一种灰阶扩展自适应增强方法与流程

本发明涉及一种灰阶扩展自适应增强方法，属于医学影像处理技术领域。

背景技术：

色深表征的是数码影像色彩的数量，它的大小极大程度上决定了图像的辨识度。在医学影像显示领域，色深尤其重要，因为其关系到能否准确的发现病灶，降低误诊的可能性。

医学影像显示设备大多采用帧率控制技术实现灰阶扩展，以提高色深。由于其原理限制，帧率控制技术能够扩展的灰阶数是有限的，现在较先进的专业医疗显示器位宽可以达到16位，即显示器具备显示2¹⁶种灰阶的能力，但在进一步提高显示器位宽时因为帧率控制技术时间域和空间域上难以处理，而导致闪屏、噪点等情况的出现。

医学影像中有很大比例的图像是灰阶图像，由于灰阶图像红绿蓝三原色的数值相同，可利用这一特性降低帧率控制技术空间域的处理难度，以增强灰阶扩展的性能。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种灰阶扩展自适应增强方法，实现对彩色图像和灰阶图像的鉴别，通过帧率控制技术对其分别进行灰阶扩展，并进一步增强灰阶图像的显示效果。

为解决上述技术问题，本发明提供一种灰阶扩展自适应增强方法，包括以下步骤：

1）构建灰阶扩展自适应增强硬件系统，包括显卡，与显卡相连用于视频解码的解码单元，与解码单元相连的用于判别彩色、灰阶图像的图像鉴别单元，与图像鉴别单元相连的用于处理灰阶数据的灰阶校正单元X和灰阶校正单元Y，与灰阶校正单元X相连用于扩展灰阶的帧率控制单元X，与灰阶校正单元Y相连用于扩展灰阶的帧率控制单元Y，与帧率控制单元X和帧率控制单元Y相连用于视频信号编码的编码单元，以及与编码单元相连的显示单元；

2）解码单元将显卡输出的信号解码为位宽为M位的RGB信号，其中R、G、B各为M位， M是显卡的位宽，可呈现的颜色数量为2^3*M种；

3）图像鉴别单元接收解码单元的M位的RGB信号，并根据R、G、B的值是否相等来判断当前区域是彩色图像还是灰阶图像，相等则为灰阶图像，不等则为彩色图像，并输出接收到的M位的RGB信号至灰阶校正单元，同时输出图像分类标志信号至编码单元；若判断是彩色图像则输出RGB信号至灰阶校正单元X，灰阶校正单元X和帧率控制单元X工作，灰阶校正单元Y和帧率控制单元Y处于等待状态，进入步骤4）；若判断是灰阶图像则输出RGB信号至灰阶校正单元Y，灰阶校正单元Y和帧率控制单元Y工作，灰阶校正单元X和帧率控制单元X处于等待状态，进入步骤6）；

4）灰阶校正单元X对M位的RGB信号作校正，即灰阶校正单元X经电路内部查表输出符合要求的RGB信号，输出位宽为M+N位，其中R、G、B各为M+N位，N是需要扩展的位宽，进入步骤5）；

5）帧率控制单元X处理彩色图像，由于输入信号R、G、B取值不相等，假设高K位分别为a、b、c，低M+N-K位分别为d、e、f，因此输出信号R、G、B的值分别在a、b、c和a+1、b+1、c+1随帧率不断变动，则可呈现2^3*（M+N）种颜色，帧率控制单元X输出表示2^3*（M+N）种颜色的R、G、B数据，其位宽为K，其中，K是显示单元的位宽，进入步骤8）；

6）灰阶校正单元Y对M位的RGB信号作校正，即灰阶校正单元Y经电路内部查表输出符合要求的RGB信号，输出位宽为M+N+2位，其中R、G、B各为M+N+2位，R、G、B经过灰阶校正单元Y后各有3*2^M+N个取值，进入步骤7）；

7）帧率控制单元Y处理灰阶图像，假设输入信号R、G、B高K位均为c，低M+N+2-K位均为f，输出信号R、G、B的取值为以下四种中任一种（c、c、c），（c+1、c、c），（c+1、c+1、c），（c+1、c+1、c+1），并在空间域和时间域根据f的取值不断变动，则可呈现3*2^M+N种灰阶，帧率控制单元Y输出表示3*2^M+N种灰阶的R、G、B数据，其位宽也为K，进入步骤8）；

