CN103026712A - 电子颜色与亮度修改 - Google Patents

Abstract

以各种特征提供了一种用于变换并在显示器上显示视频信号的系统和方法。在一些实施例中，系统被配置为在控制器中接收第一组输入信号。该系统可在该控制器中确定用该第一组输入信号将在第一显示器上产生的第一组亮度和颜色。然后，该系统可在该控制器中确定将在第二显示器上产生该第一组颜色的第二组亮度。然后，该系统可在该控制器中生成将在该第二显示器上产生该第二组亮度的第二组输入信号，并将该第二组输入信号输出至该第二显示器。

Description

电子颜色与亮度修改

相关申请的交叉引用

本申请依据35U.S.C119要求2010年8月9日提交的、名为“ElectronicColor and Luminance Modification”的美国临时申请No.61/372,059、和2011年3月18日提交的、名为“Electronic Color and Luminance Modification”的美国申请No.13/051,962的权益。这些申请通过引用整体并入此处。

通过引用的结合

在此说明书中涉及的所有出版物，包括专利和专利申请通过引用整体结合到本文中，就如同指出各个单独的出版物被特别地和单独地通过引用结合在本文中。

技术领域

本发明一般涉及用于医疗以及医院和临床的成像设备。更特定地，本发明涉及图像显示器中的颜色和亮度修正。

背景技术

诸如LCD、等离子体、OLED、CRT、或基于其他类型技术的显示器，都易于在它们的颜色属性中造成容差和故意的变化。例如，很多当今的彩色监视器被设计为在约6500°K的色温下呈现“白色”，而LCD TV可被设计为在约10,000°K的色温下呈现“白色”。因此，即使用相同的电子输入信号呈现和驱动，在LCD TV上白色的显示比监视器上的白色显得“更蓝”。

在显示器上创建准确的彩色图像，在广播、图像、和医疗应用方面是特别重要的。这些应用依赖于准确且一致的彩色图像再现来评估场景合成或硬副本打印的结果、或者来确定患者的健康。例如，图像中颜色的细微差异可建立场景感染力的水平或血液中氧气的水平。

大多数显示器图像是通过将红、绿、和蓝光的各组合混合在一起创建的。这三个颜色被认为是显示器的原色。如果这些原色的准确颜色对于各显示器不同，将这些原色中的两个或更多个混合在一起的结果也将是不同的。因此，对于可重复的图像创建，需要建立生成原色的一致性和可重复性。

被用于以可重复的原色制造显示器的技术随时间显著地被改进。已经发展了定义颜色原色的国际上公认的颜色标准。然而，由于显示器制造商对于经济且有效率地生产显示器的需要，在制造批次之间、来自同一制造商的各显示器型号之间、以及在制造商之间，仍存在颜色差异。

图1示出调色能力、或色域图，提供了显示器可产生的颜色的图形化表示，且被图形化地表示在x,y图表上。特定显示器可产生的可能的颜色被包含在如图1中所示的三角形范围100中。例如，三角形100的顶点102、104、和106代表了色域图的红、绿、和蓝色区域中的点。图1中的马蹄形区域108表示人类可见的整个色谱。显示器不可产生位于马蹄形区域108内的三角形范围100外的任何颜色。一旦接收到包含有关三原色（在这个情况下，是红、绿、和蓝）的相对量的信息（数据），创建每一个显示颜色。如果第二显示器具有其颜色不同于第一显示器的原色，第二显示器的所得颜色（和图像、图形、或视频显示）也将不同。较小的原色差异将产生较小的所得颜色差异，但是由于人眼极为敏感于颜色变化，这些变化经常是可注意到的，特别是对于具有专业经验和训练的那些人。

修改对于显示器的电子输入使得所得颜色匹配标准显示器的颜色的以前的方法包括如下。在图2中，r_in、g_in和b_in代表显示器的输入信号。可调节（如，手动调节）红、绿、或蓝的信号增益和/或偏置电路来产生r_out、g_out、b_out，使得当它们被输入至该显示器时，其颜色将匹配标准显示器的颜色。尽管可匹配色域内特定的所得颜色，使用这个技术，不可匹配整个色域。

