CN110164397B - 一种基于医用显示器的蓝光防护装置及方法 - Google Patents

一种基于医用显示器的蓝光防护装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于医用显示器的蓝光防护装置及方法，装置包括：图像生成模块、分光辐射亮度计模块、上位机应用软件模块和色彩空间转换模块；通过图像生成模块为医用显示器提供图像清晰度达到像素级的测试图像；通过分光辐射亮度计模块测量医用显示器的红绿蓝三基色光谱数据及RGB、LAB色彩空间分布数据；通过上位机应用软件模块实时计算出医用显示器从RGB色彩空间到LAB色彩空间在不同色温条件下的转换映射表；通过色彩空间转换模块加载转换映射表，并将医用显示器正常视频流数据从RGB色彩空间转换到不同色温条件下LAB色彩空间后输出。本发明通过快速、准确地调节色温，有效减少医用显示器像素级别图像的蓝光成分，进而减少医用显示器蓝光危害。

Description

一种基于医用显示器的蓝光防护装置及方法
技术领域
本发明属于医用显示器显示技术领域，具体是一种基于医用显示器的蓝光防护装置及方法。
背景技术
近年来，影像医学数字化进程加快推进：一方面CT、MRI、超声(us)、数字X线摄影等成像系统实现了直接数字化，另一方面随着放射科信息系统(Radiological InformationSystem，RIS)和医院信息系统(Hospital Information System，HIS)的网络化，并联成了医学影像存储与传输系统(Picture Archiving and Communication System，PACS)。这些先进技术使得“软读片”成为可能。作为显示终端，医用显示器已经成为医生进行医学影像诊断的重要可视化设备。
医用显示屏的发光一般在380-780nm可见光范围内，彩色显示一般通过红绿蓝三基色控制技术得到彩色图像。对于不同医用显示屏，其光谱功率分布相差较大但蓝光成分都相对比较突出。蓝光是组成白光和其它色光的重要成分，但过高能量的蓝光却会对人体健康造成影响甚至伤害。
另外，医生每天对着医用显示屏的时间长达8小时，在如此长时间的注视下，屏幕的光辐射对安全和健康也渐渐引起了人们的关注。
因此，引入一种基于医用显示器的蓝光防护装置，缓解医生用眼疲劳，提高医生阅片效率变得越来越必要和迫切。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于医用显示器的蓝光防护装置及方法，能够快速、准确地实现从RGB色彩空间到不同色温条件下LAB色彩空间的转换，通过快速、准确地调节色温，有效减少医用显示器像素级别图像的蓝光成分，进而减少医用显示器蓝光危害。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于医用显示器的蓝光防护装置，包括：图像生成模块、分光辐射亮度计模块、上位机应用软件模块和色彩空间转换模块，所述上位机应用软件模块分别与图像生成模块、分光辐射亮度计模块、色彩空间转换模块连接；所述图像生成模块用于为医用显示器提供图像清晰度达到像素级的测试图像；所述分光辐射亮度计模块用于测量医用显示器的红绿蓝三基色光谱数据及RGB、LAB色彩空间分布数据；所述上位机应用软件模块根据分光辐射亮度计模块测量的数据，实时计算出医用显示器从RGB色彩空间到LAB色彩空间在不同色温条件下的转换映射表；所述色彩空间转换模块用于加载所述转换映射表，并将医用显示器正常视频流数据从RGB色彩空间转换到不同色温条件下LAB色彩空间后输出。
具体地，所述图像生成模块包括：图像处理单元、通信单元、控制单元和存储单元；
所述通信单元用于接收上位机应用软件模块发送的控制指令，并将所述控制指令转发给控制单元；
所述控制单元用于对所述控制指令进行解析，得到像素级别测试图像的分辨率、亮度、刷新率和色深信息，并将解析后的控制指令发送给图像处理单元；
所述图像处理单元用于根据解析后的控制指令，生成符合不同分辨率和规格的医用显示器像素级别要求的测试图像，并在医用显示器上直接显示；
所述存储单元用于存储所述上位机应用软件模块实时计算得到的映射表数据。
进一步地，所述图像处理单元生成的测试图像是按照像素级别显示的白场、红场、蓝场、绿场图像；
当测试图像的色深为8bit时，白场、红场、蓝场、绿场图像的色阶从0～255变化，共计256阶；其中，白场图像的最高灰阶为255；
