本發(fā)明涉及一種醫(yī)用顯示器色彩還原系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，屬于醫(yī)用專業(yè)顯示
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：近年來，彩色影像逐漸成為一個活躍的研究領(lǐng)域，基于計算機(jī)的多媒體彩色系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)自動化、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。但對于影像數(shù)據(jù)的表現(xiàn)仍是一個問題，那就是如何確保在兩個完全不同的顯示設(shè)備上的影像可比較并一致性地顯示。與早期的系統(tǒng)相比，現(xiàn)在這個問題更加相當(dāng)復(fù)雜。在當(dāng)今的多媒體等應(yīng)用中，被比較和再現(xiàn)的影像可能來自于兩個完全不同的輸入設(shè)備源，也可能在兩個完全不同的輸出設(shè)備上再現(xiàn)，這樣就會對同一景物形成的顏色表現(xiàn)不會完全相同。例如，對網(wǎng)絡(luò)傳播中的同一影像，用戶可能下載到自己的電腦上，也可能由打印機(jī)硬拷貝輸出。由于不同的電腦以及不同的條件設(shè)置對數(shù)字影像的表現(xiàn)能力不同，不同類型的輸出設(shè)備表現(xiàn)顏色更是有較大的差異，會形成顏色表現(xiàn)的極大差別。另外，各種媒體均介入影像流程，使得影像的再現(xiàn)成為一個極其復(fù)雜的問題。在醫(yī)用顯示領(lǐng)域，醫(yī)用顯示器比與普通民用顯示器對色彩重現(xiàn)、亮度、分辨率等技術(shù)參數(shù)有著更高的要求。同時，隨著技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)影像包含越來越豐富的信息，特別是4K、8K等醫(yī)用影像的廣泛運(yùn)用，醫(yī)學(xué)診斷對醫(yī)用顯示器在色彩表現(xiàn)上的準(zhǔn)確還原的要求越來越苛刻。另外，一般地，傳統(tǒng)醫(yī)用顯示器只是在固定的某一種色彩空間(例如RGB色空間)下顯示所有顏色，但是對一些其他更適合醫(yī)學(xué)影像診斷的色彩空間(例如CIELAB色空間)并不支持，由此帶來醫(yī)用顯示器在醫(yī)學(xué)影像診斷上的局限性。因此，實(shí)現(xiàn)醫(yī)用顯示器色彩顯示的準(zhǔn)確還原，不僅提高圖像顯示質(zhì)量，減少不必要的誤差，而且有助于醫(yī)生提高醫(yī)學(xué)診斷效率和準(zhǔn)確率。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種醫(yī)用顯示器色彩還原系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)現(xiàn)醫(yī)用顯示器色彩顯示的準(zhǔn)確還原，不僅提高了醫(yī)用顯示器色彩還原能力，優(yōu)化了醫(yī)學(xué)影像顯示效果，而且有助于醫(yī)生提高醫(yī)學(xué)診斷效率和準(zhǔn)確率。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：一種醫(yī)用顯示器色彩還原系統(tǒng)，其特征是，包括色彩測量模塊、上位機(jī)模塊、微控制器模塊、圖像處理模塊、光源模塊和液晶面板；所述色彩測量模塊用于測量液晶面板在不同色彩空間下的顏色分量數(shù)值，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給微控制器模塊，微控制器模塊將此數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)模塊；所述上位機(jī)模塊根據(jù)所述色彩測量模塊的測量數(shù)據(jù)計算得到在兩種不同色彩空間下具有映射關(guān)系的數(shù)據(jù)表，并將數(shù)據(jù)表傳給微控制器模塊；所述圖像處理模塊通過微控制器模塊得到所述數(shù)據(jù)表，根據(jù)數(shù)據(jù)表將從一種色彩空間輸入的數(shù)據(jù)實(shí)時映射到另一種色彩空間輸入的數(shù)據(jù)，并輸送給液晶面板；所述光源模塊用于改變背光使得液晶面板亮度達(dá)到符合不同色彩標(biāo)準(zhǔn)下要求的亮度值；所述微控制器模塊用于控制光源模塊、上位機(jī)模塊和圖像處理模塊之間的工作過程。進(jìn)一步地，所述圖像處理模塊包括映射表單元、數(shù)據(jù)計算單元和處理控制單元；所述映射表單元用于存儲所述數(shù)據(jù)表；所述數(shù)據(jù)處理單元用于實(shí)時計算出從一種色彩空間輸入的數(shù)據(jù)映射到另一種色彩空間輸入的數(shù)據(jù)，并輸出給液晶面板；所述處理控制單元用于與微控制器模塊進(jìn)行通信，并控制整個圖像處理模塊的工作流程。