TWI687899B - 應用於內視鏡的顯示校正系統及其校正方法 - Google Patents

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Abstract

一種應用於內視鏡的顯示校正系統包括：色溫卡，由24個不同顏色的色塊組成；遮光筒，於筒狀的第一面具有穿孔及在第二面具有觀景框，且穿孔與觀景框相連通；內視鏡，至少具有插入部及控制部，插入部與控制部連接，插入部的一端具有鏡頭且套設於遮光筒的穿孔內並且使鏡頭朝向觀景框設置，及控制部的一端具有影像訊號連接端，其中將套設在遮光筒的鏡頭透過觀景框依序對準色溫卡的色塊以擷取色塊的影像；顯示器，具有擷取影像方框，用以顯示由內視鏡擷取到的色塊的影像；以及顯示校正裝置，對由內視鏡所傳送的色塊的影像訊號進行校正，使得在顯示器上所顯示的對應於電訊號的影像的色彩與色塊的真實色彩相同。

Description

應用於內視鏡的顯示校正系統及其校正方法
本發明有關於顯示器技術領域，特別是有關於應用於內視鏡的顯示校正系統其校正方法。
在醫療診斷中，內視鏡的出現是為了讓醫護人員可以透過伸入人體的鏡頭去觀察人體內部器官是否有病兆。其中內視鏡可以是胃鏡、大腸鏡、小腸鏡及腹腔鏡等，甚至連達文西微創手術系統都是運用伸入人體的鏡體並且與外面的顯示器連接，來進行手術。
由於人體內部是無光線，因此進入人體內的鏡頭需要有光源來照亮人體內部結構才可以進行觀察，一般會在鏡頭上配置有自發光源，以便於讓醫護人員來觀察，但是因為對焦、白平衡及/或光源等因素，往往醫護人員所觀看到的影像色彩與真實的色彩不一樣，這樣就有可能導致醫護人員在病癥上的誤判及手術上的失誤。
根據現有技術的缺陷，本發明主要的目的在於提供一種應用於內視鏡的顯示校正系統及其校正方法，主要是為了解決內視鏡由於對焦、白平衡及/或光源等因素造成傳送至顯示器所呈現的影像與真實色彩不同的技術問題。解決上述技術問題的手段則是透過內視鏡對標準色卡擷取影像值，經過補償、 色域值運算之後，從顯示器看到的色彩與真實色彩相同且符合標準規範，並且可以即時利用色卡與調校裝置及內視鏡做調校，將補償值與參數值儲存於顯示器內，並且可以提供1組以上的數值以供切換使用。
本發明的另一目的是可以使用單一顯示器來對應多個不同廠牌的內視鏡，以解決在診間擺設多台顯示器的空間問題，並且可以只針對內視鏡於顯示器顯示的色彩做調校，不需要同時對不同的顯示器及不同的內視鏡都要做調校以節省人力及時間。
本發明的又一目的在於其顯示校正裝置可以內建於顯示器內或是獨立於顯示器外，而與各種廠牌的顯示器連接。
根據上述目的，本發明提供一種應用於內視鏡的顯示校正系統包括：色溫卡、遮光筒、顯示器、以及顯示校正裝置，其中色溫卡，由24個不同顏色的色塊組成；遮光筒為筒狀，於筒狀的第一面具有穿孔及在第二面具有觀景框，且該穿孔與該觀景框相連通；內視鏡，至少具有插入部及控制部，插入部與控制部連接，其中插入部的一端具有鏡頭且套設於遮光筒的穿孔內並且使鏡頭朝向觀景框設置，及控制部的一端具有影像訊號連接端，其中將套設在遮光筒的鏡頭透過觀景框依序對準色溫卡的每一個色塊以擷取每一個色塊的每一個影像；顯示器，具有擷取影像方框，擷取影像方框用以顯示每一個色塊的每一個影像；以及顯示校正裝置，具有影像校正模組，影像校正模組用以對由內視鏡所傳送的每一個色塊的每一個影像訊號進行校正，其中影像校正模組包括：影像輸入端，接收由內視鏡的鏡頭所擷取的每一個色塊的每一個影像的每一個影像訊號；微處理器，用以接收對應每一個影像訊號的電訊號並對電訊號進行運算及校正；以及影像輸出端，與顯示器連接，將經過微處理器運算及校正後的 該電訊號由影像輸出端輸出至顯示器，使得在顯示器上所顯示的對應於每一個電訊號的每一個影像的色彩與每一個色塊的真實色彩相同。
1:顯示校正系統
10:顯示器
102:擷取影像方框
20:輸出影像的設備(內視鏡)
210:控制部
220:插入部
222:鏡頭
2102:影像輸出端
30:顯示校正裝置
302:影像校正模組
3022:色溫卡原始資料擷取模組
3024:第一3x3色溫卡對應轉換矩陣模組
3026:第一色溫卡調整資料擷取模組
3028:第二3x3色溫卡對應轉換矩陣模組
3030:第二色溫卡調整資料擷取模組
3032:sRGB Gamma 2.2校正模組
3034:3x3色域對應轉換矩陣模組
3036:反Gamma校正模組
3038:微處理器外部靈活匯流排(FB bus)
304:微處理器
3042:動作控制模組
3044:調校控制模組
30442:計算函數模組
30444:補償函數模組
306:影像輸入端
308:影像輸出端
40:遮光筒
402:穿孔
404:觀景窗
50:色溫卡
501-524:色塊
60-72:內視鏡的調校流程步驟
圖1A是根據本發明所揭露的技術，表示外接式的顯示校正裝置分別與顯示器及可輸出影像的設備連接的示意圖。
圖1B是根據本發明所揭露的技術，表示內視鏡與內建有顯示校正裝置的顯示器連接的另一實施例的示意圖。
圖2是根據本發明所揭露的技術，表示應用於內視鏡的顯示校正系統的示意圖。
圖3是根據本發明所揭露的技術，表示顯示校正裝置的方塊示意圖。
圖4是根據本發明所揭露的技術，表示內視鏡的調校流程步驟示意圖。
首先，請參考圖1A。圖1A表示外接式的顯示校正裝置分別與顯示器及可輸出影像的設備連接的示意圖。在圖1A中，外接式的顯示校正裝置30(以下則稱為顯示校正裝置30)分別與可以輸出影像的設備20及顯示器10連接。其中，可以輸出影像的設備20指的是可以擷取所觀察的影像並且輸出該影像的內視鏡；顯示器10可以是任何一家廠牌的顯示器或是顯像設備。
在本發明的實施例中，顯示校正裝置30可以利用有線的方式分別與顯示器10及可輸出影像的設備20連接。以有線為例，在顯示校正裝置30與可輸出影像的設備20之間可以利用串列數位介面(SDI)、高畫質多媒體介面(HDMI,high definition multimedia interface)、VGA埠或是顯示埠(Display port)等連接通訊 格式來彼此連接，因此在顯示校正裝置30的這一端的連接埠可以有多種連接端子讓使用者來選擇，以避免使用者在配對連接埠上的限制及選擇的限制。而上述的連接方式為眾所皆知的連接通訊格式不再此多加陳述。
在顯示校正裝置30與顯示器10之間，同樣可以利用上述連接埠來彼此連接，亦可以避免使用者在配對連接埠上的限制及選擇的限制，並且提高使用者在使用上的選擇性。
接著請參考圖1B。圖1B表示內建於顯示器的顯示校正裝置與可輸出影像的設備連接的示意圖。在圖1B中，顯示校正裝置30則是內建於顯示器10並且再與可輸出影像的設備20連接，其中可輸出影像的設備20及顯示器10與圖1A所記載的技術內容相同，在此不再多加陳述，而在以下的具體實施例的說明中是以外接式的顯示校正裝置30來做說明，但對於內建在顯示器10的顯示校正裝置30都是相同的。另外，要再說明的是，在本發明的實施例中，可輸出影像的設備20是特別指的是可以伸入人體，以觀察人體的內部病灶的內視鏡，其中內視鏡可以是膀胱鏡、胃鏡、大腸鏡、支氣管鏡或是腹腔鏡。
