CN110880306B - 一种医用显示器色彩还原校正方法 - Google Patents

一种医用显示器色彩还原校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种医用显示器色彩还原校正方法，具体步骤为制作电子标准色卡，确定三种饱和色映射于标准色域空间的RGB值，再将三组RGB数据转换为HSI数据，最后根据HSI数据中的H,S分别调整三个饱和色的色调饱和度实现色域调整。再进行色块调整，色块的调整流程为给出要调校的色块Pattern，并获取当前色块的测量数据，通过实测数据与当前色块的理论数据计算色差，判断是否满足色差指标，若不满足则通过显示器色彩调整单元调校色块，直至满足色差指标。该种医用显示器色彩还原校正方法通过调整显示器的色彩处理单元实现，对于系统中的GammaTable模块不进行调整，由此保证了在显示器的色彩处理过程中白平衡和色彩还原实现分离调整，在色彩校正之后无需重新调校白平衡。

Description

一种医用显示器色彩还原校正方法
技术领域
本发明是涉及医疗显示器显示技术领域，具体的说是一种医用显示器色彩还原校正方法。
背景技术
微创手术技术迅速发展，医用显示器作为微创手术室的显示设备直接影响着医生手术效率及准确率，对色彩还原准确度，清晰度，亮度三大重要参数指标有着更高的要求。尤其是色彩还原准确度需求在医用显示器领域更为严苛。传统的3DLUT色彩校正技术算法复杂、色彩校正过程需要耗费大量时间，同时3DLUT会对白平衡造成影响，由此会造成后期色彩管理的不便。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种医用显示器色彩还原校正方法，在简单高效的前提下同时做到不影响白平衡和有效把控高精度的色彩准确度。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种医用显示器色彩还原校正方法，其特征在于：色彩校正方法通过上位机对显示器的色彩处理单元执行，保证了白平衡与色彩还原实行分离调整，其中显示器的色彩调整单元是基于HSI色彩模型呈现的，具体步骤为：
步骤1，制作电子标准色卡，所述的电子标准色卡包含饱和色RGB；
步骤2，将色卡中各颜色的RGB值归一化处理得到rgb模型；
步骤3，利用颜色转换矩阵将rgb模型转换为XYZ模型；
步骤4，根据步骤3得到的XYZ模型转换为Lab模型，计算出的Lab数据作为色块的理论值；
步骤5，确定三种饱和色映射于标准色域空间的RGB值；
步骤6，利用RGB与HSI模型之间的转化关系计算出步骤5中三组RGB映射值对应的三组HSI数据，根据三组饱和色的HSI数据调节色调和饱和度，实现调整本显示器色域符合标准色域空间；
步骤7，上位机控制测量仪器获取色卡中除饱和色以外各颜色的Lxy值，并将色卡中除饱和色以外各颜色的Lxy数据转换为CIE1976 Lab数据，分别参考步骤4中各色块的Lab理论值计算出色差，根据色差指标判断是否需要控制显示器色彩处理单元对该色块进行调整，如此往复循环直到色差满足指标，并将调整值由上位机写入显示器色彩处理单元中；
步骤8，色卡中全部颜色满足色差指标后，色彩校正结束。
所述的步骤2中rgb模型的数值范围为0-1，RGB模型的数值范围为0-255，所述的RGB模型归一化处理的具体公式为：
Figure BDA0002257632750000021
Figure BDA0002257632750000022
Figure BDA0002257632750000023
式中，rgb为divided RGB values；RGB为Input RGB values。
所述的步骤3中将rgb模型转换为XYZ模型的推导公式为：
Figure BDA0002257632750000024
式中，矩阵
Figure BDA0002257632750000025
为rgb to XYZ的空间转换矩阵，对应色域空间为sRGB，对应参考白为D65；所述的XYZ为CIE基于光谱匹配的色彩空间，表征色彩的光学三刺激值。
所述的步骤4中XYZ模型转换为Lab模型的推导公式为：
L＝116*f(Y/Yn)-16；
a＝500*[f(X/Xn)-f(Y/Yn)]；
b＝200*[f(Y/Yn)-f(Z/Zn)]；
式中，Xn＝0.95047，Yn＝1，Zn＝1.0883为sRGB色域空间D65 2°色度系统下的参考白对应的光学三刺激值；XYZ为色彩的光学三刺激值；Lab是国际照明委员会制定的颜色度量系统，是一种设备无关的颜色系统，L表征亮度，取值范围为[0,100]，表示从纯黑到纯白；a表征从红色到绿色的范围，取值范围[127,-128]；b表征从黄色到蓝色的范围，取值范围为[127,-128]。
函数f(t)表示：
Figure BDA0002257632750000031
