技术领域
[0001] 本
发明涉及医用专业显示技术领域，特别是一种医用显示器色彩均匀性校正方法及校正系统。
背景技术
[0002]
光源、被拍摄的物体与
图像采集设备是图像形成的三要素。考虑到图像主要通过显示器进行
颜色重现，影响图像颜色失真的因素主要与光源、图像采集设备和图像显示设备有关。其中，显示设备对颜色失真的影响方面，以显示器为图像重现设备时，显示器的
亮度、
对比度、γ值、白点、
色度、黑点等都是影响颜色失真的参数。γ值是用来描述输入和输出的非线性关系的特性参数，取值通常在1-3。显示器白点指的是在红、绿、蓝三通道都以最大值驱动时得到的色度值。不同的显示器有不同的色彩范围。因此，颜色校正是
图像分析十分关键的一个预处理步骤。常规的颜色校正方法可以分为三类：
[0003] 1、基于映射的颜色校正方法，通过确定源颜色空间到目标颜色空间的映射关系实现颜色空间的转换。这类方法常用于
数码相机、
扫描仪、显示器、
打印机等图像输入、输出设备的颜色校正处理。
[0004] 2、基于
光谱反射率还原的颜色校正方法，根据系统成像模型，由采集得到的颜色值还原对象物体的光谱反射率，进而结合标准光源的光谱功率分布得到标准颜色值。这类方法是以有限维线性模型为
基础的，颜色校正
精度较高，但计算量较大。
[0005] 3、基于图像分析的颜色校正方法，首先根据图像的色度平均值及色度分布特性检测图像是否偏色以及偏色程度，进而对偏色图像进行颜色校正。这类方法没有光源的光谱功率分布、采集设备的光敏特性。
[0006] 其中，基于映射的颜色校正方法可以进一步分为简单的参考白映射法、矩阵法，计算量较大的查找表法、多项式回归法、
人工神经网络法等。这几种方法也是比较通用的、有代表性的颜色校正方法。对于不同的应用，查找表的构成、神经网络的结构和多项式回归模型等会有所不同。
[0007] “参考白”映射法，就是设法使被重现的图像中的白点与理想的白点的颜色一致。通常是用一个白色卡片作为“参考白”，并把每个通道的颜色值调整到相等。其优点是实现起来简单，可以在一定的范围内达到色貌(color appearance matching)匹配，同时能部分地消除光照的影响；缺点是过于简单，仅适合于对颜色要求不高的场合。
[0008] 矩阵法的本质就是用转换矩阵实现颜色空间的转换。矩阵法的思想是用参考色标的三刺激值作为输人，设备输出颜色的三刺激值作为输出，由下式求出转换矩阵。
[0009] Mref，O(XYZ)＝Mref，I(RGB)
[0010] 其中：Mref，I(RGB)是参考色标的三刺激值(R、G、B)组成的维数为3×n的输人矩阵；Mref，O(RGB)是设备输出三刺激值(X、Y、Z)组成的维数为3×n的输出矩阵；Mt是维数为3×3的转换矩阵。求出转换矩阵Mt后，就可以得到设备输出的任一物体颜色三刺激值的向量。
[0011] Mobj，O(XYZ)＝Mobj，I(RGB)
[0012] 其中：Mobj，I(RGB)和Mobj，I(XYZ)分别是物体三刺激值和设备输出的物体颜色三刺激值的向量。
[0013] 矩阵法是设备校准普遍采用的一种方法，简便易实现，但由于转换矩阵维数太小，效果往往不太理想。
[0014] 查找表法是借助色度测量数据建表，为此必须选择一定数量足以代表图像的真实颜色列在表中。如果被重现的颜色不在颜色表中，可通过插值或近似的方法得到。查找表法需大量的标准色谱、色
块数据。色块数量越多，颜色校正的精度越高。颜色校正中用得较多的是三维查找表。基于国际色彩联盟标准的颜色管理系统采用了基于查找表的模型，描述了设备颜色空间与特征化文件连接空间(profile connection space，PCS)之间的颜色转换。
[0015] 根据插值策略的不同又可以把三维插值划分为立方体性插值、三棱柱插值、金字塔插值和四面体插值。四面体是最小不可再分的三维立体，其运算复杂度最小；又因为插值精度也能够满足要求，所以四面体插值
算法是目前应用较为广泛的一种三维插值方法。
[0016] 总之，上述各种色彩校正方法的效率及误差各异，色彩均匀性也难以有效保证。随着数字图像设备的广泛应用，色彩均匀性已逐渐成为当前研究的一个热点。与早期的系统相比，现在这个问题变得更加复杂。