接著，請參考圖2。圖2表示應用於內視鏡的顯示校正系統的示意圖。在圖2中，顯示校正系統1至少包括顯示器10、內視鏡20、顯示校正裝置30、遮光筒40及色溫卡50，其中，顯示校正裝置30分別與顯示器10及內視鏡20連接，內視鏡20由控制部210及插入部220組成，其中控制部210的一端具有影像輸出端2102與顯示校正裝置30連接，插入部220的一端具有鏡頭222用以觀察及擷取物件(或物體)影像，在本發明中則是將具有鏡頭222的插入部220伸入人體(未在圖中表示)內，利用鏡頭222來觀察人體內部的病灶：要說明的是，由於人體內部是沒有任何燈光，伸入人體內的內視鏡20的鏡頭222是藉由鏡頭222本身所提供的 光源供鏡頭222來進行影像的觀察及擷取。此外，內視鏡20的詳細結構和功能與現有技術的內視鏡並無差異也並非本發明的技術重點，因此不針對內視鏡20多加陳述。另外，顯示校正系統1還包括遮光筒40，其為一圓柱筒狀，於第一面上具有穿孔402於第二面具有觀景窗(view window)404，其穿孔402與觀景窗404連通，此遮光筒40為黑色遮光筒，是當將內視鏡20的鏡頭222套設於穿孔402且朝向觀景窗404設置時，其套設在遮光筒40內的鏡頭222在後續的校正步驟中，可以模擬鏡頭222實際伸入人體內部無光源的環境僅靠內視鏡20的自發光源照射欲觀看的影像。
請繼續參考圖2。在本發明的顯示校正系統1還包括色溫卡50，其中色溫卡50是由24個不同顏色的色塊501-524所組成。要說明的是，色溫卡50是眾多色彩中一系列經由科學配製的24個自然色，彩色、原色和灰度色塊，這些色塊大多代表自然物體例如人造皮膚、樹葉和藍天。由於它們代表各自對應物的色彩，並且以同樣的方式反射所有可見光譜中的光，所以這些色塊可在任何光源下與其代表的自然物體的色彩相匹配，同時還可用於任何色彩再現流程。色溫卡50還可用於數位相機創建白平衡，以確以確保在任何光照條件下都可產生準確、均勻的中性白。這些色塊不只是與它們對應物體的顏色相近，而且同時在可見光譜下會與它們反射出相同的光。因為這個獨特的特性，色溫卡50中的每一個色塊在任何照明下，並且用任何顏色再生過程都會與其對應自然物體的顏色相配。
在本發明中，色溫卡50中的24個色塊501~524分別代表的顏色及、標準紅綠藍色彩色空間(sRGB，standard Red Green Blue，以下簡稱sRGB)及Lab色彩空間(Lab color space)如表1所列：
Figure 108122644-A0305-02-0008-1
Figure 108122644-A0305-02-0009-2
在表1中，L是帶有維度，其表示亮度、a和b表示顏色對立維度，因此Lab是基於非線性壓縮的CIE XYZ色彩空間座標。因此，在本發明中透過色溫卡50提供一個比較客觀的標準來幫助確定複製的顏色與真實的色彩之間的平衡，避免在各種的複製過程中，量測和分析顏色再生的差別的發生。
接著請參考圖3。圖3是根據本發明所揭露的技術，表示顯示校正裝置的方塊示意圖。在說明圖3時，也同時配合圖2一併說明。在圖3中，顯示校正裝置30是用來將內視鏡20所擷取的物件的影像訊號進行校正，其中顯示校正裝置30至少包括影像校正模組302、微處理器304、影像輸入端306及影像輸出端308，影像校正模組302分別與影像輸入端306、微處理器304及影像輸出端308連接，影像輸入端306用以輸入由內視鏡20的鏡頭222所擷取到的物件的影像訊號，影像校正模組302接收來自影像輸入端306傳送的物件影像訊號並對該影像訊號進行校正，微處理器304用以接收對由光感測器(未在圖中表示)量測顯示器10所得到的電訊號進行校正及運算，並將校正及運算後的電訊號透過影像校正模組302由影像輸出端308輸出至顯示器10，由顯示器10顯示出由內視鏡20擷取並經由顯示校正裝置30校正後的影像，供使用者使用。在此要說明的是。上述所提到的光感測器可以是內建於顯示校正裝置30內或是內建於顯示器10內。
如圖3所示，影像校正模組302主要包括：色溫卡原始資料擷取模組(color checker original data catch)3022、第一3x3色溫卡對應轉換矩陣模組(3x3 color mapping_1 matrix)3024、第一色溫卡調整資料擷取模組(color checker adjusted data catch_1)3026、第二3x3色溫卡對應轉換矩陣模組(3x3 color mapping_2 matrix)3028、第二色溫卡調整資料擷取模組(color checker adjusted data catch_2)3030、sRGB Gamma 2.2校正模組3032、3x3色域對應轉換矩陣模組(3x3 Gamut mapping matrix)3034、反Gamma校正模組3036及微處理器外部靈活匯流排(FB bus)3038，以下針對各個模組的功能(function)進行說明。
色溫卡原始資料擷取模組3022：由影像校正模組302將欲擷取的影像值的原始影像放置在顯示器10的擷取影像方框102內，用以對擷取影像方框102內影像的16個像素的RGB值進行擷取，再計算此16個像素的RGB值的平均值，最後得到擷取影像的RGB值。而在本發明的實施例中，在色溫卡50擷取影像的過程中會依照色溫卡50上的色塊順序由色塊501依序擷取至色塊524以得到24個顏色的RGB值，其每一個顏色的色塊501-524的R、G，B各為8bits，因此一共有24個RGB值透過微處理器外部靈活匯流排3038傳送至微處理器304。
第一3x3色彩對應轉換矩陣模組3024：接收由微處理器304計算相對應於第一3x3對應轉換矩陣所需要的係數值，並將這些係數值傳送至影像校正模組302進行3x3矩陣運算處理。