所述的步骤6中RGB数据与对应HSI数据之间的转换公式如下：
Figure BDA0002257632750000032
Figure BDA0002257632750000033
Figure BDA0002257632750000034
I＝(R+G+B)/3
其中H代表Hue色调，S代表Saturation饱和度，I代表Intensity强度。
所述的显示器色域调整的方法为：根据RGB数据转换得到的HIS数据中的Hue和Saturation值，推算出实测饱和色与理论饱和色的Hue偏转角度大小、偏转方向及饱和度偏差值，并根据推测出的偏转角度大小、偏转方向及饱和度偏差值取调整对应饱和色的Hue及Saturation值。
所述的步骤7中根据色块实测得到的Lxy数据推导Lab的步骤如下：
步骤7.1，根据实测Lxy数据对亮度归一化计算处理得到Yxy：
x2＝x1
y2＝y1
Figure BDA0002257632750000035
其中，x1，y1代表Lxy模型中色块的实测光学色度坐标值，Lmax为100％白场下测的亮度值，L为该色块的实测亮度值；x2，y2代表Yxy模型中色块的光学色度坐标值，Y为色块实测亮度归一化计算后的亮度值，取值范围[0,100]。
步骤7.2，根据Yxy推导出XYZ：
Figure BDA0002257632750000036
Yi＝Y
Figure BDA0002257632750000041
其中，x2，y2，Y为步骤7.1计算得到的数据；Xi，Yi，Zi为由该色块的实测数据推导出的光学三刺激值；
步骤7.3，由XYZ模型推导出Lab模型，推导公式参照步骤4描述，最终计算出的数据记为Li，ai，bi。
所述的步骤7中的色差计算公式为：
Figure BDA0002257632750000042
其中L,a,b为步骤4推导出色块的理论Lab值；Li,ai,bi为通过色块实测的Lxy数据推导出的实际Lab值。
本发明一种医用显示器色彩还原校正方法通过调整显示器的色彩处理单元实现，对于系统中的GammaTable模块不进行调整，由此保证了在显示器的色彩处理过程中白平衡和色彩还原实现分离调整，在色彩校正之后无需重新调校白平衡。进一步的，整个色彩调节过程是由上位机按流程自动控制，无需干预，保证了色彩还原的精准度。进一步的，通过RGB模型转换为rgb模型，再转换为XYZ模型，再转换为Lxy模型，最终装换为CIE1976 Lab解决了RGB颜色空间不符合人眼特性，不易于评判色彩与理想值的逼近程度这一缺陷。
附图说明
图1为本发明一种医用显示器色彩还原校正方法的色域调整流程图。
图2为本发明一种医用显示器色彩还原校正方法的色块调整流程图。
图3为本发明一种医用显示器色彩还原校正方法的HSI颜色模型。
图4为本发明一种医用显示器色彩还原校正方法的HSI色盘模型。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
一种医用显示器色彩还原校正方法，其特征在于：色彩校正方法通过上位机对显示器的色彩处理单元执行，保证了白平衡与色彩还原实行分离调整，其中显示器的色彩调整单元是基于HSI色彩模型呈现的，具体步骤为：
步骤1，制作电子标准色卡，所述的电子标准色卡包含饱和色RGB；
步骤2，将色卡中各颜色的RGB值归一化处理得到rgb模型；
由于rgb模型的数值范围为0-1，RGB模型的数值范围为0-255，所述的RGB模型归一化处理的具体公式为：
Figure BDA0002257632750000051
Figure BDA0002257632750000052
Figure BDA0002257632750000053
式中，rgb为divided RGB values；RGB为Input RGB values。
步骤3，利用颜色转换矩阵将rgb模型转换为XYZ模型；
rgb模型转换为XYZ模型的推导公式为：
Figure BDA0002257632750000054
式中，矩阵
Figure BDA0002257632750000055
为rgb to XYZ的空间转换矩阵(对应色域空间为sRGB，对应参考白为D65)；所述的XYZ为CIE(国际照明委员会)于1931年创立的一种基于光谱匹配的色彩空间，表征色彩的光学三刺激值。
步骤4，根据步骤3得到的XYZ模型转换为Lab模型，计算出的Lab数据作为色块的理论值；
XYZ模型转换为Lab模型的推导公式为：
L＝116*f(Y/Yn)-16；
a＝500*[f(X/Xn)-f(Y/Yn)]；
b＝200*[f(Y/Yn)-f(Z/Zn)]；
式中，式中，Xn＝0.95047，Yn＝1，Zn＝1.0883为sRGB色域空间D65 2°色度系统下的参考白对应的光学三刺激值；XYZ为色彩的光学三刺激值；Lab是国际照明委员会制定的颜色度量系统，是一种设备无关的颜色系统，L表征亮度，取值范围为[0,100]，表示从纯黑到纯白；a表征从红色到绿色的范围，取值范围[127,-128]；b表征从黄色到蓝色的范围，取值范围为[127,-128]。
