有益效果：突破传统医学显示器在不同色彩空间下进行数据转化的局限性，将医用显示器显示的医学影像从一种色彩空间转化到另一种色彩空间下显示，进而实现医用显示器色彩显示的准确还原，有效解决了在不同电脑主机及不同使用条件设置下医用显示器对医学影像的表现存在的差异性难题，不仅提高医用显示器图像显示质量，减少不必要的误差，而且有助于医生提高医学诊断效率和准确率。

Description

一种医用显示器色彩还原系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种医用显示器色彩还原系统及其实现方法，属于医用专业显示技术领域。

背景技术

近年来，彩色影像逐渐成为一个活跃的研究领域，基于计算机的多媒体彩色系统在网络通信、工业自动化、医疗诊断等领域的应用不断扩大。但对于影像数据的表现仍是一个问题，那就是如何确保在两个完全不同的显示设备上的影像可比较并一致性地显示。与早期的系统相比，现在这个问题更加相当复杂。在当今的多媒体等应用中，被比较和再现的影像可能来自于两个完全不同的输入设备源，也可能在两个完全不同的输出设备上再现，这样就会对同一景物形成的颜色表现不会完全相同。例如，对网络传播中的同一影像，用户可能下载到自己的电脑上，也可能由打印机硬拷贝输出。由于不同的电脑以及不同的条件设置对数字影像的表现能力不同，不同类型的输出设备表现颜色更是有较大的差异，会形成颜色表现的极大差别。另外，各种媒体均介入影像流程，使得影像的再现成为一个极其复杂的问题。

在医用显示领域，医用显示器比与普通民用显示器对色彩重现、亮度、分辨率等技术参数有着更高的要求。同时，随着技术的发展，医学影像包含越来越丰富的信息，特别是4K、8K等医用影像的广泛运用，医学诊断对医用显示器在色彩表现上的准确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CIE LAB色空间)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。因此，实现医用显示器色彩显示的准确还原，不仅提高图像显示质量，减少不必要的误差，而且有助于医生提高医学诊断效率和准确率。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种医用显示器色彩还原系统及其实现方法，实现医用显示器色彩显示的准确还原，不仅提高了医用显示器色彩还原能力，优化了医学影像显示效果，而且有助于医生提高医学诊断效率和准确率。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种医用显示器色彩还原系统，其特征是，包括色彩测量模块、上位机模块、微控制器模块、图像处理模块、光源模块和液晶面板；所述色彩测量模块用于测量液晶面板在不同色彩空间下的颜色分量数值，并将数据发送给微控制器模块，微控制器模块将此数据发送给上位机模块；所述上位机模块根据所述色彩测量模块的测量数据计算得到在两种不同色彩空间下具有映射关系的数据表，并将数据表传给微控制器模块；所述图像处理模块通过微控制器模块得到所述数据表，根据数据表将从一种色彩空间输入的数据实时映射到另一种色彩空间输入的数据，并输送给液晶面板；所述光源模块用于改变背光使得液晶面板亮度达到符合不同色彩标准下要求的亮度值；所述微控制器模块用于控制光源模块、上位机模块和图像处理模块之间的工作过程。

进一步地，所述图像处理模块包括映射表单元、数据计算单元和处理控制单元；所述映射表单元用于存储所述数据表；所述数据处理单元用于实时计算出从一种色彩空间输入的数据映射到另一种色彩空间输入的数据，并输出给液晶面板；所述处理控制单元用于与微控制器模块进行通信，并控制整个图像处理模块的工作流程。