图3示出用于修改输入的另一个现有方法，包括用3x3矩阵乘法来修改红、绿、和蓝信号。这个方法被广泛地用于将来自一个颜色空间的信号变换至另一个（如，从RGB至YUV以及反之）。然而，由于从“a”到“i”是常数，这个变换是线性的且不产生同时保留一致的显示亮度的经修改的色域。期望的是应变于r_in、g_in和b_in的从“a”到“i”的值，但这可能难以确定。

用于修改输入的另一个现有技术的方法包括使用较大的查询表（LUT），其中用相应的经修正的r_out、g_out、b_out来代表每一个r_in、g_in和b_in组合尽管输出数据可以是精确的，所需要的存储器、以及访问速度，可成为限制性。特别是当输入颜色深度从24-比特增长至30-比特以及更大时，更是如此。例如，对于24-比特的LUT所需要的存储器必须大于400Mb且具有小于8ns的访问时间（来驱动1080p显示器）。对于30-比特颜色深度，存储器大小增长至大于32Gb。

因此，需要新颖的方法来修改至显示器的电子输入，从而所得颜色将匹配“标准”显示器的颜色。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种在显示器上显示标准化色域的方法，包括：1）计算当由第一组输入信号驱动时将产生在第一显示器上的第一组亮度；2）计算当由第一组输入信号驱动时将产生在第一显示器上的第一组颜色；3）计算将在第二显示器上产生在步骤2）中计算的第一组颜色的第二组亮度；和4）计算当被用作至第二显示器的输入时将在该第二显示器上产生在步骤3）中计算的该第二组亮度的第二组输入信号。

在一些实施例中，该第一显示器是BT.709显示器。在其他实施例中，该第一显示器是SMPTE-C显示器。

在本发明的一些实施例中，在控制器中执行步骤1到4。在一个实施例中，控制器是与该第二显示器分离的硬件。

在一个实施例中，该第一组输入信号包括红、绿、和蓝输入信号。在另一个实施例中，步骤1中计算的该第一组亮度包括一组红、绿、蓝、和白亮度。

在本发明的一些实施例中，该第一和第二显示器包括多个像素，其中为该第二显示器的每一个像素重复步骤1-4。

在一些实施例中，该第一显示器是标准化显示器且该第二显示器是非标准化显示器。

提供了在显示器上显示标准化色域的另一个方法，包括：在控制器中接收第一组输入信号；在该控制器中确定用该第一组输入信号将在第一显示器上产生的第一组亮度和颜色；在该控制器中确定将在第二显示器上产生该第一组颜色的第二组亮度；在该控制器中产生将在该第二显示器上产生该第二组亮度的第二组输入信号；并将该第二组输入信号输出至该第二显示器。

在一些实施例中，该第一显示器是BT.709显示器。在其他实施例中，该第一显示器是SMPTE-C显示器。

在一个实施例中，该第一组输入信号包括红、绿、和蓝输入信号。在另一个实施例中，该第一组亮度包括一组红、绿、蓝、和白亮度。

在该方法的一些实施例中，该第一和第二显示器包括多个像素，其中为该第二显示器的每一个像素重复该方法的步骤。

在一些实施例中，该第一显示器是标准化显示器且该第二显示器是非标准化显示器。

提供了一种用于变换并显示视频信号的系统，包括：视频信号源；电子显示器；和控制器，包括被配置为从该视频信号源接收输入的输入电路和被配置为发送输出至该电子显示器的输出电路，该控制器还包括处理电路，其被配置为：从该视频信号源接收第一组输入信号；确定用该第一组输入信号将在目标显示器上产生的第一组亮度和颜色、确定将在电子显示器上产生第一组颜色的第二组亮度、产生将在该电子显示器上产生该第二组亮度的第二组输入信号、并将该第二组输入信号输出至该电子显示器。

在一些实施例中，该第一显示器是BT.709显示器。在其他实施例中，该第一显示器是SMPTE-C显示器。在另一个实施例中，该第一显示器是标准化显示器且该第二显示器是非标准化显示器。