其中，第一色溫卡對應轉換3x3矩陣係數值表示為[ARx,AGx,ABx]，式(1)，此係數值是由色溫卡原始資料擷取模組3022擷取色溫卡50上的24個色塊501-524所得到的RGB值，可以分別如下列式(2)-式(25)表示：[AR1,AG1,AB1]，式(2)；[AR2,AG2,AB2]，式(3)；[AR3,AG3,AB3]，式(4)； [AR4,AG4,AB4]，式(5)；[AR5,AG5,AB5]，式(6)；[AR6,AG6,AB6]，式(7)；[AR7,AG7,AB7]，式(8)；[AR8,AG8,AB8]，式(9)；[AR9,AG9,AB9]，式(10)；[AR10,AG10,AB10]，式(11)；[AR11,AG11,AB11]，式(12)；[AR12,AG12,AB12]，式(13)；[AR13,AG13,AB13]，式(14)；[AR14,AG14,AB14]，式(15)；[AR15,AG15,AB15]，式(16)；[AR16,AG16,AB16]，式(17)；[AR17,AG17,AB17]，式(18)；[AR18,AG18,AB18]，式(19)；[AR19,AG19,AB19]，式(20)；[AR20,AG20,AB20]，式(21)；[AR21,AG21,AB21]，式(22)；[AR22,AG22,AB22]，式(23)；[AR23,AG23,AB23]，式(24)；以及[AR24,AG24,AB24]，式(25)； 其中，式(1)中[ARx,AGx,ABx]的x為1至24，表示色溫卡50上的每一個色塊501-524，因此，式(2)-式(25)分別表示待校正內視鏡20所擷取色溫卡50的每一個色塊501-524所得到的原始RGB值，因此，[AR1,AG1,AB1]，式(2)，表示待校正內視鏡20所擷取色塊501(dark skin)所得到的原始RGB值；[AR2,AG2,AB2]，式(3)，表示待校正內視鏡20擷取色塊502(Light skin)所得到的原始RGB值；[AR3,AG3,AB3]，式(4)，表示待校正內視鏡20擷取色塊503(Blue sky)所得到的原始RGB值；[AR4,AG4,AB4]，式(5)，表示待校正內視鏡20擷取色塊504(Foliage color)所得到的原始RGB值；[AR5,AG5,AB5]，式(6)，表示待校正內視鏡20擷取色塊505(Blue flower color)所得到的原始RGB值；[AR6,AG6,AB6]，式(7)，表示待校正內視鏡20擷取色塊506(Bluish green color)所得到的原始RGB值；[AR7,AG7,AB7]，式(8)，表示待校正內視鏡20擷取色塊507(Orange color)所得到的原始RGB值；[AR8,AG8,AB8]，式(9)，表示待校正內視鏡20擷取色塊508(Purplish blue color)所得到的原始RGB值；[AR9,AG9,AB9]，式(10)，表示待校正內視鏡20擷取色塊509(Moderate red color)所得到的原始RGB值； [AR10,AG10,AB10]，式(11)，表示待校正內視鏡20擷取色塊510(Purple color)所得到的原始RGB值；[AR11,AG11,AB11]，式(12)，表示待校正內視鏡20擷取色塊511(Yellow green color)所得到的原始RGB值；[AR12,AG12,AB12]，式(13)，表示待校正內視鏡20擷取色塊512(Orange yellow color)所得到的原始RGB值；[AR13,AG13,AB13]，式(14)，表示待校正內視鏡20擷取色塊513(Blue color)所得到的原始RGB值；[AR14,AG14,AB14]，式(15)，表示待校正內視鏡20擷取色塊514(Green color)所得到的原始RGB值；[AR15,AG15,AB15]，式(16)，表示待校正內視鏡20擷取色塊515(Red color)所得到的原始RGB值；[AR16,AG16,AB16]，式(17)，表示待校正內視鏡20擷取色塊516(Yellow color)所得到的原始RGB值；[AR17,AG17,AB17]，式(18)，表示待校正內視鏡20擷取色塊517(Magenta color)所得到的原始RGB值；[AR18,AG18,AB18]，式(19)，表示待校正內視鏡20擷取色塊518(Cyan color)所得到的原始RGB值；[AR19,AG19,AB19]，式(20)，表示待校正內視鏡20擷取色塊519(White(.0.5)color)所得到的原始RGB值；[AR20,AG20,AB20]，式(21)，表示待校正內視鏡20擷取色塊520(Neutral 8(.23)color)所得到的原始RGB值； [AR21,AG21,AB21]，式(22)，表示待校正內視鏡20擷取色塊521(Neutral 6.5(.44)color)所得到的原始RGB值；[AR22,AG22,AB22]，式(23)，表示待校正內視鏡20擷取色塊522(Neutral 5(.70))所得到的原始RGB值；[AR23,AG23,AB23]，式(24)，表示待校正內視鏡20擷取色塊523(Neutral 3.5(.1.05)color)所得到的原始RGB值；以及[AR24,AG24,AB24]，式(25)，表示待校正內視鏡10擷取色塊524(Black(1.50)color)所得到的原始RGB值。
接著，將色溫卡50的24個色塊501-524的RGB值由24x3的矩陣轉為A的轉置矩陣，其式(26)及式(27)所表示：
Figure 108122644-A0305-02-0014-3
Figure 108122644-A0305-02-0014-4
接下來，將式(26)的A矩陣及式(27)的A轉置矩陣相乘以得到式(28)的B矩陣：
Figure 108122644-A0305-02-0014-5
將上述得到的B矩陣，
Figure 108122644-A0305-02-0015-6
，計算 其反矩陣
Figure 108122644-A0305-02-0015-7
。
將式(27)轉置矩陣
Figure 108122644-A0305-02-0015-9
與色溫卡50標準RGB值的24x3矩陣S24x3相乘，以得到矩陣C24x3，其中S24x3為
Figure 108122644-A0305-02-0015-10
。因此，C24x3如下所示：
Figure 108122644-A0305-02-0015-11
將上述
Figure 108122644-A0305-02-0016-51
反矩陣(式(29))與上述得到的式(31)的C24x3矩陣相乘以得到D3x3矩陣。
Figure 108122644-A0305-02-0016-12
將D 3x3矩陣(式(32))轉置，以得到
Figure 108122644-A0305-02-0016-13
，式(33)，並令E 3x3矩陣等於
Figure 108122644-A0305-02-0016-52
轉置矩陣，
Figure 108122644-A0305-02-0016-14
因此，輸出影像的RGB值
Figure 108122644-A0305-02-0016-53
為E矩陣與輸入影像的RGB值IRGB的乘積，其數學式表示為：
Figure 108122644-A0305-02-0016-15
Figure 108122644-A0305-02-0016-16
，因此可以得到輸出影像的R'、G'及B'值為：R'=E 11 R+E 12 G+E 13 B，式(35)；G'=E 21 R+E 22 G+E 23 B，式(36)；以及B'=E 31 R+E 32 G+E 33 B，式(37)，其中E 11-E 33分別為第一3x3對應轉換矩所需要的9個係數值。