一种上述的医用显示器色彩还原系统的实现方法，其特征是，包括如下步骤：

1)色彩模块测量医用显示器在不同色彩空间下的数据；

2)微控制器模块将步骤1)得到的数据转发给上位机模块；

3)上位机模块根据测量数据建立不同色彩空间下具有映射关系的数据表后，通过微控制器模块转发给图像处理模块；

4)图像处理模块根据数据表将从一种色彩空间输入的数据实时映射到另一种色彩空间输入的数据，并输送给液晶模块；

5)微控制器模块控制光源模块使色彩还原系统正常工作。

进一步地，所述步骤4)的具体步骤如下：

41)接收来自微控制器模块发送的命令，产生上位机模块所需要的测试图像并在液晶面板上显示；

42)根据微控制器模块发送的在两种不同色彩空间下具有映射关系的数据表，实时计算出从一种色彩空间输入的数据映射到另一种色彩空间输入的数据，并输出给液晶面板。

本发明所达到的有益效果：1.突破传统医学显示器在不同色彩空间下进行数据转化的局限性，本方法将医用显示器显示的医学影像从一种色彩空间转化到另一种色彩空间下显示，进而实现医用显示器色彩显示的准确还原，有效解决了在不同电脑主机及不同使用条件设置下医用显示器对医学影像的表现存在的差异性难题；2.充分利用本地电脑主机的计算资源，医用显示器色彩还原系统针对医用显示器在不同色彩空间下的色彩测量及在色彩还原过程的大量数据计算由上位机自行完成，保证了医用显示器色彩还原系统在数据计算上的准确性和可靠性；3.在医用显示器已有部件结构基础上，通过增加医用显示器色彩还原系统，实现医用显示器在不同色彩空间下的数据实时转换与实现，不仅提高医用显示器图像显示质量，减少不必要的误差，而且有助于医生提高医学诊断效率和准确率。

附图说明

图1是本发明的还原系统的工作流程图；

图2是本发明的还原系统的结构示意图；

图3是sRGB到LAB色彩空间的特征转换流程；

图4是LAB到sRGB色彩空间的特征转化流程。

图5是医用显示器色彩还原系统工作示意图。

具体实施方式

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。

本发明涉及医用显示器色彩显示在不同色彩空间下的数据转化方法，通过医用显示器色彩还原系统的实现，即医学图像从一种色彩空间转化到另一种色彩空间下显示，进而实现医用显示器色彩显示的准确还原。

具体地，本发明所涉及的还原系统包括色彩测量模块、上位机模块、微控制器模块、图像处理模块、光源模块和液晶面板。其各个模块的连接关系如图1所示。其中整体结构如图5所示，微控制器模块、图像处理模块、光源模块和液晶面板形成一个总的医学专用显示器，图5中的上部分为上位机模块，这里采用电脑，下部分的左侧为医学专用显示器，右侧为色彩测量模块。下面对各个模块进行逐一说明：

色彩测量模块用于测量液晶面板在不同色彩空间下的颜色分量数值，并将数据发送给微控制器模块，微控制器模块将此数据发送给上位机模块。色彩测量模块可以是一个专业色彩分析器或其他色彩测量设备，其功能是精确测量显示器在不同色彩空间下的颜色分量数值。

微控制器模块的功能是控制医用显示器色彩还原系统的工作流程，具体可以由FPGA等可编程器件或ARM等专用集成电路芯片等器件实现。具体工作内容包括：

S1.接收来自色彩测量模块发送的数据，并将数据转发给上位机模块；

S2.向图像处理模块发送命令，使图像处理模块产生色彩测量模块所需要的测试图像并在医用显示器上显示；

S3.接收来自上位机模块发送的关于医用显示器在两种不同色彩空间下具有映射关系的数据表，并再次下发给图像处理模块。

上位机模块根据所述色彩测量模块的测量数据计算得到在两种不同色彩空间下具有映射关系的数据表，并将数据表传给微控制器模块。上位机模块实际上是运行在电脑主机上的上层应用软件，利用本地主机资源进行大量的数据计算。其具体工作包括：

S1.接收来自微控制器模块发送的数据；

S2.根据一种能够通过计算将医用显示器可显示的色彩从一种色域空间转化到另一种色彩空间的映射方法，得到在两种不同色彩空间下具有映射关系的数据表；

S3.将得到在两种不同色彩空间下具有映射关系的数据表下发给图像处理模块。

图像处理模块通过微控制器模块得到所述数据表，根据数据表将从一种色彩空间输入的数据实时映射到另一种色彩空间输入的数据，并输送给液晶面板。图像处理模块具体由FPGA等可编程器件或DSP等专用集成电路芯片等器件实现。

