一种测量序列的彩色显示方法与装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测量数据的表示和显示方法，具体涉及利用信号处理对测量序列进行 彩色显示的技术。
【背景技术】
[0002] 测量是按照某种规律，用数据来描述观察到的现象，即对事物作出量化描述。测量 是对非量化实物的量化过程。测量的客体即测量对象主要指几何量，包括长度、面积、形状、 高度和角度等。测量根据是否需要辅助计算而分为直接测量和间接测量。直接测量是指 无需对被测量与其它实际测量进行一定函数关系的辅助计算而直接得到被测量值的测量。 间接测量则是需要通过直接测量与被测参数有已知函数关系的其它量而得到该被测参数 量值的测量。如游标高度尺直接测量被测物的高度属于直接测量；用发射一个波和接收一 个反射波来测量反射波相对于发射波的延时，再由延时乘以波的速度计算出被测物体的高 度，这种属于间接测量。直接测量适合小件和容易测量的场景；间接测量适合不方便用直接 测量工具或者测量环境恶劣的场景，如油罐里面存油的高度。
[0003] 测量出来的测量值需要存储、分析和显示，需要显示测量仪器，即是指能显示值的 测量仪器。其显示可以是模拟的（连续或非连续）或数字的，可以是多个测量值同时显示， 也可提供记录，如模拟电压表、数字频率计、千分尺等。测量仪器的显示，根据显示数据的维 数，分为一维显示、二维显示、三维显示以及多维显示等。如随时间变化的气温值或一段语 音可以用一维的波形来显示；一幅黑白图像是随着平面的二维坐标变化的，是一种二维显 示；一段黑白视频既随着平面的二维坐标变化，也随着时间变化，所以是一种三维显示。测 量序列经过分析之后可以对其特征进行显示，如对一维数据进行傅里叶变换分析可以得到 频谱图，描述不同频率分量的大小，若对一维数据进行短时傅里叶变换分析可以得到语谱 图，描述不同时间不同频率分量的大小。
[0004] 测量序列的显示从颜色上来分可以分为黑白图、灰度图和彩色图。当直接以测量 序列的值来进行显示，这些图的不一样归结为对测量序列的值的量化不一样。黑白图对测 量序列的值只量化成两个等级，则一个等级的数值展示为黑色，另外余下的一个等级的数 值展示为白色。用灰度表示的图像称作灰度图，对于8位的灰度图，则是把白色与黑色之间 按对数关系分为2 8= 256个等级（灰度），测量序列的值归结到256个等级中的某一个，则 展示这个等级的灰度。彩色图一般是对实际获得的含有色彩的测量序列的显示，即是这个 测量序列本身就有颜色的数据，如彩色照片，就是对照片上每个像素点都用色彩来表示，色 彩的表示可以用颜色的三基色[R红，G绿，B蓝]或者其它的Lab、YUV、HSI、HSV等颜色特 征来表示。若是对没有含有色彩的测量序列进行彩色显示，一般是通过色带（色调的浓淡） 对照来显示颜色。色带分成若干个等级，测量序列也分成同样的等级，每个等级对应一个颜 色来显示。色带这样的对照其实没有颜色的含义。
[0005] 前面提到的语谱图可以是灰度图也可以是彩色图，但是它不是直接对测量序列的 值显示，而是显示经过分析后得到的频谱特征，是表示测量序列的频谱随时间变化的图形， 其纵轴为频率，横轴为时间，任一给定频率成分在给定时刻的强弱（大小）用相应点的灰度 来表示就是灰度图，若是用色调的浓淡来表示就是彩色图。
[0006] 在实际的应用中，如在超声探测中测量序列的显示，早期的A型超声以反射波的 一维波形来展示。后来发展起来的B型超声，以明暗不同的光点反映反射波的幅度的大小， 在影屏上显示9~64个等级灰度的图像，强的反射波光点明亮，弱的反射波光点黑暗。彩 超可以观测到的图像以红蓝两色为主，面向探头的血液流动标注红色，反之标注蓝色，颜色 只是标注血液的流动情况，它其实是高清晰度的黑白B超再加上彩色多普勒，而不是展示 探测信号所携带的颜色特征。
[0007] 颜色不一样其实是反射的色光不同。没有光就没有颜色，白光照在物体上会反射 出红橙黄绿青蓝紫的色光，是因为白光中包含许多频率不同的色光，不同物体反射不同色 光的反射率不同，我们看到草是绿的是因为草反射绿色的能力最强。黑色物体则是因为它 吸收几乎所有频率的光，没有光反射时我们看到的就是黑色。这些色光不一样在于其波 长不一样，波长不同引起人眼的颜色感觉不同。770~622nm(纳米），感觉为红色；622~ 597nm，感觉为橙色；597~577nm，感觉为黄色；577~492nm，感觉为绿色；492~455nm，感 觉为蓝靛色；455~390nm，感觉为紫色。波长不一样即是频率不一样，频率等于光速除以波 长，因此颜色不同实质上是色光的频率不同。
[0008] 对于测量获得的序列若想以彩色显示，传统方法就是前面叙述的通过色带对照来 显示颜色，这样对照显示的颜色其实没有颜色的含义，另外语谱图用色调的浓淡表示频率 成分的大小（强弱），不代表此频率对应或映射的颜色。因为人眼对颜色的感觉是代表不同 频率的特征，基于此本发明改进语谱图所表达的含义，分析测量序列频率上的特征，然后映 射到色谱上，再进行彩色显示，这样显示出来的就是数据本身所含有的彩色信息。
【发明内容】