8）编码单元根据图像鉴别单元产生的图像分类标志信号，对来自帧率控制单元X和帧率控制单元Y的RGB数据进行选通输出，若图像是彩色图像，则选择帧率控制单元X的RGB信号，若是灰阶图像，则选择控制单元Y的RGB信号，同时输出编码后的信号到显示单元进行显示。

本发明所达到的有益效果：

本发明在处理灰阶图像时帧率控制单元可在所需空间区域不变的情况下，使灰阶扩展数量增加两倍，从而使灰阶图像显示更细腻。同时也正是因为空间区域不变，本发明的可实现性较好，不会产生闪屏、噪点等异常情况。

附图说明

图1是本发明的灰阶扩展自适应增强的硬件结构示意图；

图2是帧率控制单元X的灰阶图像子像素处理方式示意图；

图3是帧率控制单元Y的灰阶图像子像素处理方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明首先提供一种灰阶扩展自适应增强的硬件系统，包括显卡、与显卡相连用于视频解码的解码单元、与解码单元相连的用于判别彩色、灰阶图像的图像鉴别单元，与图像鉴别单元相连用于处理灰阶数据的灰阶校正单元X、与灰阶校正单元X相连用于扩展灰阶的帧率控制单元X、与图像鉴别单元相连用于处理灰阶数据的灰阶校正单元Y、与灰阶校正单元Y相连用于扩展灰阶的帧率控制单元Y、与帧率控制单元X和帧率控制单元Y相连用于视频信号编码的编码单元、以及与编码单元相连的显示单元。

本发明的灰阶扩展自适应增强方法，包括以下步骤：

第一步：解码单元将显卡输出的信号解码为位宽为M位的RGB信号，其中R、G、B各为M位， M是显卡的位宽。

第二步：图像鉴别单元接收解码单元的M位RGB数据，并根据R、G、B的值是否相等来判断当前区域是彩色图像还是灰阶图像，相等则为灰阶图像，不等则为彩色图像，然后输出接收到的RGB信号至相应的灰阶校正单元，同时输出图像分类标志信号至编码单元。若判断是彩色图像则输出RGB信号至灰阶校正单元X，灰阶校正单元X和帧率控制单元X工作，灰阶校正单元Y和帧率控制单元Y处于等待状态，进入第三步；若判断是灰阶图像则输出RGB信号至灰阶校正单元Y，灰阶校正单元Y和帧率控制单元Y工作，灰阶校正单元X和帧率控制单元X处于等待状态，进入第五步，以此来达到降低电路功耗的目的。

第三步：灰阶校正单元X对M位的RGB信号作校正，即灰阶校正单元X经电路内部查表输出符合目标要求的RGB信号，输出位宽为M+N位，其中R、G、B各为M+N位，N是需要扩展的位宽，进入第四步。

第四步：帧率控制单元X在处理彩色图像时，由于输入信号R、G、B取值不相等（假设高K位分别为a、b、c，低M+N-K位分别为d、e、f），因此输出信号R、G、B的值分别在a、b、c和a+1、b+1、c+1随帧率不断变动。由于帧率控制技术已较成熟并广泛应用，下面仅以R为例说明帧率变动规律：空间域方面，在2^M+N-K个像素的空间范围内，R子像素取值为a+1的数量为d个，取值为a的数量为2^M+N-K-d个，且在空间域随机分布；时间域方面在2^M+N-K帧图像中，每个R子像素取值有d帧取值为a+1，有2^M+N-K-d帧取值为a，且在时间域随机分布。利用人眼的惰性，可呈现的颜色数由2^3*M变为2^3*（M+N），则帧率控制单元X输出可以表示2^3*（M+N）种颜色的R、G、B数据，其位宽为K，其中，K是显示单元的位宽，进入第七步。

第五步：灰阶校正单元Y对M位的RGB信号作校正，即灰阶校正单元Y经电路内部查表输出符合目标要求的RGB信号，输出位宽为M+N+2位，其中R、G、B各为M+N+2位，R、G、B经过灰阶校正单元Y后各有3*2^M+N个取值，进入第六步。