其工作过程包括：

S1.接收来自微控制器模块发送的命令，产生上位机模块所需要的测试图像并在液晶面板上显示；

S2.根据权微控制器模块发送的在两种不同色彩空间下具有映射关系的数据表，实时计算出从一种色彩空间输入的数据映射到另一种色彩空间输入的数据，并输出给液晶面板显示。

在本实施例中上述的图像处理模块包括映射表单元、数据计算单元和处理控制单元，三个单元具体对应的工作内容如下：

S1.映射表单元用于存储上位机模块计算得到的在两种不同色彩空间下具有映射关系的数据表；

S2.根据映射表单元中存储的映射数据表，数据计算单元实时计算出从一种色彩空间输入的数据映射到另一种色彩空间输入的数据，并输出给医用显示器显示；

S3.处理控制单元负责与微控制器模块进行通信，并控制图像处理模块的整个工作流程。

光源模块用于改变背光使得液晶面板亮度达到符合不同色彩标准下要求的亮度值

本实施例中所选择的两个不同的色域空间为sRGB色空间和CIE LAB色空间。

sRGB色空间，是一种缺省的RGB色空间，即标准RGB色空间。这是一个简单、固定且与设备无关的色空间，能够以最少的转换和系统开销获得相当好的色彩质量，为众多硬件、软件开发商所支持。

要使显示器符合sRGB的色度特性，需要显示器和环境共同满足一定的色度要求。具体指标如表1所示。

条件	指标
		显示器亮度级	80cd/m2
显示器偏置(R、G、B)	0
		显示器白点	x＝0.3127，y＝3290(D65)
显示器伽马	2.2
		环境光亮度级	63lux
环境光白点	x＝0.3457，y＝0.3585(D50)
		参考视觉杂散光	0.2cd/m2

表1 sRGB要求

表1中，D65、D50分别指D65、D50照明体。伽玛值的选择对表现中间色调有较大的影响。在PC上sRGB使用的是2.2的伽玛值，白点为D65照明体对应的6500K，它有很好的感知能力，可以与绝大多数的计算机及视频设备特性进行良好的匹配。目前，Windows采用的是2.2的默认伽玛值，所以在PC上sRGB可以与各种图形图像软件及打印设备进行匹配。

此外，值得注意的是表中“环境光的白点”要求为D50照明体，代表平均日光。这一方面符合大多数情况下，显示器处于日光从窗射入的办公室环境，另一方面也与ICC设备描述文件中设定的照明体相一致，统一于ICC色彩管理的标准之内。

sRGB的红、绿、蓝原色在D65照明体下的色度坐标如表2所示。

色度坐标	红	绿	蓝
				x	0.6400	0.3000	0.1500
y	0.3300	0.6000	0.0600
				z	0.0300	0.1000	0.7900

表2 sRGB原色色度特性

由于CIEXYZ三刺激值由符合D65白点条件下的亮度和红、绿、蓝色度坐标x、y、z确定。可求得任何色彩对应D65照明体下的CIEXYZ三刺激值为：其中，亮度因子r、g、b由对应的sRGB数字控制值R、G、B决定，在8位的情况下取1到255整数，且有下述关系：R’＝R/255,G’＝G/255,G’＝G/255。

当R’、G’、B’≤0.04045时：

当R’、G’、B’≥0.04045时：

注意的是，R、G、B对应数字影像中的整数数字控制值,而R’、G’、B’和r、g、b为在0到1间的非整数比例值。通常，将R、G、B称为非线性sRGB值，而将r、g、b称为sRGB线性值。

上述相反的过程，可由CIE XYZ三刺激值得到数字控制整数值RGB，过程如下：

当r、g、b≤0.0031308时：

当r、g、b≥0.0031308时

于是：

另外，由于sRGB为D65白点，而ICC标准的设备描述文件所关联的为D50白点。所以，关联中首先需要建立sRGB与D50照明体条件的色度转换，这种转换关系遵循基本的色度规律。由表2中D65与D50照明体的色度坐标可得如下关系：

