CN108172167B - 便携超声设备显示校正系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种便携超声设备显示校正系统，其主要改进之处在于，包括一个伽马校正模块和一个存储单元；所述伽马校正模块设于便携超声设备的处理模块上，所述存储单元设于便携超声设备的显示屏上；处理模块获得超声图像后，通过伽马校正模块读取存储单元中存放的该显示屏的伽马参数，然后根据伽马校正补偿算法对超声图像中每一个像素点的RGB数据进行相应的补偿和映射，输出伽马校正后的超声图像RGB数据。本发明一方面省去了便携超声设备需要额外使用的手机等终端，另一方面可以替代传统的利用专用集成芯片校正伽马曲线的方案，简化了电路，节省了空间。

Description

便携超声设备显示校正系统

技术领域

本发明涉及一种超声设备，尤其是一种便携超声设备显示校正系统。

背景技术

由于液晶显示器的电光特性以及生产工艺等原因，不同显示器的伽马(gamma)曲线都不一样，如果不加以校正，相同的图像在不同屏幕上的显示效果会千差万别并且还会有严重失真。对于医疗器械厂商来说，一般会根据自己的图像显示需求，让显示器供应商按照特定的伽马曲线进行校正，以保证图像质量的一致性。

现有的方案大多是显示屏厂商使用一块搭载专用集成芯片的驱动板进行伽马校正，并安装在显示屏的背面，厂商会把每块屏的伽马参数存储在搭载的驱动板上，这样针对每块屏的伽马曲线都可以进行相应的补偿，依此实现各灰阶误差和暗场细节的调整、保证亮度、对比度一致性等。而便携超声设备由于尺寸和空间的问题，无法搭载驱动板。

目前，便携超声设备多采用超声探头和显示器以及处理器分离的方案，如超声探头加手机或者超声探头加平板终端(PAD)来实现。这样图像显示一致性只能依赖所连接的显示屏的一致性，因不同手机或者平板终端等显示效果差异明显，对于医用超声诊断会产生不利影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种便携超声设备显示校正系统，通过在处理模块上内嵌伽马校正补偿算法解决了显示屏上图像显示一致性的问题，一方面省去了便携超声设备需要额外使用的手机等终端，另一方面可以替代传统的利用专用集成芯片校正伽马曲线的方案，简化了电路，节省了空间，降低了成本，通用性和可移植性也大大提高。本发明采用的技术方案是：

一种便携超声设备显示校正系统，其主要改进之处在于，包括一个伽马校正模块和一个存储单元；

所述伽马校正模块设于便携超声设备的处理模块上，所述存储单元设于便携超声设备的显示屏上；

处理模块获得超声图像后，通过伽马校正模块读取存储单元中存放的该显示屏的伽马参数，然后根据伽马校正补偿算法对超声图像中每一个像素点的RGB数据进行相应的补偿和映射，输出伽马校正后的超声图像RGB数据。

进一步地，伽马校正模块根据伽马校正补偿算法对超声图像中每一个像素点的第一位宽的RGB数据进行相应的补偿和映射，输出第二位宽的RGB数据；第二位宽大于第一位宽；

将RGB三色经过伽马校正和映射后得到的第二位宽RGB数据先分别存储在存储单元；在图像还原时按照调整后的位宽宽度逐一合并处理，以校正每个RGB颜色的伽马曲线偏差；

最后根据显示屏实际支持的色阶位宽，进行帧比率压缩，从第二位宽或以上的多个色阶颜色数据中识别并抽取出最佳位宽颜色，输出至显示屏上。

进一步地，所述伽马校正补偿算法包括：

对超声图像RGB数据中每一颜色数据，进行：

假定超声图像中某个像素点的像素值为a，先将此像素值归一化处理：

a′＝(a+1)/256；

根据预补偿阶段的公式y_correct＝x_in ^1/γ，原始的超声图像输入为x_in，显示屏的输入为y_correct，γ为显示屏的伽马参数；得到补偿值b′如下：

b′＝a^′1/γ＝((a+1)/256)^1/γ；

将补偿后的值缩放到需要的像素值区间上，假设需求的位宽为n，则有：

b＝2ⁿ*b′-1＝2ⁿ*((a+1)/256)^1/γ-1

通过以上一系列的转换，把原超声图像中像素值为a的点预先补偿到像素值b，完成一次转换。

更进一步地，伽马参数γ取预设值，或者，把每个像素点的γ值都计算出来，再取平均值γ^{^}。

进一步地，处理模块上设FPGA，FPGA中包括所述伽马校正模块。

进一步地，第一位宽为8位。

进一步地，第二位宽为10位至14位。

进一步地，所述显示屏与处理模块位于同一个便携超声设备，一体设置。

进一步地，存储单元为显示屏中的EEPROM。

进一步地，FPGA上还包括波速合成控制单元、预处理单元、显示单元。

本发明的优点在于：本发明将OLED显示屏集成在便携超声设备中，省去需要额外配置的手机或平板终端，在实现便携的同时，解决OLED显示屏伽马校正问题，保证OLED显示屏显示效果一致性。