当测试图像的色深为10bit时，白场、红场、蓝场、绿场图像的色阶从0～1023变化，共计1024阶；其中，白场图像的最高灰阶为1023；
当测试图像的色深为12bit时，白场、红场、蓝场、绿场图像的色阶从0～4095变化，共计4096阶；其中，白场图像的最高灰阶为4095。
进一步地，所述测试图像的分辨率包括：1920×1080、2048×1536、2560×1600、2560×2048、3280×2048、3840×2160、4096×2160、4200×2800、5120×2880；
所述测试图像的亮度范围为：20cd/m2～2000cd/m2；
所述测试图像的刷新率范围为：30Hz～100Hz；
所述测试图像的色深包括：8bit、10bit、12bit。
具体地，所述分光辐射亮度计模块的测试端正对医用显示器的显示面设置，所述分光辐射亮度计模块与医用显示器之间的距离在0.5～2m范围内。
具体地，所述分光辐射亮度计模块测量医用显示器的红绿蓝三基色光谱数据及RGB、LAB色彩空间分布数据包括：
测量医用显示器面板上任意位置和区域的可见光谱的不同波长的能量强度及RGB、LAB色彩空间分布数据；
测量医用显示器面板在不同背光亮度下的可见光谱的不同波长的能量强度及RGB、LAB色彩空间分布数据；
测量医用显示器面板距离分光辐射亮度计模块0.5～2m范围内的可见光谱的不同波长的能量强度及RGB、LAB色彩空间分布数据。
具体地，所述不同色温条件的范围为：2000～15000K。
与上述蓝光防护装置相对应的，本发明还提供了一种基于医用显示器的蓝光防护方法，具体包括以下步骤：
S1，通过图像生成模块生成符合不同分辨率和规格的医用显示器像素级别要求的测试图像，并在医用显示器面板上显示测试图像；
S2，通过分光辐射亮度计模块测量医用显示器面板上的红绿蓝三基色光谱数据及RGB、LAB色彩空间分布数据，并将测量数据发送给上位机应用软件模块；
S3，上位机应用软件模块根据所述测量数据，实时计算出医用显示器从RGB色彩空间到LAB色彩空间在不同色温条件下的转换映射表，并将所述转换映射表下载到图像生成模块的存储单元中；
S4，色彩空间转换模块根据色温命令和转换映射表，将医用显示器的正常视频流数据从RGB色彩空间转换到不同色温条件下LAB色彩空间后输出。
进一步地，步骤S4中，所述色彩空间转换模块对视频流数据进行色彩空间转换的方法为：色彩空间转换模块收到图像生成模块的控制单元发送的色温命令后，主动从存储单元中加载符合所述色温命令的从RGB色彩空间到LAB色彩空间的映射关系数据，并根据所述映射关系数据实时将医用显示器正常视频流数据从RGB色彩空间转换到特定色温条件下的LAB色彩空间后输出；所述特定色温条件与色温命令相符。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明突破传统医学医用显示器减少蓝光危害措施的不足，给出一种能实时动态调节色温进而实现降低医用显示器像素级别图像的蓝光成分的方法，即能够快速、准确地实现从RGB色彩空间到不同色温条件下LAB色彩空间的转换，通过快速、准确地调节色温，有效减少医用显示器像素级别图像的蓝光成分，进而减少医用显示器蓝光危害；(2)本发明的蓝光防护装置能够实现对医用显示器显示的像素级别图像的可见光谱进行快速测量、实时计算、稳定存储，以及色温快速、准确地调节，从而以最小的代价实现医用显示器蓝光防护；(3)本发明的蓝光防护装置自动化程度高，部署灵活，易维护，操作简单，可广泛应用于不同分辨率和规格的医用显示器的蓝光防护。
附图说明
图1为本发明实施例1中蓝光防护装置的结构框架示意图；
图2为本发明实施例1中图像生成模块的结构框架示意图；
图3为本发明实施例1中蓝光防护装置的测量示意图；
图4为本发明实施例2中蓝光防护方法的流程示意框图；
图5为本发明实施例2中色温在CIE1931的色度变化曲线示意图；
图6为本发明实施例2中上位机应用软件模块的工作流程示意框图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1至3所示，本实施例提供了一种基于医用显示器的蓝光防护装置，包括：图像生成模块、分光辐射亮度计模块、上位机应用软件模块和色彩空间转换模块，所述上位机应用软件模块分别与图像生成模块、分光辐射亮度计模块、色彩空间转换模块连接；所述图像生成模块用于为医用显示器提供图像清晰度达到像素级的测试图像；所述分光辐射亮度计模块用于测量医用显示器的红绿蓝三基色光谱数据及RGB、LAB色彩空间分布数据；所述上位机应用软件模块根据分光辐射亮度计模块测量的数据，实时计算出医用显示器从RGB色彩空间到LAB色彩空间在不同色温条件下的转换映射表；所述色彩空间转换模块用于加载所述转换映射表，并将医用显示器正常视频流数据从RGB色彩空间转换到不同色温条件下LAB色彩空间后输出。