第一色溫卡調整資料擷取模組3026：將經由第一3x3色彩對應轉換矩陣模組3024處理後的影像值放置在顯示器10的擷取影像方框102內，第一色溫卡調整資料擷取模組3026用以針對在擷取影像方框102內的影像的16個像素 的RGB值進行擷取，並再計算此16個像素的RGB值，並且求得其16個像素的RGB平均值，最後可以得到擷取影像RGB的值，因此在本發明中，在利用色溫卡50擷取影像的過程中會得到24個色塊501-524的RGB值，並且將這24個色塊501-524的RGB值傳送至微處理器304。
第二3x3色溫卡對應轉換矩陣模組3028：由微處理器304計算相對應於第二3x3色溫卡對應轉換矩陣所需要的係數值，並將這些係數值傳送至影像校正模組302進行3x3矩陣運算處理。
第二色溫卡對應轉換3x3矩陣係數值如式(38)所表示，[A'R'x,A'G'x,A'B'x]，式(38)。此係數值是將內視鏡20擷取到的色溫卡50上的每一個色塊501-524的影像將經過第一色溫卡對應轉換3x3矩陣模組3024運算所得到的RGB值，再經由第二色溫卡調整資料擷取模組3030進行運算所得到的係數值，如下列式(39)-式(62)所表示：[A'R'1,A'G'1,AB'1]，式(39)；[A'R'2,A'G'2,A'B'2]，式(40)；[A'R'3,A'G'3,A'B'3]，式(41)；[A'R'4,A'G'4,A'B'4]，式(42)；[A'R'5,A'G'5,A'B'5]，式(43)；[A'R'6,A'G'6,A'B'6]，式(44)；[A'R'7,A'G'7,A'B'7]，式(45)；[A'R'8,A'G'8,A'B'8]，式(46)；[A'R'9,A'G'9,A'B'9]，式(47)；[A'R'10,A'G'10,A'B'10]，式(48)； [A'R'11,A'G'11,A'B'11]，式(49)；[A'R'12,A'G'12,A'B'12]，式(50)；[A'R'13,A'G'13,A'B'13]，式(51)；[A'R'14,A'G'14,A'B'14]，式(52)；[A'R'15,A'G'15,A'B'15]，式(53)；[A'R'16,A'G'16,A'B'16]，式(54)；[A'R'17,A'G'17,A'B'17]，式(55)；[A'R'18,A'G'18,A'B'18]，式(56)；[A'R'19,A'G'19,A'B'19]，式(57)；[A'R'20,A'G'20,A'B'20]，式(58)；[A'R'21,A'G'21,A'B'21]，式(59)；[A'R'22,A'G'22,A'B'22]，式(60)；[A'R'23,A'G'23,A'B'23]，式(61)；以及[A'R'24,A'G'24,A'B'24]，式(62)。
其中，[A'R'1,A'G'1,A'B'1]，式(39)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊501(Dark skin color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值；[A'R'2,A'G'2,A'B'2]，式(40)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊502(Light skin color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值：[A'R'3,A'G'3,A'B'3]，式41)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊503(Blue sky color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值； [A'R'4,A'G'4,A'B'4]，式(42)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊504(Foliage color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值；[A'R'5,A'G'5,A'B'5]，式(43)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊505(Blue flower color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值；[A'R'6,A'G'6,A'B'6]，式(44)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊506(Bluish green color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值；[A'R'7,A'G'7,A'B'7]，式(45)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊507(Orange color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值；[A'R'8,A'G'8,A'B'8]，式(46)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊508(Purplish blue color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值；[A'R'9,A'G'9,A'B'9]，式(47)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊509(Moderate red color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值；[A'R'10,A'G'10,A'B'10]，式(48)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊510(Purple color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值；[A'R'11,A'G'11,A'B'11]，式(49)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊511(Yellow green color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值；[A'R'12,A'G'12,A'B'12]，式(50)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊512(Orange