在一个实施例中，该第一组输入信号包括红、绿、和蓝输入信号。在另一个实施例中，该第一组亮度包括一组红、绿、蓝、和白亮度。

附图说明

图1输出特定显示器可产生的可能颜色的色域图。

图2示出修改电子显示器输入来使得所得颜色匹配该显示器的一个方法。

图3示出修改电子显示器输入来使得所得颜色匹配该显示器的另一个方法。

图4和5示出用于调节显示器的颜色和亮度的方法与公式。

图6A和6B示出基于颜色和亮度修正在色域图中的修正效果。

图7A和7B是在图6A-6B中描述的修正效果的详细的、放大的视图。

图8是颜色和亮度修正系统的一个实施例。

具体实施方式

一个实施例包括电子地改变由对应于所公认或建立的颜色标准的显示器所产生的颜色的方法。该方法可被实现从而可实时完成色域的修正，藉此允许显示器符合各种标准。可由显示器用户选择所期望的标准。该标准可以是任意色域或特定已知标准。该方法允许显示器外部地或内部地被周期性地重新校准。

另一个实施例是能使图像、图形、视频、和/或数据在很多单独的显示器上被同等地重现的方法。这些显示器可在功能和属性上相同或不同。例如，此处描述的方法可使临床医生可以进入不同房间且在多个显示器上看到被同等地重现的同一图像。

另一个实施例允许临床医生以视觉上合适的方式查看图像、图形、视频、和/或数据。因此，显示器的颜色空间可被修改且可在图像、图形、和视频中修改白点。

另一个实施例提供了允许在特定颜色空间中对于人体器官、身体部分、或身体功能的增强查看的方法。例如，图像中的颜色添加、增强、或修正可指示某人血液中氧气的级别。

又一个实施例提供了选择特定颜色空间来在该颜色空间中查看图像、图形、视频、和数据的方法。

因此，本发明的一个方面是实时的方法，用于修改至显示器的电子输入，使得所得颜色匹配“黄金”或基准显示器的颜色，或可选地，匹配所公认的标准的颜色。输入信号修改可基于标准与实际显示器颜色原色。

在外科图像传递路径中（从图像采集到显示器、从点到点，且通过图像存储器和检索过程）存在其中可应用色域标准化的区域。附加地可将标准化色域定制为对于外科手术专用显示器固件（如，lapro、GI、arthro等）。外科传递路径的特定模态的颜色设置可被标准化。可使得颜色标准化从用户控制器或远程地可检索。颜色标准化可允许输入描述被重命名为模态。当输入被定义为模态时，当选择该模态输入时，对于预先存储的模态配置可使用自动选择。

另外，在临床设置中，标准化的显示器之间颜色一致性是重要的。可在外科手术间的设置中使用颜色一致性。可在所有的外科显示器中将颜色设置归一化为“标准”色域。BT.709、SMPTE-C、Adobe RGB、和NTSC是定义红、绿、蓝、白、和伽马值的特定工业标准类型的一些示例。可在所有外科显示器中将亮度归一化为“标准”亮度（如，400cd/m²）。

还可在可标准化内部LCD面板的外科显示器中采用颜色一致性。还可在外科手术对放射学（彩色显示器）设置中采用颜色一致性。外科图像和彩色放射学图像之间的标准化也是重要的。对于颜色标准化可能要求新的DICOM标准。

在本申请中示出的颜色和亮度调节与其他方法可被应用于标准化。

在一个实施例中，调节颜色的方法可包括伽马变换调节来在非标准和或“目标”显示器上产生“标准”颜色。可使用这个颜色调节方法来实时地计算用于输出至显示器的修正的一组红、绿、和蓝色值。该计算可基于显示器测量，可基于显示器测量导出所有的结果计算。一组公式，如图4和图5中所示，可实现这个目标，且该计算可基于所得的参数测量。

图4示出本发明的一个实施例的总体概念，如果输入未被改变，一组r_in、g_in、b_in输入可产生一组“基本”r_out、g_out、b_out输出，且可选地，如果输入根据某个期望的或被计算的“标准”色域被变换，则可产生一组“目标”r_out、g_out、b_out输出。参看图5和以下描述可进一步描述这个技术。

颜色修正方法的一个实施例被概括为如下步骤：现在参看图5，本发明的第一步骤（在图5中被标记为式“1”）包括计算当由特定输入信号驱动时可被产生在“标准”显示器上的红、绿、蓝、和白色（红、绿、和蓝的总和）亮度。在图4和5中，r_in、g_in和b_in代表显示器的输入信号。GA_B代表标准显示器的伽马。伽马是显示器的输入信号和所得亮度之间的关系的指数。下文中在表1中定义了第一步骤中的其他变量。特定地，红、绿、蓝输入信号被提升至伽马的乘方，然后该乘方被乘以颜色亮度（即，红色亮度、绿色亮度、蓝色亮度）。L_rb、L_gb、和L_bb分别代表红、绿、蓝光的量。L_w代表总体辉度（brightness）。