具体地，所述图像生成模块包括：图像处理单元、通信单元、控制单元和存储单元；
所述通信单元由ARM芯片具体实现，主要功能是用于接收上位机应用软件模块发送的控制指令，并将所述控制指令转发给控制单元；
所述控制单元由编码集成电路芯片(ASIC)或FPGA芯片具体实现，主要功能是用于对所述控制指令进行解析，得到像素级别测试图像的分辨率、亮度、刷新率和色深信息，并将解析后的控制指令发送给图像处理单元；
所述图像处理单元由编码集成电路芯片(ASIC)或FPGA芯片具体实现，主要功能是用于根据解析后的控制指令，生成符合不同分辨率和规格的医用显示器像素级别要求的测试图像，并在医用显示器上直接显示；
所述存储单元由Flash等掉电不丢失数据的存储芯片具体实现，主要功能是用于存储所述上位机应用软件模块实时计算得到的映射表数据。
进一步地，所述图像处理单元生成的测试图像是按照像素级别显示的白场、红场、蓝场、绿场图像；
当测试图像的色深为8bit时，白场、红场、蓝场、绿场图像的色阶从0～255变化，共计256阶；其中，白场图像的最高灰阶为255；
当测试图像的色深为10bit时，白场、红场、蓝场、绿场图像的色阶从0～1023变化，共计1024阶；其中，白场图像的最高灰阶为1023；
当测试图像的色深为12bit时，白场、红场、蓝场、绿场图像的色阶从0～4095变化，共计4096阶；其中，白场图像的最高灰阶为4095。
进一步地，所述测试图像的分辨率包括：1920×1080、2048×1536、2560×1600、2560×2048、3280×2048、3840×2160、4096×2160、4200×2800、5120×2880；
所述测试图像的亮度范围为：20cd/m2～2000cd/m2；
所述测试图像的刷新率范围为：30Hz～100Hz；
所述测试图像的色深包括：8bit、10bit、12bit。
具体地，所述分光辐射亮度计模块具体由专业的分光辐射亮度计实现，主要功能是测量医用显示器像素级别测试图像的可见光谱数据，即医用显示器面板发出的可见光谱的不同波长的能量强度及其RGB、LAB等色彩空间分布数据。所述分光辐射亮度计的测试端正对医用显示器的显示面设置，所述分光辐射亮度计模块与医用显示器之间的距离在0.5～2m范围内。
具体地，所述分光辐射亮度计模块测量医用显示器的红绿蓝三基色光谱数据及RGB、LAB色彩空间分布数据包括：
测量医用显示器面板上任意位置和区域的可见光谱的不同波长的能量强度及RGB、LAB色彩空间分布数据；
测量医用显示器面板在不同背光亮度下的可见光谱的不同波长的能量强度及RGB、LAB色彩空间分布数据；
测量医用显示器面板距离分光辐射亮度计模块0.5～2m范围内的可见光谱的不同波长的能量强度及RGB、LAB色彩空间分布数据。
具体地，所述不同色温条件的范围为：2000～15000K。
具体地，所述上位机应用软件模块模块具体由上位机应用软件实现，主要功能是实时计算出医用显示器从RGB色彩空间到LAB色彩空间在不同色温条件下的映射表数据。
实施例2
如图4至6所示，本实施例提供了一种基于医用显示器的蓝光防护方法，具体包括以下步骤：
S1，图像生成模块根据上位机应用软件模块发送的控制指令生成符合不同分辨率和规格的医用显示器像素级别要求的测试图像，对测试图像进行保持滤波，并在医用显示器面板上显示测试图像；
S2，通过分光辐射亮度计模块测量医用显示器面板上的红绿蓝三基色光谱数据及RGB、LAB色彩空间分布数据，并将测量数据发送给上位机应用软件模块；
S3，上位机应用软件模块根据所述测量数据，实时计算出医用显示器从RGB色彩空间到LAB色彩空间在不同色温条件下的转换映射表，并将所述转换映射表下载到图像生成模块的存储单元中；
S4，色彩空间转换模块根据色温命令和转换映射表，将医用显示器的正常视频流数据从RGB色彩空间转换到不同色温条件下LAB色彩空间后输出。