yellow color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值；[A'R'13,A'G'13,A'B'13]，式(51)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊513(Blue color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值；[A'R'14,A'G'14,A'B'14]，式(52)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊514(Green color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值； [A'R'15,A'G'15,A'B'15]，式(53)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊515(Red color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值；[A'R'16,A'G'16,A'B'16]，式(54)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊516(Yellow color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值；[A'R'17,A'G'17,A'B'17]，式(55)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊517(Magenta color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值；[A'R'18,A'G'18,A'B'18]，式(56)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊518(Cyan color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值；[A'R'19,A'G'19,A'B'19]，式(57)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊519(White color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值；[A'R'20,A'G'20,A'B'20]，式(58)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊520(Neutral 8 color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值；[A'R'21,A'G'21,A'B'21]，式(59)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊521(Neutral 6.5 color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值；[A'R'22,A'G'22,A'B'22]，式(60)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊522(Neutral 5 color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值；[A'R'23,A'G'23,A'B'23]，式(61)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊523(Neutral 3.5 color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值；以及[A'R'24,A'G'24,A'B'24]，式(62)，表示待校正的內視鏡20擷取色塊524(Black color)經第一次3x3矩陣運算後所得到的RGB值。
與前述相同，將上述24個色塊501-524的R'、G'、B'值由A' 24xz3矩陣轉為A' T 的轉置矩陣，如式(63)及式(64)表示：
Figure 108122644-A0305-02-0021-20
Figure 108122644-A0305-02-0021-21
接下來，將
Figure 108122644-A0305-02-0021-68
矩陣及
Figure 108122644-A0305-02-0021-83
轉置矩陣相乘以得到
Figure 108122644-A0305-02-0021-77
矩陣：
Figure 108122644-A0305-02-0021-22
將上述得到的
Figure 108122644-A0305-02-0021-67
矩陣計算其反轉矩陣
Figure 108122644-A0305-02-0021-63
：
Figure 108122644-A0305-02-0021-23
將
Figure 108122644-A0305-02-0021-64
轉置矩陣
Figure 108122644-A0305-02-0021-24
與色溫卡50標準RGB值的24x3矩陣S24x3相乘，以得到矩陣
Figure 108122644-A0305-02-0021-65
，其中S24x3與前述式(30)相同，
Figure 108122644-A0305-02-0021-25
，使得
Figure 108122644-A0305-02-0021-88
如下表示：
Figure 108122644-A0305-02-0022-26
將上述式(66)的
Figure 108122644-A0305-02-0022-84
反轉矩陣與上述得到式(67)的C' 3x3矩陣相乘以得到
Figure 108122644-A0305-02-0022-89
矩陣。
Figure 108122644-A0305-02-0023-27
Figure 108122644-A0305-02-0023-28
，將
Figure 108122644-A0305-02-0023-76
矩陣轉置以得到E'矩陣：
Figure 108122644-A0305-02-0023-29
，因此，
Figure 108122644-A0305-02-0023-57
為E' 3x3 矩陣與輸入影像的RGB值
Figure 108122644-A0305-02-0023-58
的乘積，如式(70)所表示：
Figure 108122644-A0305-02-0023-31