附图说明

图1为本发明的结构组成示意图。

图2为本发明的图像伽马校正示意图。

图3为本发明的伽马校正原理图。

图4为本发明的预补偿曲线和显示屏伽马曲线的关系示意图。

图5、图6为本发明的不同曲线伽马校正示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

一种便携超声设备，如图1所示，包括超声换能器、模拟前端、多通道发射模块、处理模块、OLED显示屏等；

所述OLED显示屏中设有存储单元，如图1中的EEPROM；本发明将OLED显示屏的伽马参数(Gamma参数)存储在EEPROM里面，伽马参数一般可由显示屏厂商或者超声设备厂家测量得到；

处理模块包括ARM主处理器和FPGA；在FPGA上实现了波速合成控制单元、预处理单元、显示单元和伽马校正模块；

超声换能器发射的超声波在人体组织中传播会产生回波，这些微弱的回波经超声换能器转换成电信号，经模拟前端的ADC采样将模拟信号数字化，然后通过一系列的波束合成以及算法处理，最终得到可视化的超声图像；为了对OLED显示屏进行显示一致性处理，在驱动OLED显示屏之前，可以通过图1所示的伽马校正模块进行伽马校正和映射，最后通过MIPI-DSI接口将编码后的RGB数据传送给OLED显示屏，经过这样的校正，相同的超声图像在不同的OLED显示屏上可以得到相同的显示效果，一致性基本满足要求。

一般来说，液晶显示屏由于自身的特性，输出无法和输入完全一致，即输出和输入是非线性的关系，可以近似用y＝αx^γ来表示，理想的情况下，RGB输入的8位数据都能准确的在液晶显示屏上输出，显示屏的输入x和输出y呈线性关系(α＝γ＝1)。但是，由于每台液晶显示屏都有自己独特的γ值，所以y一般不等于x。为了能将液晶显示屏的输入和输出调整到1:1线性平衡，实现图像色彩的准确显示，需要进行γ值的校正，校正过程大致如图2所示；

为了补偿这种非线性产生的失真，在显示前需要对图像数据进行预补偿，如图3所示；

假设原始的图像输入为x_in，显示屏的输入为y_correct，输出为y_out，那么他们之间有以下关系：

y_correct＝x_in ^1/γ；预补偿阶段；

y_out＝y_correct ^γ；显示阶段；

最终，系统的输入到输出表示如下：

y_out＝y_correct ^γ＝(x_in ^1/γ)^γ＝x_in；

γ为伽马参数；

从上面的过程可以看出，经过补偿后整个系统的输出到输入为线性关系；

预补偿曲线和显示屏伽马曲线的关系如图4所示；

显示屏的伽马参数可由屏幕供应商提供，并按照要求格式存储在显示屏的EEPROM中，以RGB各8bit位宽的显示屏为例，其像素值为0～255间的整数值点，每个数值点对应一个灰度值；

本发明的伽马校正补偿算法为：

对超声图像RGB数据中每一颜色数据，进行：

假定超声图像中某个像素点的像素值为a，为了便于计算可先将此像素值归一化处理：

a′＝(a+1)/256；

根据预补偿阶段的公式，可以得到补偿值b′如下：

b′＝a^′1/γ＝((a+1)/256)^1/γ；

将补偿后的值缩放到需要的像素值区间上，假设需求的位宽为n，则有：

b＝2ⁿ*b′-1＝2ⁿ*((a+1)/256)^1/γ-1

通过以上一系列的转换，把原超声图像中像素值为a的点预先补偿到像素值b，完成一次转换；其他的像素值可依此类推，逐一转换；

另外，上面的转换计算中γ可以设定为某个特定的值，如γ＝1.8，2.2等，也可以根据FPGA从EEPROM中读取的伽马参数，利用公式y＝x^γ，把每个像素点的γ值都计算出来，再取平均值γ^，把γ^放到预补偿公式中计算，这样能保证每块显示屏的伽马曲线都能得到各自的补偿；最后，也可根据显示屏实际的显示效果对上述的参数进行一些精细化调整；