一種上述的醫(yī)用顯示器色彩還原系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是，包括如下步驟：1)色彩模塊測量醫(yī)用顯示器在不同色彩空間下的數(shù)據(jù)；2)微控制器模塊將步驟1)得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給上位機(jī)模塊；3)上位機(jī)模塊根據(jù)測量數(shù)據(jù)建立不同色彩空間下具有映射關(guān)系的數(shù)據(jù)表后，通過微控制器模塊轉(zhuǎn)發(fā)給圖像處理模塊；4)圖像處理模塊根據(jù)數(shù)據(jù)表將從一種色彩空間輸入的數(shù)據(jù)實(shí)時映射到另一種色彩空間輸入的數(shù)據(jù)，并輸送給液晶模塊；5)微控制器模塊控制光源模塊使色彩還原系統(tǒng)正常工作。進(jìn)一步地，所述步驟4)的具體步驟如下：41)接收來自微控制器模塊發(fā)送的命令，產(chǎn)生上位機(jī)模塊所需要的測試圖像并在液晶面板上顯示；42)根據(jù)微控制器模塊發(fā)送的在兩種不同色彩空間下具有映射關(guān)系的數(shù)據(jù)表，實(shí)時計算出從一種色彩空間輸入的數(shù)據(jù)映射到另一種色彩空間輸入的數(shù)據(jù)，并輸出給液晶面板。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：1.突破傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)顯示器在不同色彩空間下進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的局限性，本方法將醫(yī)用顯示器顯示的醫(yī)學(xué)影像從一種色彩空間轉(zhuǎn)化到另一種色彩空間下顯示，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)醫(yī)用顯示器色彩顯示的準(zhǔn)確還原，有效解決了在不同電腦主機(jī)及不同使用條件設(shè)置下醫(yī)用顯示器對醫(yī)學(xué)影像的表現(xiàn)存在的差異性難題；2.充分利用本地電腦主機(jī)的計算資源，醫(yī)用顯示器色彩還原系統(tǒng)針對醫(yī)用顯示器在不同色彩空間下的色彩測量及在色彩還原過程的大量數(shù)據(jù)計算由上位機(jī)自行完成，保證了醫(yī)用顯示器色彩還原系統(tǒng)在數(shù)據(jù)計算上的準(zhǔn)確性和可靠性；3.在醫(yī)用顯示器已有部件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過增加醫(yī)用顯示器色彩還原系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)用顯示器在不同色彩空間下的數(shù)據(jù)實(shí)時轉(zhuǎn)換與實(shí)現(xiàn)，不僅提高醫(yī)用顯示器圖像顯示質(zhì)量，減少不必要的誤差，而且有助于醫(yī)生提高醫(yī)學(xué)診斷效率和準(zhǔn)確率。附圖說明圖1是本發(fā)明的還原系統(tǒng)的工作流程圖；圖2是本發(fā)明的還原系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是sRGB到LAB色彩空間的特征轉(zhuǎn)換流程；圖4是LAB到sRGB色彩空間的特征轉(zhuǎn)化流程。圖5是醫(yī)用顯示器色彩還原系統(tǒng)工作示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明涉及醫(yī)用顯示器色彩顯示在不同色彩空間下的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化方法，通過醫(yī)用顯示器色彩還原系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，即醫(yī)學(xué)圖像從一種色彩空間轉(zhuǎn)化到另一種色彩空間下顯示，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)醫(yī)用顯示器色彩顯示的準(zhǔn)確還原。具體地，本發(fā)明所涉及的還原系統(tǒng)包括色彩測量模塊、上位機(jī)模塊、微控制器模塊、圖像處理模塊、光源模塊和液晶面板。其各個模塊的連接關(guān)系如圖1所示。其中整體結(jié)構(gòu)如圖5所示，微控制器模塊、圖像處理模塊、光源模塊和液晶面板形成一個總的醫(yī)學(xué)專用顯示器，圖5中的上部分為上位機(jī)模塊，這里采用電腦，下部分的左側(cè)為醫(yī)學(xué)專用顯示器，右側(cè)為色彩測量模塊。下面對各個模塊進(jìn)行逐一說明：色彩測量模塊用于測量液晶面板在不同色彩空間下的顏色分量數(shù)值，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給微控制器模塊，微控制器模塊將此數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)模塊。色彩測量模塊可以是一個專業(yè)色彩分析器或其他色彩測量設(shè)備，其功能是精確測量顯示器在不同色彩空間下的顏色分量數(shù)值。微控制器模塊的功能是控制醫(yī)用顯示器色彩還原系統(tǒng)的工作流程，具體可以由FPGA等可編程器件或ARM等專用集成電路芯片等器件實(shí)現(xiàn)。具體工作內(nèi)容包括：S1.