[0017] 另外，图像的色彩信息往往是图像分析的重要依据，随着技术的发展，医学影像包含越来越丰富的信息，特别是未来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重现上的精准度要求越来越苛刻。因此，对医用显示器色彩均匀性进行准确校正，成为提升医用显示器色彩显示能
力重要途径之一。
发明内容
[0018] 本发明的目的是：提供一种医用显示器色彩均匀性校正方法及校正系统，其可减少色彩均匀性误差，改善色彩分布不均问题，保证医用显示器色彩显示的准确还原。
[0019] 本发明采取的技术方案为：一种医用显示器色彩均匀性校正方法，包括以下步骤：
[0020] S1，将显示器的显示区域划分为多个区域，多个区域中具有多个点；
[0021] S2，源色彩空间与目标色彩空间之间的转换关系已知的情况下，将源色彩空间下的测试图像转换为目标色彩空间下的测试图像，控制医用显示器显示目标色彩空间下的测试图像；
[0022] S3，采集显示器上各区域和各点显示的目标色彩空间下的颜色分量数据；
[0023] S4，基于采集到的数据和测试图像中对应各区域和各点在源色彩空间下的颜色分量数据，分别计算得到各区域和各点的颜色分量数据在源色彩空间与目标色彩空间之间的映射关系数据；
[0024] S5，实时获取显示器当前输出图像中的各区域或点在源色彩空间下的颜色分量数据，根据相应区域或相应点的映射关系数据，得到相应的区域或相应点在目标色彩空间下的颜色分量理论值；
[0025] 实时采集显示器当前输出图像中的各区域或点在目标色彩空间下的实际颜色分量数据；
[0026] S6，将各区域或点相应的实际颜色分量数据与颜色分量理论值进行比较，得到各区域或点的色彩均匀性误差值；
[0027] S7，定义色彩均匀性误差
阈值，判断色彩均匀性误差值是否大于色彩均匀性误差阈值，若否，则显示器中相应区域或点的图像输出正确，校正结束；若是，则转至步骤S3至步骤S7，直至显示器中各区域或点的图像输出正确，校正结束。
[0028] 上述方法中，目标色彩空间即显示器显示图像所用的色彩空间类型，源色彩空间即图像源位于
图像处理模块或者
控制器等显示输出前模块中时，所用的色彩空间类型，它们是两种不同的色彩空间类型。本发明可适用的色彩空间类型包括RGB色彩空间、Adobe RGB色彩空间、CIE LAB色彩空间、CIE LUV色彩空间、CMY色彩空间和HIS色彩空间等。所述测试图像一般为动态播放的图像，实时采集、实时推算、实时对比、实时校正的机制实现了本发明对显示器显示功能的动态校正。且本发明对显示器的显示区域进行划分，并分别分析各区域和点的不同颜色空间映射关系，因此可在校正过程中实现对某个区域或点的单独校正，减少数据冗余，提高校正的效率。
[0029] 优选的，本发明步骤S1中，将显示器的显示区域划分为M行N列共计MxN个区域，区域中具有(M+1)x(N+1)个点。划分后，本发明可对各区域和点分别进行单独校正，避免了大批量计算的同时进行，增加了色彩均匀性校正的灵活性。
[0030] 优选的，步骤S4中，还包括将计算得到各区域和各点的颜色分量数据在源色彩空间与目标色彩空间之间的映射关系数据存储为映射关系数据表；步骤S5中，根据映射关系数据表，利用查找表法，得到相应的区域或相应点在目标色彩空间下的颜色分量理论值。
[0031] 进一步的，本发明上述校正方法中，所述目标色彩空间为RGB色彩空间，源色彩空间为CIE LUV色彩空间。
[0032] 具体的，定义u'、v'分别为某区域或点在源色彩空间下的颜色分量理论值色品坐标，参考值Yo＝100，U0'、V0'分别为相应区域或点的实际测量颜色分量色品坐标，则有：
[0033] L*＝116(Y/Y0)1/3-16 Y/Y0＞0.008856
[0034] u*＝13L*(u'-U0') v*＝13L*(v'-V0')
[0035]
[0036]
[0037] 上式中，X、Y、Z为CIE1931标准色度观察者定义的光谱三刺激值，L*、u*、v*分别为CIE 1976(L*,u*,v*)色彩空间的三个颜色分量，其中L*表示亮度，u*和v*表示色度；
[0038] 则相应区域或点的色彩均匀性误差值为：
[0039] CIE(L*、u*、v*)色彩空间中，色度坐标用均匀色度坐标(u，v)来表示，色彩的差异用Δu、Δv和ΔE来表示。