可得到：

求逆可得：

于是，sRGB到LAB转换关系如下：

综上所述，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，构建一个完整的医用显示器色彩还原系统，首先测量获得医用显示器在不同色彩空间下相当数量并达到一定规模的数据，然后建立不同色彩空间下具有映射关系的数据表，最后依据这些数据表计算出从一种色彩空间输入的数据映射到另一种色彩空间输出的数据，并在上述医用显示器上显示另一种色彩空间输出的数据，最终实现上述医用显示器上的色彩还原。

这些数据是上述医用显示器在不同色彩空间下具体的色彩分量数值。由于是直接测量得到的数据，无需通过计算，直接反应不同色彩空间之间的数据转换关系。

本发明中的医用显示器色彩还原系统及其实现方法具有以下技术效果：

1、突破传统医学显示器在不同色彩空间下进行数据转化的局限性，提供一种医用显示器色彩显示在不同色彩空间下的数据转化方法，并实现一种医用显示器色彩还原系统，即将医用显示器显示的医学影像从一种色彩空间转化到另一种色彩空间下显示，进而实现医用显示器色彩显示的准确还原，有效解决了在不同电脑主机及不同使用条件设置下医用显示器对医学影像的表现存在的差异性难题。

2、充分利用本地电脑主机的计算资源，医用显示器色彩还原系统针对医用显示器在不同色彩空间下的色彩测量及在色彩还原过程的大量数据计算由上位机自行完成，保证了医用显示器色彩还原系统在数据计算上的准确性和可靠性。

3、在医用显示器已有部件结构基础上，通过增加医用显示器色彩还原系统，实现医用显示器在不同色彩空间下的数据实时转换与实现，不仅提高医用显示器图像显示质量，减少不必要的误差，而且有助于医生提高医学诊断效率和准确率。

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 (4)

1.一种医用显示器色彩还原系统，其特征是，包括色彩测量模块、上位机模块、微控制器模块、图像处理模块、光源模块和液晶面板；

所述色彩测量模块用于测量液晶面板在不同色彩空间下的颜色分量数值，并将数据发送给微控制器模块，微控制器模块将此数据发送给上位机模块；

所述上位机模块根据所述色彩测量模块的测量数据计算得到在两种不同色彩空间下具有映射关系的数据表，并将数据表传给微控制器模块；

所述图像处理模块通过微控制器模块得到所述数据表，根据数据表将从一种色彩空间输入的数据实时映射到另一种色彩空间输入的数据，并输送给液晶面板；

所述光源模块用于改变背光使得液晶面板亮度达到符合不同色彩标准下要求的亮度值；

所述微控制器模块用于控制光源模块、上位机模块和图像处理模块之间的工作过程。

2.根据权利要求1所述的一种医用显示器色彩还原系统，其特征是，所述图像处理模块包括映射表单元、数据计算单元和处理控制单元；

所述映射表单元用于存储所述数据表；

所述数据计算单元用于实时计算出从一种色彩空间输入的数据映射到另一种色彩空间输入的数据，并输出给液晶面板；

所述处理控制单元用于与微控制器模块进行通信，并控制整个图像处理模块的工作流程。

3.一种基于权利要求1-2任意一项所述的医用显示器色彩还原系统的实现方法，其特征是，包括如下步骤：

1)色彩模块测量医用显示器在不同色彩空间下的数据；

2)微控制器模块将步骤1）得到的数据转发给上位机模块；

3)上位机模块根据测量数据建立不同色彩空间下具有映射关系的数据表后，通过微控制器模块转发给图像处理模块；

4)图像处理模块根据数据表将从一种色彩空间输入的数据实时映射到另一种色彩空间输入的数据，并输送给液晶模块；

5)微控制器模块控制光源模块使色彩还原系统正常工作。

4.根据权利要求3所述的一种医用显示器色彩还原系统的实现方法，其特征是，所述步骤4）的具体步骤如下：

41)接收来自微控制器模块发送的命令，产生上位机模块所需要的测试图像并在液晶面板上显示；

42)根据微控制器模块发送的在两种不同色彩空间下具有映射关系的数据表，实时计算出从一种色彩空间输入的数据映射到另一种色彩空间输入的数据，并输出给液晶面板。