根據上述，輸出影像
Figure 108122644-A0305-02-0023-60
的R"、G"及B"值可以由下列式(71)-式(73)求得：R"=E' 11 R'+E' 12 G'+E' 13 B'，式(71)；G"=E' 21 R'+E' 22 G'+E' 23 B'，式(72)；以及B"=E' 31 R'+E' 32 G'+E' 33 B'，式(73)，其中E' 11-E' 33為第二色溫卡對應轉換3x3矩陣的係數值。
第二色溫卡調整資料擷取模組3030：將先前通過第二3x3色溫卡對應轉換矩陣模組3028轉換的影像值置放在擷取影像方框102內，第二色溫卡調整資料擷取模組3030對擷取影像方框102內的每一個色塊501-524的16個像素的RGB值進行擷取，再將此每一個色塊501-524的16個像素的RGB值計算其平均 值，最後可以得到欲擷取影像的RGB值，在本發明的實施例中，由第二色溫卡調整資料擷取模組3030將色溫卡50上24個色塊501-524的RGB的平均值傳送至微處理器304。
sRGB Gamma 2.2校正模組3032：用以對顯示器10進行校正使其能符合sRGB Gamma 2.2標準，並且sRGB Gamma 2.2查找表傳送至影像校正模組302。其中，sRGB Gamma 2.2查找表值的計算方式如下：sRGB的定義如式(74)所表示：
Figure 108122644-A0305-02-0024-32
，其中i=0,1,2,3...N-1：N為sRGB Gamma 2.2查找表的輸入值；i為階數；m為Gamma值；D為深度。因此在本發明的實施例中，Gamma值為2.2、查找表的輸入值為4096、深度D為16bits，故式(74)可以改寫為：
Figure 108122644-A0305-02-0024-33
，因此，在上述式(70)中的
Figure 108122644-A0305-02-0024-54
為
Figure 108122644-A0305-02-0024-55
經過上述sRGB Gamma 2.2查找表求得。
反Gamma校正模組3036：由於顯示器10通常帶有一條非線性曲線Gamma，利用反Gamma校正模組3036將顯示器10校正成線性的Gamma曲線，由微處理器304將反Gamma查找表傳送至影像校正模組304。
首先，先計算色域對應轉換3x3係數值：線性變換公式定義如式(76)所示：
Figure 108122644-A0305-02-0024-34
，其中M為轉換矩陣，R、G、B值經過正規化之後其在0-1之間，並且使得式(76)可以改寫如式(77)-式(79)所列示：S R =X R +Y R +Z R ，式(77)； S G =X G +Y G +Z G ，式(78)；以及S B =X B +Y B +Z B ，式(79)。
因此，可以將式(77)-式(79)重新改寫可以得到如式(80)所示：
Figure 108122644-A0305-02-0025-35
 將白色的R,G,B值為(4096,4096,4096)代入式(80)可以得到：
Figure 108122644-A0305-02-0025-36
 將式(81)代回式(76)可以得到轉換矩陣M：
Figure 108122644-A0305-02-0025-37
接著，根據sRGB規格定義：(x R ,y R )=(0.6391,0.3392)，式(83)；(x G ,y G )=(0.2718,0.6145)，式(84)；(x B ,y B )=(0.1453,0.0585)，式(85)；(X K ,Y K ,Z K )=(0,0,0)，式(86)；(X W ,Y W ,Z W )=(0.9504,1.0,1.0889)，式(87)，將式(83)-式(87)代入式(82)可以得到：
Figure 108122644-A0305-02-0025-38
接下來量測顯示器10的面板的R、G、B三原色與全黑及全白的RGB值之後代入式(76)可以計算出顯示器10的面板的轉換矩陣M panel ：
Figure 108122644-A0305-02-0026-39
Figure 108122644-A0305-02-0026-40
，將式(89)及式(90)合併之後可以得到：
Figure 108122644-A0305-02-0026-41
，將式(91)調整可以得到如式(92)所示：
Figure 108122644-A0305-02-0026-42
 因此可以得到色彩轉換矩陣：
Figure 108122644-A0305-02-0026-43
另外，輸出的RGB值，
Figure 108122644-A0305-02-0026-56
：首先計算反Gamma查找表值。在本發明的實施例中使用查找表的輸入值為4096筆，深度D為16bits。接著，量測顯示器10的面板原生(native)灰階亮度，並且以內插的方式進行2 D =65536筆的亮度參考表，其中最暗階的亮度為L min 、最亮階為L max ，因此可以得到反Gamma查找表各階目標亮度，其計算公式可以如下表示：
Figure 108122644-A0305-02-0026-44
，其中i=0,1,2,3...,N-1，當i=0時，則Li=0。
接著再從亮度參考表中找出最接近各階目標亮度值的索引值，並填入反Gamma查找表中，即可以完成反Gamma查找表。
最後由顯示器10顯示出影像是透過已經校正的內視鏡所擷取的影像。在此，當執行色溫卡校正選擇時，會將上述的反Gamma查找表以及
Figure 108122644-A0305-02-0027-75
值計算以得到最後輸出至顯示器10的影像
Figure 108122644-A0305-02-0027-62
。
微處理外部靈活匯流排3038：微處理外部靈活匯流排3038的一端與微控制器304連接，其另一端分別與色溫卡原始資料擷取模組3022、第一3x3色溫卡對應轉換矩陣模組3024、第一色溫卡整資料擷取模組3026、第二3x3色溫卡對應轉換矩陣模組3028、第二色溫卡調整資料擷取模組3030、sRGB Gamma 2.2校正模組3032、3x3色域對應轉換矩陣模組3034、反Gamma校正模組3036連接，用以將微控制器304處理後的電訊號傳送至影像校正模組302中的各個模組來進行運算及處理。
接著請繼續參考圖3。微處理器304用以接收由光感測器傳送的電訊號，其中此電訊號是由光感測器的收光面對著顯示器10的正中央，即對準擷取影像方框102，用以擷取在擷取影像方框102內的光訊號，然後將此光訊號轉換成的電訊號。在本發明的實施例中，微控制器304至少包括動作控制模組(action controller)3042以及調校控制模組(calibration controller)3044，其中動作控制模組3042用以接收外部輸入指令，並且進行動作指令的下達及控制影像校正裝置30的自我調校流程，在此，外部輸入指令是由使用者透過外部裝置(未在圖中表示)例如鍵盤，當動作控制模組3042接收到由外部裝置所輸入的外部輸入指令之後，即會根據外部輸入指令進行動作指令的下達及控制影像校正裝置30的自我調校流程。