该方法的步骤二（在图5中被标记为式“2”）包括计算当由特定输入信号（即，r_in、g_in、和b_in）驱动时可被产生在“标准”显示器上的颜色。该颜色可被表示在x,y(CIE1931)或u,v(CIE1960)、或u’,v’(CIE1976)颜色空间内。x,y(或其他对应项)代表色域内的独特颜色值，如图1中提供的。

本方法的步骤三（在图5中被标记为式“3”）可包括计算将获得步骤二中计算的相同“标准”颜色的“目标”显示器的红、绿、和蓝的亮度。k、n、p、q、v、和w的值是根据表1所示的和上文所述的变量而计算的中间值。L_rt、L_gt、和L_bt分别代表目标显示器的红、绿、蓝光的量。

第四个步骤（在图5中被标记为4）可包括计算可在“目标”显示器中产生在步骤三中被计算的亮度的r_out、g_out、和b_out信号。由于“标准”显示器的独特亮度和颜色是已知的，可使用该方法中的公式来反向地确定如何调节特定的红、绿、蓝色输入从而在非标准或“目标”显示器上产生“标准”颜色和亮度。

这些四个步骤被详细地图示于公式流程表（图5）中。在图5所示的公式中，这些值或是可测得的，或是可从公认的标准中确定。

表1

标准(或“基本”显示器):
	原色:
红色亮度:LRB
	红x:XRB
红y:YRB
	绿色亮度:LGB
绿x:XGB
	绿y:YGB
蓝色亮度:LBB
	蓝x:XBB
蓝y:YBB
	伽马:GAB

	目标显示器:
原色:
	红色亮度:LRT
红x:XRT
	红y:YRT
绿色亮度:LGT
	绿x:XGT
绿y:YGT
	蓝色亮度:LBT
蓝x:XBT
	蓝y:YBT
伽马:GAT

基于该颜色与亮度调节方法的修正效果被图示于图6A和6B中。图6A是不带调节的，而图6B是带有调节的，图6A示出没有修正的情况下，红、绿、和蓝色的各种组合产生填充“目标”显示器的色域的所得颜色。这由在图6A的三角形600中的白色“O”所表示。“标准”面板中的红、绿、和蓝的组合由图6A的三角形602中的黑色“+”所图示。当上述颜色调节修正方法被应用于“目标”面板的红、绿、和蓝色输入时（图6B），所得颜色变化至精确地匹配“标准”面板的颜色。该匹配由将“O”重叠在“+”上所表示（如，通过将图6A的三角形600变化为匹配图6A的三角形602）。上述图的放大的部分，在图7A和7B中更为详细地示出该修正效果。

图7A和7B示出图6A和6B中的色域图的详细部分。图7A和7B示出从0.100到0.400的x值，和从0.200到0.500的y值。如图7A和7B中所示，所得颜色精确地匹配“标准”面板的颜色。用“□”重叠在“◇”上来表示该匹配。

这个颜色与亮度调节方法可被应用于基于三原色创建图像的任何显示设备。可不要求颜色是红、绿、和蓝。由于这个方法改变了显示器的颜色输入信号，其可被应用于包括LCD、等离子体、CRT、OLED、和DLP的任何透射、发射、或投射显示器类型。

可放置传感器来使得显示器保持被校准为颜色/亮度标准或特定色域。上述方法可允许颜色变化作为滤色器的替代物或附加于滤色器。可在FPGA、ASIC、或任何种类的微处理器中实现该计算方法。