具体地，步骤S1中，上位机应用软件模块发送给图像生成模块的控制指令，包含像素级别测试图像的分辨率、刷新率、背光亮度、色深等参数；图像生成模块生成的像素级别测试图像可以在医用显示器面板上任意位置和任意大小区域直接显示。
具体地，步骤S2中，所述分光辐射亮度计模块可以测量医用显示器面板上任意位置和区域的可见光谱的不同波长的能量强度及RGB、LAB色彩空间分布数据；
所述分光辐射亮度计模块可以测量医用显示器面板在不同背光亮度下的可见光谱的不同波长的能量强度及RGB、LAB色彩空间分布数据；
所述分光辐射亮度计模块可以测量医用显示器面板距离分光辐射亮度计模块0.5～2m范围内的可见光谱的不同波长的能量强度及RGB、LAB色彩空间分布数据。
具体地，步骤S3中的具体步骤包括：
S31，上位机应用软件模块获取分光辐射亮度计模块测量的面板可见光谱的不同波长的能量强度及其RGB、LAB等色彩空间分布数据；
S32，上位机应用软件模块实时计算出医用显示器从RGB色彩空间到LAB色彩空间在不同色温条件下的映射表数据；
S33，上位机应用软件模块将实时计算出的医用显示器从RGB色彩空间到LAB色彩空间在不同色温条件下的映射表数据下载到存储单元。
进一步地，步骤S32中，由于上位机应用软件模块无法直接将医用显示器从RGB色彩空间转换到LAB色彩空间，因此，上位机应用软件模块先将医用显示器从RGB色彩空间转换到XYZ色彩空间，再讲XYZ色彩空间转换到LAB色彩空间；即该转换过程分为两部分进行：
第一步，将RGB色彩空间转换到XYZ色彩空间：
假设r、g、b为像素三个通道，取值范围[0,255]，转换公式如下：
公式(1)
Figure GDA0002731343970000071
Figure GDA0002731343970000072
Figure GDA0002731343970000073
公式(2)
Figure GDA0002731343970000074
公式(3)
Figure GDA0002731343970000075
其中，gamma函数是用来对图像进行非线性色调编辑的，目的是提高图像对比度，且该函数不是唯一的；矩阵XYZ表示XYZ色彩空间，矩阵RGB表示RGB色彩空间，矩阵M是RGB转换到XYZ色彩空间的矩阵系数；结合公式(1)、(2)、(3)实现从RGB色彩空间转换到XYZ色彩空间的转换。
第二步，将XYZ色彩空间转换到LAB色彩空间，转换公式如下：
公式(4)
Figure GDA0002731343970000081
Figure GDA0002731343970000082
Figure GDA0002731343970000083
公式(5)
Figure GDA0002731343970000084
其中，L*，a*，b*是最终的LAB色彩空间三个通道的值；X，Y，Z是RGB转XYZ后计算出来的值，Xn，Yn，Zn一般默认是95.047，100.0，108.883；由公式(4)、(5)完成XYZ色彩空间到LAB色彩空间的转换。
依据CIE1931色度图色温变化曲线，不同色温对应不同的x,y值，反之，上位机已知不同的x、y值可以计算出对应不同的色温值，进而得到LAB色彩空间对应的分量值L*，a*，b*。
具体地，步骤S4中，所述色彩空间转换模块对视频流数据进行色彩空间转换的方法为：色彩空间转换模块收到图像生成模块的控制单元发送的色温命令后，主动从存储单元中加载符合所述色温命令的从RGB色彩空间到LAB色彩空间的映射关系数据，并根据所述映射关系数据实时将医用显示器正常视频流数据从RGB色彩空间转换到特定色温条件下的LAB色彩空间后输出；所述特定色温条件与色温命令相符。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种基于医用显示器的蓝光防护装置，其特征在于，包括：图像生成模块、分光辐射亮度计模块、上位机应用软件模块和色彩空间转换模块，所述上位机应用软件模块分别与图像生成模块、分光辐射亮度计模块、色彩空间转换模块连接；所述图像生成模块用于为医用显示器提供图像清晰度达到像素级的测试图像；所述分光辐射亮度计模块用于测量医用显示器的红绿蓝三基色光谱数据及RGB、LAB色彩空间分布数据；所述上位机应用软件模块根据分光辐射亮度计模块测量的数据，实时计算出医用显示器从RGB色彩空间到LAB色彩空间在不同色温条件下的转换映射表；所述色彩空间转换模块用于加载所述转换映射表，并将医用显示器正常视频流数据从RGB色彩空间转换到不同色温条件下LAB色彩空间后输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于医用显示器的蓝光防护装置，其特征在于，所述图像生成模块包括：图像处理单元、通信单元、控制单元和存储单元；