[0040] 优选的，本发明方法中，所述色彩均匀性误差阈值为3.2～6.5。色彩均匀性误差ΔE值反映的是显示器与标准值之间差距的大小，因此其数值越小越好，分数越高说明色彩越失真。上述误差阈值范围可适用于专业级
液晶显示器和少数优秀的消费级液晶显示器，阈值在6.5～13可适用于市面上大多数消费级液晶显示器。当ΔE在1.6～3.2范围内，则人眼基本上是分辨不出色彩差异的，阈值设置在此范围可适用于少数专业级的显示器。
[0041] 本发明还公开一种基于上述校正方法的医用显示器色彩均匀性校正系统，包括医用显示器、色彩测量模块和上位机；医用显示器包括
微控制器、图像处理模块、光源模块和液晶面板，微控制器控制光源模块为液晶面板提供图像显示用的
背光；液晶面板的显示区分为多个区域，多个区域中具有多个点；
[0042] 上位机发送源色彩空间下的测试图像数据至微控制器，微控制器控制图像处理模块将源色彩空间下的测试图像转换为目标色彩空间下的测试图像，并输出至液晶面板；微控制器控制光源模块对输出至液晶面板的背光强弱程度进行调节；
[0043] 色彩测量模块实时测量液晶面板上所显示图像中各区域和各点在目标色彩空间下的颜色分量数据，并将数据传输至上位机；
[0044] 上位机根据接收到的目标色彩空间下各区域和各点的颜色分量数据测量值，和相应各区域和各点在源色彩空间下的颜色分量值，分别计算得到各区域和各点在目标色彩空间与源色彩空间之间的映射关系数据，然后通过微控制器将映射关系数据发送至图像处理模块；
[0045] 图像处理模块根据接收到的映射关系数据，将各区域或各点在源色彩空间下的当前图像数据转换为目标色彩空间下的图像数据，并输出至液晶面板；
[0046] 上位机获取当前图像中对应各区域或各点在源色彩空间下的颜色分量值，根据映射关系数据计算各区域或各点在目标色彩空间下的颜色分量理论值，并接收色彩测量模块测得的当前图像中各区域和各点在目标色彩空间下的颜色分量测量值；
[0047] 上位机将颜色分量理论值与颜色分量测量值进行比较，进而得到各区域或各点对应的色彩均匀性误差值，然后判断均匀性误差值是否满足要求，若满足则相应区域或点的校正结束，若不满足则重新计算各区域或各点在目标色彩空间与源色彩空间之间的映射关系数据，以使得图像处理模块输出至液晶面板的各区域或各点的图像的色彩均匀性误差满足要求。
[0048] 本发明系统中，上位机采用本地计算机，微控制器、图像处理模块、光源模块和液晶面板为一般现有医用显示器的结构组成，光源模块用于增强或者减弱背光，使液晶面板亮度达到符合不同色彩标准下要求的亮度值。本发明系统在应用时，在未获得各区域和各点在不同色彩空间下的映射关系数据时，图像处理模块对测试图像的转换根据现有的两种色彩空间之间的转换关系进行图像的转换并输出。图像处理模块可采用现有的图像分析设备。
[0049] 本发明中，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：
[0050] 映射表单元中存储对应各区域和各点在目标色彩空间和源色彩空间之间的映射关系数据；
[0051] 处理控制单元控制数据计算单元根据映射关系数据，将当前图像的各区域或各点在源色彩空间下颜色分量数据，转换为目标色彩空间下的颜色分量数据，并输出至液晶面板。
[0052] 有益效果
[0053] 本发明中的医用显示器色彩均匀性校正系统及其校正方法具有以下技术效果：
[0054] 1、采用分区域或点的思想，来实现医用显示器色彩均匀性的校正，达到减少显示器色彩均匀性误差，提升医用显示器色彩还原精确度的目的，进而帮助医生提高诊断效率；
[0055] 2、基于分区域或点的查找表法的色彩校正方法，可以对显示器上色彩均匀性误差过大的任何局部区域进行单独校正，同时不用校正其他正常区域，增加了色彩均匀性校正的灵活性；
[0056] 3、医用显示器色彩均匀性校正的色彩测量及大量校正数据的计算由上位机自行完成，保证了医用显示器彩均匀性校正在数据计算上的准确性和可靠性。
附图说明
[0057] 图1所示为本发明医用显示器色彩均匀性校正系统原理架构图；。
[0058] 图2所示为本发明医用显示器色彩均匀性校正系统工作示意图；
[0059] 图3所示为本发明医用显示器色彩均匀性校正方法流程示意图；
[0060] 图4所示为116x16分割区域校正点和校正区域示意图；