接收來自色彩測量模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給上位機(jī)模塊；S2.向圖像處理模塊發(fā)送命令，使圖像處理模塊產(chǎn)生色彩測量模塊所需要的測試圖像并在醫(yī)用顯示器上顯示；S3.接收來自上位機(jī)模塊發(fā)送的關(guān)于醫(yī)用顯示器在兩種不同色彩空間下具有映射關(guān)系的數(shù)據(jù)表，并再次下發(fā)給圖像處理模塊。上位機(jī)模塊根據(jù)所述色彩測量模塊的測量數(shù)據(jù)計算得到在兩種不同色彩空間下具有映射關(guān)系的數(shù)據(jù)表，并將數(shù)據(jù)表傳給微控制器模塊。上位機(jī)模塊實(shí)際上是運(yùn)行在電腦主機(jī)上的上層應(yīng)用軟件，利用本地主機(jī)資源進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)計算。其具體工作包括：S1.接收來自微控制器模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)；S2.根據(jù)一種能夠通過計算將醫(yī)用顯示器可顯示的色彩從一種色域空間轉(zhuǎn)化到另一種色彩空間的映射方法，得到在兩種不同色彩空間下具有映射關(guān)系的數(shù)據(jù)表；S3.將得到在兩種不同色彩空間下具有映射關(guān)系的數(shù)據(jù)表下發(fā)給圖像處理模塊。圖像處理模塊通過微控制器模塊得到所述數(shù)據(jù)表，根據(jù)數(shù)據(jù)表將從一種色彩空間輸入的數(shù)據(jù)實(shí)時映射到另一種色彩空間輸入的數(shù)據(jù)，并輸送給液晶面板。圖像處理模塊具體由FPGA等可編程器件或DSP等專用集成電路芯片等器件實(shí)現(xiàn)。其工作過程包括：S1.接收來自微控制器模塊發(fā)送的命令，產(chǎn)生上位機(jī)模塊所需要的測試圖像并在液晶面板上顯示；S2.根據(jù)權(quán)微控制器模塊發(fā)送的在兩種不同色彩空間下具有映射關(guān)系的數(shù)據(jù)表，實(shí)時計算出從一種色彩空間輸入的數(shù)據(jù)映射到另一種色彩空間輸入的數(shù)據(jù)，并輸出給液晶面板顯示。在本實(shí)施例中上述的圖像處理模塊包括映射表單元、數(shù)據(jù)計算單元和處理控制單元，三個單元具體對應(yīng)的工作內(nèi)容如下：S1.映射表單元用于存儲上位機(jī)模塊計算得到的在兩種不同色彩空間下具有映射關(guān)系的數(shù)據(jù)表；S2.根據(jù)映射表單元中存儲的映射數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)計算單元實(shí)時計算出從一種色彩空間輸入的數(shù)據(jù)映射到另一種色彩空間輸入的數(shù)據(jù)，并輸出給醫(yī)用顯示器顯示；S3.處理控制單元負(fù)責(zé)與微控制器模塊進(jìn)行通信，并控制圖像處理模塊的整個工作流程。光源模塊用于改變背光使得液晶面板亮度達(dá)到符合不同色彩標(biāo)準(zhǔn)下要求的亮度值本實(shí)施例中所選擇的兩個不同的色域空間為sRGB色空間和CIELAB色空間。sRGB色空間，是一種缺省的RGB色空間，即標(biāo)準(zhǔn)RGB色空間。這是一個簡單、固定且與設(shè)備無關(guān)的色空間，能夠以最少的轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)開銷獲得相當(dāng)好的色彩質(zhì)量，為眾多硬件、軟件開發(fā)商所支持。要使顯示器符合sRGB的色度特性，需要顯示器和環(huán)境共同滿足一定的色度要求。具體指標(biāo)如表1所示。條件指標(biāo)顯示器亮度級80cd/m2顯示器偏置(R、G、B)0顯示器白點(diǎn)x＝0.3127，y＝3290(D65)顯示器伽馬2.2環(huán)境光亮度級63lux環(huán)境光白點(diǎn)x＝0.3457，y＝0.3585(D50)參考視覺雜散光0.2cd/m2表1sRGB要求表1中，D65、D50分別指D65、D50照明體。伽瑪值的選擇對表現(xiàn)中間色調(diào)有較大的影響。在PC上sRGB使用的是2.2的伽瑪值，白點(diǎn)為D65照明體對應(yīng)的6500K，它有很好的感知能力，可以與絕大多數(shù)的計算機(jī)及視頻設(shè)備特性進(jìn)行良好的匹配。目前，Windows采用的是2.2的默認(rèn)伽瑪值，所以在PC上sRGB可以與各種圖形圖像軟件及打印設(shè)備進(jìn)行匹配。此外，值得注意的是表中“環(huán)境光的白點(diǎn)”要求為D50照明體，代表平均日光。這一方面符合大多數(shù)情況下，顯示器處于日光從窗射入的辦公室環(huán)境，另一方面也與ICC設(shè)備描述文件中設(shè)定的照明體相一致，統(tǒng)一于ICC色彩管理的標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。sRGB的紅、綠、藍(lán)原色在D65照明體下的色度坐標(biāo)如表2所示。