第六步：帧率控制单元Y处理灰阶图像时（由于灰阶图像RGB取值相同，假设输入信号R、G、B高K位均为c，低M+N+2-K位均为f），由于低位位宽更宽因此可表示更多的可扩展灰阶，因此也需要更多的RGB输出取值组合来表示这些灰阶。输出信号R、G、B的取值可为以下四种中任一种（c、c、c），（c+1、c、c），（c+1、c+1、c），（c+1、c+1、c+1），并在空间域和时间域根据f的取值不断变动，变动规律与帧率控制单元X类似不再赘述，则可呈现3*2^M+N种灰阶，帧率控制单元Y输出可以表示3*2^M+N种灰阶的R、G、B数据，其位宽也为K。而如何假设采用帧率控制单元X处理， 输出信号R、G、B取值只能全为c或c+1，并随帧率变化，则可呈现2^M+N种灰阶（帧率控制单元X虽可产生2^3*（M+N）种颜色，但只有RGB相等时图像才呈现为灰阶，故可呈现2^M+N种灰阶），所以采用帧率控制单元Y处理灰阶图像实现了对灰阶图像的增强显示，并且帧率控制单元Y不因扩展灰阶数多而需增大区域；完成后，进入第七步。

第七步：编码单元根据图像鉴别单元产生的图像分类标志信号，对来自帧率控制单元X和帧率控制单元Y的RGB数据进行选通输出，若图像是彩色图像，则选择帧率控制单元X的RGB信号，若是灰阶图像，则选择控制单元Y的RGB信号，同时输出编码后的信号到显示单元进行显示。

本发明适用于灰阶显示器，也适用于彩色显示器。

以下以显卡输出为M=8位，扩展的位宽为N=4位，显示单元为K=8位为例详细说明。

显卡输出色深为8位的视频信号，经解码单元后输出RGB信号，其中R、G、B信号各为8位。

图像鉴别单元接收解码单元的8位RGB数据，并根据R、G、B的值是否相等来判断当前区域是彩色图像还是灰阶图像，相等为灰阶图像，则输出RGB信号至灰阶校正单元Y，不等为彩色图像，则输出RGB信号至灰阶校正单元X。同时输出图像分类标志信号至编码单元。

灰阶校正单元X和灰阶校正单元Y对8位的RGB信号作校正，其中灰阶校正单元X的输出位宽为12位，灰阶校正单元Y的输出位宽为14位，R、G、B经过灰阶校正单元Y后各有3*2¹²个取值。

帧率控制单元X输出可以表示2^3*12种颜色的R、G、B数据，其位宽为8，帧率控制单元Y输出可以表示3*2¹²种灰阶的R、G、B数据，其位宽也为8。

由于N=4，因此灰阶扩展所需区域大小为2⁴=16个像素，当处理灰阶图像时，设RGB高8位全为常数c，帧率控制单元X在某一时刻的子像素控制方式如图2所示（此处只为对比，实际灰阶图像是帧率控制单元Y处理，此时帧率控制单元X处于等待状态），阴影区域取值为c+1，其它区域为c，人眼看到的灰阶为c+1/16，易得在灰阶c和c+1之间可扩展16种灰阶（包括c+2/16、c+3/16、c+4/16等）；帧率控制单元Y在某一时刻的子像素控制方式如图3所示，人眼看到的灰阶为c+1/48，易得在灰阶c和c+1之间可扩展48种灰阶，可扩展灰阶数变为3倍，从而实现对灰阶图像的增强显示。

帧率控制单元X在处理彩色图像时，由于输入信号R、G、B取值不相等（假设高8位分别为a、b、c），因此R、G、B的值分别在a、b、c和a+1、b+1、c+1随帧率不断变动，R、G、B分别在a、b、c和a+1、b+1、c+1之间各可扩展16种颜色。

编码单元根据图像鉴别单元产生的图像分类标志信号，对来自帧率控制单元X和帧率控制单元Y的RGB数据进行选通输出，若图像是彩色图像，则选择帧率控制单元X的RGB信号，若是灰阶图像，则选择控制单元Y的RGB信号，同时输出编码后的信号到显示单元进行显示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。