[0009] 针对目前对测量序列显示单一，彩色显示没有基于频率特征，本发明提出一种基 于测量序列的彩色显示方法，显示测量序列数据本身所含有的彩色信息。本发明通过如下 技术方案实现：
[0010] 一种测量序列的彩色显示方法，其特征在于挖掘测量序列的频率特性，且把频率 特征通过同构映射到色谱上，再以频段组合能量构成颜色三基色，进而显示此颜色。
[0011] 上述测量序列的彩色显示方法，具体实现步骤包括：
[0012] 1)采集测量序列。针对不同的应用，用不同的传感器采集测量信号，对其采样后变 成测量序列。
[0013] 2)对测量序列进行预处理。预处理包括去噪，滤波。
[0014] 3)频谱分析。对已经进行了预处理的测量序列进行频谱分析，得到各个频率成分 和频率分布范围，求出各个频率成分的能量。
[0015] 4)频谱映射。把频率分布范围内的频谱映射到可见光红橙黄绿青蓝紫的频率范 围，得到映射色谱。
[0016]5)颜色特征提取。映射色谱通过三个带通滤波器组，带通滤波器FB1滤出ff2 的频率，求出这段频率的能量作为红色的能量民，带通滤波器FB2滤出f3~f4的频率，求出 这段频率的能量作为绿色的能量Eg，带通滤波器FB3滤出f5~f6的频率，求出这段频率的 能量作为蓝色的能量Eb，由此得到颜色三基色特征[民，Eg，Eb]。
[0017] 6)获取三基色[R红，G绿，B蓝]的值来进行颜色显示。颜色三基色特征[EuEg，Eb] 归一化后作为颜色的三基色[R，G，B]的值，显示出真正的颜色，也可以把[R，G，B]转换成其 它的颜色特征参数，如Lab、YUV、HSI、HSV等。
[0018] 上述方法从数学上来看，测量序列的频谱映射到色谱上，是一个同构的映射，另外 是对测量序列的频段组合构成颜色三基色来显示，是和色光的频率含义一致，故称为同构 真彩显示。
[0019] 本发明还提出一种测量序列的彩色显示装置，包括采集模块、处理模块、显示模块 和控制模块。采集模块与处理模块相连，处理模块与显示模块相连，控制模块与采集模块、 处理模块和显示模块均相连。采集模块主要对测量信号进行采集或者是提供数据接口得到 测量序列；处理模块对测量序列进行预处理、频谱分析、频谱映射和颜色特征提取；显示模 块根据测量序列的颜色特征进行颜色显示；控制模块由操作者根据实际需要选择操作来控 制采集模块、处理模块和显示模块。
[0020] 作为上述测量序列的彩色显示装置的优化方案，所述采集模块是对测量信号进行 采集，当测量信号是模拟信号时，该模块包括采集的传感器和模数（AD)转换单元；当测量 信号直接是数字信号时，该模块只包括采集的传感器；当测量序列已经采集好只需显示时， 则采集模块只是提供一个数据接口，即是把数据导入。
[0021] 作为上述测量序列的彩色显示装置的优化方案，所述处理模块包括预处理单元、 频谱分析单元、频谱映射单元和颜色特征提取单元。预处理单元对测量序列进行去噪和滤 波处理。频谱分析单元对已经进行了预处理的测量序列进行频谱分析，得到各个频率成分 和频率分布范围，求出各个频率成分的能量。频谱映射单元把频率分布范围内的频谱映射 到可见光红橙黄绿青蓝紫的频率范围，得到映射色谱。颜色特征提取单元根据映射色谱提 取RGB颜色特征分量。
[0022] 作为上述测量序列的彩色显示装置的优化方案，所述显示模块是对测量序列的颜 色特征进行颜色显示。
[0023] 作为上述测量序列的彩色显示装置的优化方案，所述控制模块包含人机交互接 口，由操作者根据实际需要选择操作来控制采集模块、处理模块和显示模块；设置人机交互 的一些参数，如采样率、频谱分析用的方法、滤波器组的频率选择、颜色特征等。
[0024] 本发明提出一种测量序列的彩色显示装置的工作过程为：
[0025] 1)控制模块接收用户输入参数，如采样率、测量序列采集方式选择、显示颜色特征 选择，滤波器组的频率选择等。
[0026] 2)采集模块采集测量序列。针对不同的应用，用不同的传感器采集测量信号，对其 采样后变成测量序列。
[0027] 3)处理模块对测量序列进行处理。
[0028] a)预处理单元对测量序列进行预处理。预处理包括去噪，滤波。
[0029] b)频谱分析单元进行频谱分析。对已经进行了预处理的测量序列进行频谱分析， 得到各个频率成分和频率分布范围，求出各个频率成分的能量。
[0030] C)频谱映射单元对频谱进行映射。把频率分布范围内的频谱映射到可见光红橙黄 绿青蓝紫的频率范围400THz-789THz，得到映射色谱。
[0031]d)颜色特征提取单元提取颜色特征。颜色特征先用三基色[R，G，B]表示，则映射 色谱可以通过三个带通滤波器组，带通滤波器FB1滤出f\~f2的频率，求出这段频率的能量 作为红色的能量民，带通滤波器FB2滤出f3~f4的频率，求出这段频率的能量作为绿色的 能量Eg，带通滤波器FB3滤出f5~f6的频率，求出这段频率的能量作为蓝色的能量Eb。从 而得到颜色三基色特征[E,，Eg，Eb]。
[0032] 4)显示模块显示测量序列的颜色。颜色三基色特征[E,，Eg，Eb]归一化后作为颜色 的三基色[R，G