经过上述分析，当FPGA读取OLED显示屏的EEPROM中存放的伽马参数后，根据伽马校正补偿算法对超声图像中每一个像素点的8位(第一位宽)RGB数据进行相应的补偿和映射，一般情况下要得到比较好的显示效果，输出应为10位至14位(n＝10～14，第二位宽)RGB数据；将RGB三色经过伽马校正和映射后得到的第二位宽RGB数据可先分别存储在存储单元EEPROM中，在图像还原时按照调整后的位宽宽度逐一合并处理，这样能够校正每个RGB颜色的伽马曲线偏差，使显示屏显示接近理想的线性关系。最后可根据显示屏实际支持的色阶位宽，进行合理的帧比率压缩，从10位或以上的多个色阶颜色数据中识别并抽取出最佳位宽颜色，经过MIPI-DSI接口输出到OLED显示屏上。

本发明可以使用在各种带有液晶显示器的便携式超声设备上，并且在某些特殊要求的场合中，可以利用本方案中的伽马校正补偿算法将伽马校正应用到不同曲线上，以实现不同显示效果需要；如图5、图6所示。

本发明涉及的术语：

MIPI(移动行业处理器接口)是Mobile Industry Processor Interface的缩写。

DSI(Display Serial Interface,)定义了一个位于处理器和显示模组之间的高速串行接口。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种便携超声设备显示校正系统，其特征在于，包括一个伽马校正模块和一个存储单元；

所述伽马校正模块设于便携超声设备的处理模块上，所述存储单元设于便携超声设备的显示屏上；

处理模块获得超声图像后，通过伽马校正模块读取存储单元中存放的该显示屏的伽马参数，然后根据伽马校正补偿算法对超声图像中每一个像素点的RGB数据进行相应的补偿和映射，输出伽马校正后的超声图像RGB数据；

伽马校正模块根据伽马校正补偿算法对超声图像中每一个像素点的第一位宽的RGB数据进行相应的补偿和映射，输出第二位宽的RGB数据；第二位宽大于第一位宽；

将RGB三色经过伽马校正和映射后得到的第二位宽RGB数据先分别存储在存储单元；在图像还原时按照调整后的位宽宽度逐一合并处理，以校正每个RGB颜色的伽马曲线偏差；

最后根据显示屏实际支持的色阶位宽，进行帧比率压缩，从第二位宽或以上的多个色阶颜色数据中识别并抽取出最佳位宽颜色，输出至显示屏上；

所述伽马校正补偿算法包括：

对超声图像RGB数据中每一颜色数据，进行：

假定超声图像中某个像素点的像素值为a，先将此像素值归一化处理：

a′＝(a+1)/256；

根据预补偿阶段的公式y_correct＝x_in ^1/γ，原始的超声图像输入为x_in，显示屏的输入为y_correct，γ为显示屏的伽马参数；得到补偿值b′如下：

b′＝a′^1/γ＝((a+1)/256)^1/γ；

将补偿后的值缩放到需要的像素值区间上，假设需求的位宽为n，则有：

b＝2ⁿ*b′-1＝2ⁿ*((a+1)/256)^1/γ-1

通过以上一系列的转换，把原超声图像中像素值为a的点预先补偿到像素值b，完成一次转换。

2.如权利要求1所述的便携超声设备显示校正系统，其特征在于，

伽马参数γ取预设值，或者，把每个像素点的γ值都计算出来，再取平均值γ^。

3.如权利要求1所述的便携超声设备显示校正系统，其特征在于，

处理模块上设FPGA，FPGA中包括所述伽马校正模块。

4.如权利要求1所述的便携超声设备显示校正系统，其特征在于，

第一位宽为8位。

5.如权利要求1所述的便携超声设备显示校正系统，其特征在于，

第二位宽为10位至14位。

6.如权利要求1所述的便携超声设备显示校正系统，其特征在于，

所述显示屏与处理模块位于同一个便携超声设备，一体设置。

7.如权利要求1所述的便携超声设备显示校正系统，其特征在于，

存储单元为显示屏中的EEPROM。

8.如权利要求3所述的便携超声设备显示校正系统，其特征在于，

FPGA上还包括波速合成控制单元、预处理单元、显示单元。

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