又，調校控制模組(calibration controller)3044至少包括計算函數模組(calculation function module)30442以及補償函數模組(compensate function)30444。計算函數模組30442是將前述的電訊號進行Gamma校正曲線函數運算、色溫函數運算以及3x3色域對應轉換矩陣參數運算，在此對電訊號進行Gamma校正曲線函數運算、色溫函數運算以及色域對應轉換矩陣參數運算的目的是為了要將顯示器10的上述Gamma校正曲線、色溫以及色域等數值對應要輸出在顯示器10上的影像訊號的Gamma校正曲線、色溫以及色域。
補償函數模組30444是用來對該電訊號進行均勻補償運算及反Gamma校正(De-Gamma correction)運算，同樣的，補償函數模組30444是將上述電訊號進行均勻補償運算及進行反Gamma校正運算，使得顯示器10的亮度及色度的均勻度可以與要輸出在顯示器10的影像訊號的均勻度相互對應；同時，電訊號中的非線性曲線校正成Gamma曲線之後能與由反Gamma校正模組3036所校正的線性的Gamma曲線匹配。
因此根據以上所述，針對匯流排傳輸資料，在影像校正模組302內的各個模組3022-3036與微處理器外部靈活匯流排3038及微處理器304之間的資料傳輸做進一步的說明：色溫卡原始RGB資料(catch color checker 24 card original RGB data)由色溫卡原始資料擷取模組3022擷取色溫卡50的每一個色塊501-524的RGB值各8bits，因為色溫卡50有24個色塊501-524因此共有24個RGB值，然後將這24個RGB值傳送至微處理器304，即如圖3中由色溫卡原始資料擷取模組3022與微處理器外部靈活匯流排3038之間的箭頭方向。第一色溫卡對應轉換3x3矩陣係數值(color mapping_1 3x3 coefficient value)是由微處理器304的調校控制模組3044計算色溫卡50的第一相對應3x3矩陣的函數，其共有9個值，微處理器304將這9個值透過微處理器外部靈活匯流排3038傳送至影像校正模組302中的第一3x3色溫卡對應轉換矩陣模組3024。第一色溫卡調整RGB資料(catch color checker 24 card adjusted_1 RGB data)是經由第一色溫卡調整資料擷取模組3026擷取經過第一3x3色溫卡對應轉換矩陣模組3024運算的24個色塊501-524的RGB值，其中R、G、B值各為8bits，因此，色溫卡50有24個RGB值(因有24個色塊501-524)，並且透過微處理器外部靈活匯流排3038將這24個RGB值傳送至微處理器304。第二3x3色溫卡對應轉換矩陣係數值(color mapping_2 3x3 coefficient value)是由微處理器304中的調校控制模組3044計算色溫卡50的第二相對應3x3矩陣的函數，其共有9個值，由微處理器304計算相應第二3x3色溫卡對應轉換矩陣模組3028所須要的係數，然後將這些係數傳送至第二3x3色溫卡對應轉換矩陣模組3028進行處理。第二色溫卡調整RGB資料是由影像校正模組302中的第二色溫卡調整資料擷取模組3030擷取經過第二3x3矩陣運算的色溫卡50的24色塊501-524的RGB值，其中每一個色塊501-524的RGB值分別為8bits，共有24個RGB值並且由影像校正模組302中的第二色溫卡調整資料擷取模組3030透過微處理器外部靈活匯流排3038傳送至微處理器304。sRGB Gamma查找表(sRGB Gamma table value)是由微處理器304的調校控制模組3044對顯示器10的面板進行Gamma 2.2的調校，產生Gamma 2.2查找表，其中Gamma 2.2查找表包含有R、G、B三個查找表值、分別為4096個12bits的調校值，而微處理器304將Gamma 2.2查找表透過微處理器外部靈活匯流排3038傳送至影像校正模組304的sRGB Gamma 2.2校正模組3032予以儲存。色域對應轉換3x3係數值(Gamut mapping 3x3 coefficient value)是由微處理器304的調校控制模組3044計算顯示器10的面板的色域，使其能夠符合sRGB色域標準相對應3x3矩陣的函數，其共有9個係數值，而微處理器304透過微處理器外部靈活匯流排3038傳送此9個係數值至影像校正模組302的3x3色域對應轉換矩陣模組3034。反Gamma查找表(De Gamma table value)是由微處理器304的調校控制模組3044對顯示器10的面板進行反Gamma的調校，並產生反Gamma查找表(De Gamma table)，其中反Gamma查找表包含有R、G、B個三查找表值，分別為4096個12bits的調校值，微處理器304將反Gamma查找表透過微處理器外部靈活匯流排3038傳送至影像校正模組302的反Gamma校正模組3036。色溫卡校正選擇(color card calibration select)透過內視鏡校正，可以校正一支以上的內視鏡參數，即不同廠牌、不同型號的內視鏡20，並且將每一支內視鏡20的校正參數存放在顯示器10的儲存設備(未在圖中表示)內，當顯示器10與此廠牌的內視鏡20連接時，可以直接由儲存於顯示器10內的內視鏡調校值來選擇對應的內視鏡20。
因此，根據上述，本發明的內視鏡的調校流程步驟請參考圖4。在陳述圖4的步驟流程的同時，也一併配合圖1及圖3。在圖4中，步驟60：將內視鏡與具有顯示校正裝置的顯示器或是透過外接式的顯示校正裝置與顯示器連接。於此步驟中，當欲校正的內視鏡20與顯示器10連接時，可以由顯示器10看到由內視鏡20的鏡頭222所觀察到而收進來的影像。接著，步驟62：將內視鏡的鏡頭套設於遮光筒內用以模擬內視鏡在人體內的收光環境。於此步驟中，將內視鏡20的插入部220一端的鏡頭222套設在遮光筒40內，並且將鏡頭222要觀測物體的那一端要朝向遮光筒40的觀景窗404，並且要確認沒有任何的光源進入遮光筒40內，而在校正內視鏡20光源是由內視鏡20的自發光源提供，因此內視鏡20的鏡頭222可以透過遮光筒40的觀景窗404來攝取物件的影像。要說明的是，物件指的是色溫卡50上每一個色塊501-524的影像，而一般內視鏡20在使用時所觀察的物件則是人體內部的病灶。