所述通信单元用于接收上位机应用软件模块发送的控制指令，并将所述控制指令转发给控制单元；
所述控制单元用于对所述控制指令进行解析，得到像素级别测试图像的分辨率、亮度、刷新率和色深信息，并将解析后的控制指令发送给图像处理单元；
所述图像处理单元用于根据解析后的控制指令，生成符合不同医用显示器像素级别要求的测试图像，并在医用显示器上直接显示；
所述存储单元用于存储所述上位机应用软件模块实时计算得到的映射表数据。
3.根据权利要求2所述的一种基于医用显示器的蓝光防护装置，其特征在于，所述图像处理单元生成的测试图像是按照像素级别显示的白场、红场、蓝场、绿场图像；
当测试图像的色深为8bit时，白场、红场、蓝场、绿场图像的色阶从0～255变化，共计256阶；其中，白场图像的最高灰阶为255；
当测试图像的色深为10bit时，白场、红场、蓝场、绿场图像的色阶从0～1023变化，共计1024阶；其中，白场图像的最高灰阶为1023；
当测试图像的色深为12bit时，白场、红场、蓝场、绿场图像的色阶从0～4095变化，共计4096阶；其中，白场图像的最高灰阶为4095。
4.根据权利要求2所述的一种基于医用显示器的蓝光防护装置，其特征在于，所述测试图像的分辨率包括：1920×1080、2048×1536、2560×1600、2560×2048、3280×2048、3840×2160、4096×2160、4200×2800、5120×2880；
所述测试图像的亮度范围为：20cd/m2～2000cd/m2；
所述测试图像的刷新率范围为：30Hz～100Hz；
所述测试图像的色深包括：8bit、10bit、12bit。
5.根据权利要求1所述的一种基于医用显示器的蓝光防护装置，其特征在于，所述分光辐射亮度计模块的测试端正对医用显示器的显示面设置，所述分光辐射亮度计模块与医用显示器之间的距离在0.5～2m范围内。
6.根据权利要求1所述的一种基于医用显示器的蓝光防护装置，其特征在于，所述分光辐射亮度计模块测量医用显示器的红绿蓝三基色光谱数据及RGB、LAB色彩空间分布数据包括：
测量医用显示器面板上任意位置和区域的可见光谱的不同波长的能量强度及RGB、LAB色彩空间分布数据；
测量医用显示器面板在不同背光亮度下的可见光谱的不同波长的能量强度及RGB、LAB色彩空间分布数据；
测量医用显示器面板距离分光辐射亮度计模块0.5～2m范围内的可见光谱的不同波长的能量强度及RGB、LAB色彩空间分布数据。
7.根据权利要求1所述的一种基于医用显示器的蓝光防护装置，其特征在于，所述不同色温条件的范围为：2000～15000K。
8.一种基于医用显示器的蓝光防护方法，基于权利要求1至7任一项所述的蓝光防护装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1，通过图像生成模块生成像素级的测试图像，并在医用显示器面板上显示测试图像；
S2，通过分光辐射亮度计模块测量医用显示器面板上的红绿蓝三基色光谱数据及RGB、LAB色彩空间分布数据，并将测量数据发送给上位机应用软件模块；
S3，上位机应用软件模块根据所述测量数据，实时计算出医用显示器从RGB色彩空间到LAB色彩空间在不同色温条件下的转换映射表，并将所述转换映射表下载到图像生成模块的存储单元中；
S4，色彩空间转换模块根据色温命令和转换映射表，将医用显示器的正常视频流数据从RGB色彩空间转换到不同色温条件下LAB色彩空间后输出。
9.根据权利要求8所述的一种基于医用显示器的蓝光防护方法，其特征在于，步骤S4中，所述色彩空间转换模块对视频流数据进行色彩空间转换的方法为：色彩空间转换模块收到图像生成模块的控制单元发送的色温命令后，主动从存储单元中加载符合所述色温命令的从RGB色彩空间到LAB色彩空间的映射关系数据，并根据所述映射关系数据实时将医用显示器正常视频流数据从RGB色彩空间转换到特定色温条件下的LAB色彩空间后输出；所述特定色温条件与色温命令相符。
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