[0061] 图5所示为基于分区域或点的查找表法在色彩还原中色彩均匀性校正示意图。
具体实施方式
[0062] 以下结合附图和具体
实施例进一步描述。
[0063] 参考图3所示，本发明的医用显示器色彩均匀性校正方法，包括以下步骤：
[0064] S1，将显示器的显示区域划分为多个区域，多个区域中具有多个点；
[0065] S2，源色彩空间与目标色彩空间之间的转换关系已知的情况下，将源色彩空间下的测试图像转换为目标色彩空间下的测试图像，控制医用显示器显示目标色彩空间下的测试图像；
[0066] S3，采集显示器上各区域和各点显示的目标色彩空间下的颜色分量数据；
[0067] S4，基于采集到的数据和测试图像中对应各区域和各点在源色彩空间下的颜色分量数据，分别计算得到各区域和各点的颜色分量数据在源色彩空间与目标色彩空间之间的映射关系数据；
[0068] S5，实时获取显示器当前输出图像中的各区域或点在源色彩空间下的颜色分量数据，根据相应区域或相应点的映射关系数据，得到相应的区域或相应点在目标色彩空间下的颜色分量理论值；
[0069] 实时采集显示器当前输出图像中的各区域或点在目标色彩空间下的实际颜色分量数据；
[0070] S6，将各区域或点相应的实际颜色分量数据与颜色分量理论值进行比较，得到各区域或点的色彩均匀性误差值；
[0071] S7，定义色彩均匀性误差阈值，判断色彩均匀性误差值是否大于色彩均匀性误差阈值，若否，则显示器中相应区域或点的图像输出正确，校正结束；若是，则转至步骤S3至步骤S7，直至显示器中各区域或点的图像输出正确，校正结束。
[0072] 上述方法中，目标色彩空间即显示器显示图像所用的色彩空间类型，源色彩空间即图像源位于图像处理模块或者控制器等显示输出前模块中时，所用的色彩空间类型，它们是两种不同的色彩空间类型。参考图5所示，本发明可适用的色彩空间类型包括RGB色彩空间、Adobe RGB色彩空间、CIE LAB色彩空间、CIE LUV色彩空间、CMY色彩空间和HIS色彩空间等。所述测试图像一般为动态播放的图像，实时采集、实时推算、实时对比、实时校正的机制实现了本发明对显示器显示功能的动态校正。且本发明对显示器的显示区域进行划分，并分别分析各区域和点的不同颜色空间映射关系，因此可在校正过程中实现对某个区域或点的单独校正，减少数据冗余，提高校正的效率。
[0073] 实施例1
[0074] 参考图4所示，步骤S1中，将显示器的显示区域划分为M行N列共计MxN个区域，区域中具有(M+1)x(N+1)个点。显示区域的划分有2x2(9个点)、3x3(16个点)、4x4(25个点)、5x5(36个点)、6x6(49个点)、7x7(64个点)、8x8(81个点)、9x9(100个点)、10x10(121个点)、11x11(144个点)、12x12(169个点)、13x13(196个点)、14x14(225个点)、15x15(256个点)、
16x16(289个点)、….、MxN((M+1)x(N+1))个点)等情况。图4所示的实施例中116x16的情况。
划分后，本发明可对各区域和点分别进行单独校正，避免了大批量计算的同时进行，增加了色彩均匀性校正的灵活性。
[0075] 步骤S4中，还包括将计算得到各区域和各点的颜色分量数据在源色彩空间与目标色彩空间之间的映射关系数据存储为映射关系数据表；步骤S5中，根据映射关系数据表，利用查找表法，得到相应的区域或相应点在目标色彩空间下的颜色分量理论值。由于显示区域已划分，因此可分别针对某一区域或点进行查找表，进而得到该区域或点对应的色彩均匀性误差，然后再针对该区域或点进行再次的图像采集，和映射关系校正，直至所有点和区域的色彩均匀性误差在可接受范围内，即在设定的色彩均匀性误差阈值内。
[0076] 进一步的，本实施例中，所述目标色彩空间为RGB色彩空间，源色彩空间为CIE LUV色彩空间。
[0077] 具体的，定义u'、v'分别为某区域或点在源色彩空间下的颜色分量理论值色品坐标，参考值Yo＝100，U0'、V0'分别为相应区域或点的实际测量颜色分量色品坐标，则有：
[0078] L*＝116(Y/Y0)1/3-16 Y/Y0＞0.008856
[0079] u*＝13L*(u'-U0') v*＝13L*(v'-V0')
[0080]
[0081]