接下來，步驟64：提供24色的色溫卡並將套設在遮光筒的觀景窗對準色溫卡的每一個色塊上方，以擷取每一個色塊的RGB值。此步驟即為啟動色溫卡校正流程，在此步驟中，先將遮光筒40放置在色溫卡50的色塊501上方，使得顯示器10可以觀看到此色塊501並且會在顯示器10的訊息視窗上顯示該色塊501的相關訊息。此外，在顯示器10上所顯示的色塊501的相關訊息是由內視鏡20的鏡頭222所擷取到該色塊501的RGB值，例如：501表示第一個色塊即如表1中的“Dark skin”，其R值為115、G值為50、B值為64，並由外接裝置例如鍵盤(未在圖中表示)按下確定鍵，則顯示器10的訊息會指示要將遮光筒40移動到下一個色塊502，此時使用者再將套設有內視鏡20的鏡頭222的遮光筒40移動至色塊502，同樣的，顯示器10的畫面會顯示該色塊502的影像並擷取該色塊502的RGB值，並由鍵盤按下確定鍵，則顯示器10的螢幕上的訊息會指示要將遮光筒40再移動至下一個色塊503，並且重覆上述動作，直到第24塊色塊524完成影像的RGB值擷取為止。
步驟66：將光感測器的收光面放置於顯示器的畫面的正中央用以擷取在擷取影像方框中的影像。在此步驟中，將內建於顯示器10的光感測器或是設置在顯示校正裝置30內的光感測器的收光面放置在顯示器10的畫面的正中央的擷取影像方框102，用以感測經由內視鏡20的鏡頭所擷取到的色溫卡50的色塊501-524的光訊號，並且將每一個色卡501-524的光訊號轉換成電訊號。
步驟68：由影像校正模組送出測試畫面至顯示器，依序在顯示器的畫面的正中央位置顯示出擷取影像方框內的影像為全白畫面、全黑畫面、全紅畫面、全綠畫面及全藍畫面。在此步驟中，先由影像校正模組302送出測試畫面至顯示器10，使得在顯示器10的正中央的擷取影像方框102可以顯示出影像校 正模組302所傳送的影像畫面，若為全白畫面則RGB值為(4096,4096,4096)，並同時確定光感測器的收光面置放於此方塊前，則此時擷取影像方框102內的影像值會由全黑畫面，其RGB值為(0,0,0)陸續往上增加RGB值，因此RGB值會由RGB(0,0,0)增加至RGB(64,64,64)，RGB(128,128,128)...RGB(4096,4096,4096)為白色64階變化。紅色64階變化則是由RGB(0,0,0)，RGB(64,0,0)，RGB(128,0,0)...直到RGB(4096,0,0)；綠色64階變化則是由RGB(0,0,0)，RGB(0,64,0)，RGB(0,128,0)...RGB(0,4096,0)；藍色64階變化則是由RGB(0,0,0)，RGB(0,0,64)，RGB(0,0,128)...RGB(0,0,4096)，並重覆步驟64-步驟68直至色溫卡50的每一個色塊501-524都完成量測才結束，以完成內視鏡20的校正流程。
接著，步驟70：微處理器運算出影像校正模組所需要的函數值、補償值及查找表值。在此步驟中，微處理器304中的調校控制模組3044來運算出第一色溫卡對應轉換3x3矩陣係數值、第二色溫卡對應轉換3x3矩陣係數值、sRGB Gamma查找表、色域對應轉換3x3係數值及反Gamma查找表。
於步驟72：當執行色溫卡校正選擇時，微處理器運算後所得到的函數值、補償值及查找表值傳送至影像校正模組，使得顯示器呈現的影像是經過內視鏡校正完成的影像。
1:顯示校正系統
10:顯示器
102:擷取影像方框
20:輸出影像的設備(內視鏡)
210:控制部
220:插入部
222:鏡頭
2102:影像輸出端
30:顯示校正裝置
40:遮光筒
402:穿孔
404:觀景窗
50:色溫卡
501-524:色塊

Claims (10)

  1. 一種應用於一內視鏡的顯示校正系統，包括：一色溫卡，由24個不同顏色的色塊組成；一遮光筒，為一筒狀，於該筒狀的一第一面具有一穿孔及在一第二面具有一觀景框，且該穿孔與該觀景框相連通；該內視鏡，至少具有一插入部及一控制部，該插入部與該控制部連接，其中該插入部的一端具有一鏡頭且套設於該遮光筒的該穿孔內並且使該鏡頭朝向該觀景框設置，及該控制部的一端具有一影像訊號連接端，其中將套設在該遮光筒的該鏡頭透過該觀景框依序對準該色溫卡的各該色塊以擷取各該色塊的一影像；一顯示器，具有一擷取影像方框，該擷取影像方框用以顯示各該色塊的各該影像；以及一顯示校正裝置，具有一影像校正模組，該影像校正模組用以對由該內視鏡所傳送的各該色塊的各該影像訊號進行校正，其中該影像校正模組包括：一影像輸入端，接收由該內視鏡的該鏡頭所擷取的各該色塊的各該影像的每一該影像訊號；一微處理器，用以接收對應每一該影像訊號的一電訊號並對該電訊號進行運算及校正；以及一影像輸出端，與該顯示器連接，將經過該微處理器運算及校正後的該電訊號由該影像輸出端輸出至該顯示器，使得在該顯示器上所顯示的對應於各該電訊號的每一該影像的一色彩與各該色塊的一真實色彩相同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的顯示校正系統，其中該遮光筒為一黑色遮光筒。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的顯示校正系統，其中該內視鏡可以是一膀胱鏡、一胃鏡、一大腸鏡、一支氣管鏡或一腹腔鏡，用以伸入一人體以觀察該人體的一內部病灶。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的顯示校正系統，其中該微處理器包括一動作控制器、一調校控制器、一計算函數單元及一補償函數單元。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的顯示校正系統，其中該動作控制器用以接收來自一使用者的一鍵盤的操作、一動作指令的下達及一控制自動自我調校流程順序。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的顯示校正系統，其中該計算函數單元是將該電訊號進行一Gamma校正曲線函數運算、一色溫函數運算及一3x3色域對應轉換矩陣參數運算。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的顯示校正系統，其中該補償函數單元是將該電訊號做一亮度及色度均勻補償函數及一反Gamma校正運算。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的顯示校正系統，其中該電訊號是由具有一收光面的一光感測器對準該顯示器的該擷取影像方框量測得到的一光訊號並將該光訊號轉換所得到。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的顯示校正系統，其中該光感測器還包括對準於該顯示器的該顯示影像方框用以擷取在該擷取影像方框內的各該色塊的各該影像的各該影像訊號。
  10. 如申請專利範圍第8項或第9項所述的顯示校正系統，其中該光感測器可以設置於該顯示器內或是設置於該顯示校正裝置內。
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