式中，函数f(t)表示：
Figure BDA0002257632750000061
步骤5，确定三种饱和色映射于标准色域空间的RGB值；
确定该显示器的三种饱和色，即红、绿、蓝三色映射于标准BT709空间的RGB值的方法如下：
步骤5.1，确保显示器处于直通状态，即输入信号直进直出，不受任何模块参数影响；
步骤5.2，在显示器上显示红饱和色的pattern，即R255，G0，B0，用光学仪器测量得到光学色度坐标数据Lxy与标准BT709下红饱和色的理论色度坐标比较，调节pattern的RGB分量直到实测结果与标准BT709下的理论数据接近，记录此时的RGB数据；
步骤5.3，绿饱和色、蓝饱和色映射与标准BT709下的RGB数据按上述步骤得出。
步骤6，利用RGB与HSI模型之间的转化关系计算出步骤5中三组RGB映射值对应的三组HSI数据，根据三组饱和色的HSI数据调节色调和饱和度，实现调整本显示器色域符合标准色域空间；
根据RGB数据转换得到的HIS数据中的Hue和Saturation值，推算出实测饱和色与理论饱和色的Hue偏转角度大小、偏转方向及饱和度偏差值，并根据推测出的偏转角度大小、偏转方向及饱和度偏差值取调整对应饱和色的Hue及Saturation值。
饱和色RGBCMY对应的HSI值如下表：
R G B H S I
红 255 0 0 ---> 0.00 1.00 85.00
绿 0 255 0 ---> 120.00 1.00 85.00
蓝 0 0 255 ---> 240.00 1.00 85.00
青 0 255 255 ---> 180.00 1.00 170.00
品红 255 0 255 ---> 300.00 1.00 170.00
黄 255 255 0 ---> 60.00 1.00 170.00
步骤7，上位机控制测量仪器获取色卡中除饱和色以外各颜色的Lxy值，并将色卡中除饱和色以外各颜色的Lxy数据转换为CIE1976 Lab数据，分别参考步骤5中各色块的Lab理论值计算出色差，根据色差指标判断是否需要控制显示器色彩处理单元对该色块进行调整，如此往复循环直到色差满足指标，并将调整值由上位机写入显示器色彩处理单元中；
步骤7中根据色块实测得到的Lxy数据推导Lab的步骤如下：
步骤7.1，根据实测Lxy数据对亮度归一化计算处理得到Yxy：
x2＝x1
y2＝y1
Figure BDA0002257632750000071
其中，x1，y1代表Lxy模型中色块的实测光学色度坐标值，Lmax为100％白场下测的亮度值，L为该色块的实测亮度值；x2，y2代表Yxy模型中色块的光学色度坐标值，Y为色块实测亮度归一化计算后的亮度值，取值范围[0,100]。
步骤7.2，根据Yxy推导出XYZ：
Figure BDA0002257632750000072
Yi＝Y
Figure BDA0002257632750000073
其中，x2，y2，Y为步骤7.1计算得到的数据；Xi，Yi，Zi为由该色块的实测数据推导出的光学三刺激值；
步骤7.3，由XYZ模型推导出Lab模型，推导公式参照步骤4描述，最终计算出的数据记为Li，ai，bi。
色差计算公式为：
Figure BDA0002257632750000074
其中L,a,b为步骤4推导出色块的理论Lab值；Li,ai,bi为通过色块实测的Lxy数据推导出的实际Lab值。
通过计算得到的色差ΔE76与色差指标对比进行判断，根据色差ΔE76是否满足指标来判断对色块是否进行调整。
步骤8，色卡中全部颜色满足色差指标后，色彩校正结束。
该方案采用自动化上位机软件去控制显示器的色彩处理单元来对一系列色块进行调整，保证了色域和色块的准确性，解决了3DLUT复杂耗时长，影响白平衡的问题。最终呈现的色彩还原色差指标与采用了3DLUT算法的色差指标相近。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种医用显示器色彩还原校正方法，其特征在于：色彩校正方法通过上位机对显示器的色彩处理单元执行，保证了白平衡与色彩还原实行分离调整，其中显示器的色彩调整单元是基于HSI色彩模型呈现的，具体步骤为：
步骤1，制作电子标准色卡，所述的电子标准色卡包含饱和色RGB；
步骤2，将色卡中各颜色的RGB值归一化处理得到rgb模型；
步骤3，利用颜色转换矩阵将rgb模型转换为XYZ模型；
步骤4，根据步骤3得到的XYZ模型转换为Lab模型，计算出的Lab数据作为色块的理论值；
步骤5，确定三种饱和色映射于标准色域空间的RGB值；