图8示出颜色和亮度修正系统的一个实施例。修正设备800可被配置为从输入802接收输入并调节该输入从而向非标准显示器804显示标准化的色域（如，BT.709）。修正设备800可包括硬件和输入/输出端口来连接至各种输入设备（如，摄像机、视频摄像机、CT机、MRI等、计算机显卡）和各种显示器（如，CRT监视器、LCD监视器、LCD TV、等离子体TV等、DLP显示器、AMOLED显示器）。此外，修正设备800可包括硬件（诸如CPU、存储器、电源等）和软件或固件，被配置为执行上述用于颜色和亮度修正的公式与方法步骤。在颜色和亮度修正系统的一个实施例中，输入802和显示器804连接至修正设备800。如果未被修正，由修正设备800接收的来自输入802的颜色和亮度输入可在显示器804上提供“非标准”颜色。因此，修正设备800被配置为自动且实时地修正来自输入802的输入来在显示器804上显示“标准”色域。修正设备800可包括被配置为从输入802接收输入的输入电路和被配置为发送输出至显示器804的输出电路。

对于相关于本发明的附加细节，可在相关领域技术人员的水平内采用材料和制造技术。对于本发明的基于方法的各方面，就通常采用或逻辑上采用的附加动作方面而言亦是如此。还有，可设想的是，所描述的创新性变化的任何任选特征可独立地给出和要求保护、或者与此处描述的任何一个或多个特征所组合地给出和要求保护。类似地，对于单项的引用，包括存在多个相同项的可能性。更特定地，如在说明书以及所附权利要求书中使用的，单数形式的“一”、“一个”、“所述”、以及“该”包括复数引用，除非上下文另外明确地指出。进一步指出的是，权利要求可被起草为排除任何任选元件。这样，该陈述意在用作诸如结合要求保护的元件的引用的“唯一”、“仅仅”等排除性术语的使用、或“负面”限制的使用的引用基础。除非此处另外定义，否则在本文中所使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的一名普通技术人员所通常理解相同的含义。本发明的范围并不由该主题的说明书所限制，而是仅由采用的权利要求项的显明意义所限制。

Claims (20)

1.一种在显示器上显示标准化色域的方法，包括：

1）计算当由第一组输入信号驱动时将在第一显示器上产生的第一组亮度；

2）计算当由所述第一组输入信号驱动时将产生在所述第一显示器上的第一组颜色；

3）计算将在第二显示器上产生在步骤2）中计算的所述第一组颜色的第二组亮度；和

4）计算当被用作至所述第二显示器的输入时将在所述第二显示器上产生在步骤3）中计算的所述第二组亮度的第二组输入信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一显示器是BT.709显示器。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一显示器是SMPTE-C显示器。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在控制器中执行步骤1到4。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制器是与所述第二显示器分离的硬件。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一组输入信号包括红、绿、和蓝输入信号。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中计算的所述第一组亮度包括一组红、绿、蓝、和白亮度。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二显示器包括多个像素，其中为所述第二显示器的每一个像素重复步骤1-4。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一显示器是标准化显示器且所述第二显示器是非标准化显示器。

10.一种在显示器上显示标准化色域的方法，包括：

在控制器中接收第一组输入信号；

在所述控制器中确定用所述第一组输入信号将在第一显示器上产生的第一组亮度和颜色；

在所述控制器中确定将在第二显示器上产生所述第一组颜色的第二组亮度；

在所述控制器中产生将在所述第二显示器上产生所述第二组亮度的第二组输入信号；和

将所述第二组输入信号输出至所述第二显示器。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一显示器是BT.709显示器。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一显示器是SMPTE-C显示器。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一组输入信号包括红、绿、和蓝输入信号。

14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一组亮度包括一组红、绿、蓝、和白亮度。

15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一和第二显示器包括多个像素，其中为所述第二显示器中的每一个像素重复每一个方法步骤。

16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一显示器是标准化显示器且所述第二显示器是非标准化显示器。

17.一种用于变换并显示视频信号的系统，包括：

视频信号源；

电子显示器；和

控制器，包括被配置为从所述视频信号源接收输入的输入电路，和被配置为发送输出至所述电子显示器的输出电路，所述控制器还包括处理电路，被配置为：

从所述视频信号源接收第一组输入信号；确定用所述第一组输入信号将在目标显示器上产生的第一组亮度和颜色、确定将在所述电子显示器上产生所述第一组颜色的第二组亮度、产生将在所述电子显示器上产生所述第二组亮度的第二组输入信号、并将所述第二组输入信号输出至所述电子显示器。

18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述电子显示器是BT.709显示器。

19.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述电子显示器是SMPTE-C显示器。

20.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述第一组输入信号包括红、绿、和蓝输入信号。

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