色度坐標(biāo)紅綠藍(lán)x0.64000.30000.1500y0.33000.60000.0600z0.03000.10000.7900表2sRGB原色色度特性由于CIEXYZ三刺激值由符合D65白點(diǎn)條件下的亮度和紅、綠、藍(lán)色度坐標(biāo)x、y、z確定?？汕蟮萌魏紊蕦?yīng)D65照明體下的CIEXYZ三刺激值為：其中，亮度因子r、g、b由對應(yīng)的sRGB數(shù)字控制值R、G、B決定，在8位的情況下取1到255整數(shù)，且有下述關(guān)系：R’＝R/255,G’＝G/255,G’＝G/255。當(dāng)R’、G’、B’≤0.04045時：當(dāng)R’、G’、B’≥0.04045時：注意的是，R、G、B對應(yīng)數(shù)字影像中的整數(shù)數(shù)字控制值,而R’、G’、B’和r、g、b為在0到1間的非整數(shù)比例值。通常，將R、G、B稱為非線性sRGB值，而將r、g、b稱為sRGB線性值。上述相反的過程，可由CIEXYZ三刺激值得到數(shù)字控制整數(shù)值RGB，過程如下：當(dāng)r、g、b≤0.0031308時：當(dāng)r、g、b≥0.0031308時于是：另外，由于sRGB為D65白點(diǎn)，而ICC標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備描述文件所關(guān)聯(lián)的為D50白點(diǎn)。所以，關(guān)聯(lián)中首先需要建立sRGB與D50照明體條件的色度轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換關(guān)系遵循基本的色度規(guī)律。由表2中D65與D50照明體的色度坐標(biāo)可得如下關(guān)系：可得到：求逆可得：于是，sRGB到LAB轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：綜上所述，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，構(gòu)建一個完整的醫(yī)用顯示器色彩還原系統(tǒng)，首先測量獲得醫(yī)用顯示器在不同色彩空間下相當(dāng)數(shù)量并達(dá)到一定規(guī)模的數(shù)據(jù)，然后建立不同色彩空間下具有映射關(guān)系的數(shù)據(jù)表，最后依據(jù)這些數(shù)據(jù)表計算出從一種色彩空間輸入的數(shù)據(jù)映射到另一種色彩空間輸出的數(shù)據(jù)，并在上述醫(yī)用顯示器上顯示另一種色彩空間輸出的數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)上述醫(yī)用顯示器上的色彩還原。這些數(shù)據(jù)是上述醫(yī)用顯示器在不同色彩空間下具體的色彩分量數(shù)值。由于是直接測量得到的數(shù)據(jù)，無需通過計算，直接反應(yīng)不同色彩空間之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系。本發(fā)明中的醫(yī)用顯示器色彩還原系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法具有以下技術(shù)效果：1、突破傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)顯示器在不同色彩空間下進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的局限性，提供一種醫(yī)用顯示器色彩顯示在不同色彩空間下的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化方法，并實(shí)現(xiàn)一種醫(yī)用顯示器色彩還原系統(tǒng)，即將醫(yī)用顯示器顯示的醫(yī)學(xué)影像從一種色彩空間轉(zhuǎn)化到另一種色彩空間下顯示，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)醫(yī)用顯示器色彩顯示的準(zhǔn)確還原，有效解決了在不同電腦主機(jī)及不同使用條件設(shè)置下醫(yī)用顯示器對醫(yī)學(xué)影像的表現(xiàn)存在的差異性難題。2、充分利用本地電腦主機(jī)的計算資源，醫(yī)用顯示器色彩還原系統(tǒng)針對醫(yī)用顯示器在不同色彩空間下的色彩測量及在色彩還原過程的大量數(shù)據(jù)計算由上位機(jī)自行完成，保證了醫(yī)用顯示器色彩還原系統(tǒng)在數(shù)據(jù)計算上的準(zhǔn)確性和可靠性。3、在醫(yī)用顯示器已有部件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過增加醫(yī)用顯示器色彩還原系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)用顯示器在不同色彩空間下的數(shù)據(jù)實(shí)時轉(zhuǎn)換與實(shí)現(xiàn)，不僅提高醫(yī)用顯示器圖像顯示質(zhì)量，減少不必要的誤差，而且有助于醫(yī)生提高醫(yī)學(xué)診斷效率和準(zhǔn)確率。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3