[0082] 其中，X、Y、Z是CIE1931标准色度观察者定义的“光谱三刺激值”，L*、u*、v*是CIE1976(L*,u*,v*)色彩空间定义的三个物理分量，L*表示物体亮度，u*和v*是色度。对于一般图像，u*和v*的取值范围为-100到+100，亮度为0到100。可见，CIE LUV色彩空间可由CIE XYZ空间经简单变换得到，具视觉统一性。
[0083] 则相应区域或点的色彩均匀性误差值为：
[0084] CIE(L*、u*、v*)色彩空间中，色度坐标用均匀色度坐标(u，v)来表示，色彩的差异用Δu、Δv和ΔE来表示。
[0085] 色彩均匀性误差ΔE值反映的是显示器与标准值之间差距的大小，因此其数值越小越好，分数越高说明色彩越失真。参考下表1为用ΔE值评估显示器色彩均匀性误差对照表：
[0086] 表1
[0087]
[0088]
[0089] 本发明应用于医用专业显示器，属于专业级显示器，因此色彩均匀性误差阈值可设置范围为3.2～6.5。
[0090] 实施例2
[0091] 本实施例详述基于上述校正方法的医用显示器校正系统，参考图1和图2所示，系统包括医用显示器、色彩测量模块和上位机；医用显示器包括微控制器、图像处理模块、光源模块和液晶面板，微控制器控制光源模块为液晶面板提供图像显示用的背光；液晶面板的显示区分为多个区域，多个区域中具有多个点；
[0092] 上位机发送源色彩空间下的测试图像数据至微控制器，微控制器控制图像处理模块将源色彩空间下的测试图像转换为目标色彩空间下的测试图像，并输出至液晶面板；微控制器控制光源模块对输出至液晶面板的背光强弱程度进行调节；
[0093] 色彩测量模块实时测量液晶面板上所显示图像中各区域和各点在目标色彩空间下的颜色分量数据，并将数据传输至上位机；
[0094] 上位机根据接收到的目标色彩空间下各区域和各点的颜色分量数据测量值，和相应各区域和各点在源色彩空间下的颜色分量值，分别计算得到各区域和各点在目标色彩空间与源色彩空间之间的映射关系数据，然后通过微控制器将映射关系数据发送至图像处理模块；
[0095] 图像处理模块根据接收到的映射关系数据，将各区域或各点在源色彩空间下的当前图像数据转换为目标色彩空间下的图像数据，并输出至液晶面板；
[0096] 上位机获取当前图像中对应各区域或各点在源色彩空间下的颜色分量值，根据映射关系数据计算各区域或各点在目标色彩空间下的颜色分量理论值，并接收色彩测量模块测得的当前图像中各区域和各点在目标色彩空间下的颜色分量测量值；
[0097] 上位机将颜色分量理论值与颜色分量测量值进行比较，进而得到各区域或各点对应的色彩均匀性误差值，然后判断均匀性误差值是否满足要求，若满足则相应区域或点的校正结束，若不满足则重新计算各区域或各点在目标色彩空间与源色彩空间之间的映射关系数据，以使得图像处理模块输出至液晶面板的各区域或各点的图像的色彩均匀性误差满足要求，即在色彩均匀性误差阈值范围内。
[0098] 本发明系统中，上位机采用本地计算机，微控制器、图像处理模块、光源模块和液晶面板为一般现有医用显示器的结构组成，光源模块用于增强或者减弱背光，使液晶面板亮度达到符合不同色彩标准下要求的亮度值。本发明系统在应用时，在未获得各区域和各点在不同色彩空间下的映射关系数据时，图像处理模块对测试图像的转换根据现有的两种色彩空间之间的转换关系进行图像的转换并输出。图像处理模块可采用现有的图像分析设备。
[0099] 色彩测量模块采集到的颜色分量数据可通过微控制器模块传输至上位机，也可如图1所示直接传输至上位机。
[0100] 本发明中，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：
[0101] 映射表单元中存储对应各区域和各点在目标色彩空间和源色彩空间之间的映射关系数据；
[0102] 处理控制单元控制数据计算单元根据映射关系数据，将当前图像的各区域或各点在源色彩空间下颜色分量数据，转换为目标色彩空间下的颜色分量数据，并输出至液晶面板。
[0103] 综上，本发明通过对显示器的显示区域进行划分，并分别分析各区域和点的不同颜色空间映射关系，因此可在校正过程中实现对某个区域或点的单独校正，减少数据冗余，提高校正的效率，可改善医用显示器色彩分布不均问题，提高医用显示器色彩显示的还原准确度。