步骤6，利用RGB与HSI模型之间的转化关系计算出步骤5中三组RGB映射值对应的三组HSI数据，根据三组饱和色的HSI数据调节色调和饱和度，实现调整本显示器色域符合标准色域空间；
步骤7，上位机控制测量仪器获取色卡中除饱和色以外各颜色的Lxy值，并将色卡中除饱和色以外各颜色的Lxy数据转换为CIE1976 Lab数据，分别参考步骤4中各色块的Lab理论值计算出色差，根据色差指标判断是否需要控制显示器色彩处理单元对该色块进行调整，如此往复循环直到色差满足指标，并将调整值由上位机写入显示器色彩处理单元中；
步骤8，色卡中全部颜色满足色差指标后，色彩校正结束。
2.如权利要求1所述的一种医用显示器色彩还原校正方法，其特征在于：所述的步骤2中rgb模型的数值范围为0-1，RGB模型的数值范围为0-255，RGB模型归一化处理的具体公式为：
Figure FDA0002926148540000011
Figure FDA0002926148540000012
Figure FDA0002926148540000013
式中，rgb为divided RGB values；RGB为Input RGB values。
3.如权利要求2所述的一种医用显示器色彩还原校正方法，其特征在于：所述的步骤3中将rgb模型转换为XYZ模型的推导公式为：
Figure FDA0002926148540000021
式中，矩阵
Figure FDA0002926148540000022
为rgb to XYZ的空间转换矩阵，对应色域空间为sRGB，对应参考白为D65；所述的XYZ为CIE基于光谱匹配的色彩空间，表征色彩的光学三刺激值。
4.如权利要求3所述的一种医用显示器色彩还原校正方法，其特征在于：所述的步骤4中XYZ模型转换为Lab模型的推导公式为：
L＝116*f(Y/Yn)-16；
a＝500*[f(X/Xn)-f(Y/Yn)]；
b＝200*[f(Y/Yn)-f(Z/Zn)]；
式中，Xn＝0.95047，Yn＝1，Zn＝1.0883为sRGB色域空间D65 2°色度系统下的参考白对应的光学三刺激值；XYZ为色彩的光学三刺激值；Lab是国际照明委员会制定的颜色度量系统，是一种设备无关的颜色系统，L表征亮度，取值范围为[0,100]，表示从纯黑到纯白；a表征从红色到绿色的范围，取值范围[127,-128]；b表征从黄色到蓝色的范围，取值范围为[127,-128]；
函数f(t)表示：
Figure FDA0002926148540000023
。
5.如权利要求4所述的一种医用显示器色彩还原校正方法，其特征在于：所述的步骤6中RGB数据与对应HSI数据之间的转换公式如下：
Figure FDA0002926148540000024
Figure FDA0002926148540000025
Figure FDA0002926148540000031
I＝(R+G+B)/3
其中H代表Hue色调，S代表Saturation饱和度，I代表Intensity强度。
6.如权利要求5所述的一种医用显示器色彩还原校正方法，其特征在于：显示器色域调整的方法为：根据RGB数据转换得到的HIS数据中的Hue和Saturation值，推算出实测饱和色与理论饱和色的Hue偏转角度大小、偏转方向及饱和度偏差值，并根据推测出的偏转角度大小、偏转方向及饱和度偏差值取调整对应饱和色的Hue及Saturation值。
7.如权利要求6所述的一种医用显示器色彩还原校正方法，其特征在于：所述的步骤7中根据色块实测得到的Lxy数据推导Lab的步骤如下：
步骤7.1，根据实测Lxy数据对亮度归一化计算处理得到Yxy：
x2＝x1
y2＝y1
Figure FDA0002926148540000032
其中，x1，y1代表Lxy模型中色块的实测光学色度坐标值，Lmax为100％白场下测的亮度值，L为该色块的实测亮度值；x2，y2代表Yxy模型中色块的光学色度坐标值，Y为色块实测亮度归一化计算后的亮度值，取值范围[0,100]；
步骤7.2，根据Yxy推导出XYZ：
Figure FDA0002926148540000033
Yi＝Y
Figure FDA0002926148540000034
其中，x2，y2，Y为步骤7.1计算得到的数据；Xi，Yi，Zi为由该色块的实测数据推导出的光学三刺激值；
步骤7.3，由XYZ模型推导出Lab模型，推导公式参照步骤4描述，最终计算出的数据记为Li，ai，bi。
8.如权利要求7所述的一种医用显示器色彩还原校正方法，其特征在于：所述的步骤7中的色差计算公式为：
Figure FDA0002926148540000035
其中L,a,b为步骤4推导出色块的理论Lab值；Li,ai,bi为通过色块实测的Lxy数据推导出的实际Lab值。
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