一种集成化的医用显示器自动校准装置及其校准方法与流程
本发明涉及一种医学领域的医用校准装置及其校准方法，特别是涉及一种集成化的医用显示器自动校准装置及其校准方法。
背景技术：
随着现代计算机技术、网络技术及信息技术的发展，图像存储与传输系统(pacs系统)日趋成熟和普及，医生的阅片模式逐渐变为“软阅读”。医用显示器在亮度、光亮度比、分辨率、响应时间等方面都明显优于普通显示器，更重要的是医用显示器具有普通显示器难以达到的稳定性和均匀性。因此，医用显示器呈现的数字图像更加真实、内容更加丰富。医用显示器是pacs系统中重要的影像输出设备，其性能优劣直接关系到医师对患者病灶的判断，从而影响患者治疗方案的确立。
目前医用显示器技术发展迅速，品牌众多、型号种类繁杂的医用显示器在医院中的应用已十分普及。国际上已有多个国家或国际组织针对医用显示器撰写相关标准，如美国医学物理学家协会第18工作组aapm-tg18、美国放疗学院acr和国际电气制造业协会nemadicom3.14和国际电工委员会标准iec62563-1:2009等标准。上述标准虽然叙述了检测原理，但并未规定具体的实现方法和操作过程。我国医用显示器的行业标准均等同采用认可度较高的国际标准。针对在用医用显示器，我国目前尚未建立国家级的计量校准规范。
在医用显示器的校准过程中，检测人员多采用人工读图并手动操作亮度色度计、色度计等检测方法。人工读图的方式是检测人员通过目测判断图像清晰度等级，手动操作则需要检测人员主观确定检测位置，手持设备在测量区域内测量并手动记录数据。以上两步操作在读图、定位和测量时间间隔选择等诸多方面都依赖于检测人员的主观判断，因此这种方法得到的测量结果往往存在一定的误差，测量重复性和准确性较差，不符合计量学评价的要求。此外，上述方法耗时，效率较低，实用性差。现有医用显示器校准方法的步骤如下：
步骤1：测试图像的导入和选择
检测前，检测人员首先将检测所需的测试图像导入被测设备中。每进行一项参数的检测，检测人员都需要自行导入检测这项参数所需要使用的图像，这项工作要求测量人员手动选择图像，过程繁琐、费时，且容易出错。
步骤2：亮度、色度均匀性的校准
亮度均匀性校准
亮度均匀性是指显示均匀图像时在显示区域内的最大变化。分别使用tg18-un10标准测试图像或灰度值较低-第26/256阶，如图1a和tg18-un80标准测试图像或灰度值较高-第204/256阶，如图1a作为测试图像，对被校准显示器亮度均匀性进行校准。
使用亮度色度计，按被测显示器对角线尺寸分别选取5点、9点或12点进行校准。通常20英寸(含20英寸)以下屏幕使用5点法测量，即中心和四角各一点(如图2a)；20英寸以上30英寸以下(含30英寸)用9点法(如图2b)，即将被校准医用显示器的屏幕均匀分成9宫格；30英寸以上被校准医用显示器的屏幕使用12点(如图2c)，即被校准医用显示器的屏幕横向摆放时按4×3的比例均匀划分。所得的各检测点亮度值需手动记录，按如下公式进行计算：
式中：
lu—亮度均匀性
lmax—同组检测中测得的最大亮度值
lmin—同组检测中测得的最小亮度值
2、色度均匀性校准
色度均匀性是指显示均匀图像时在显示区域内的两坐标点间的最小距离。
分别使用tg18-un10标准测试图像或灰度值较低-第26/256阶，如图1a和tg18-un80标准测试图像或灰度值较高-第204/256阶，如图1b作为标准测试图像，对被校准显示器色度均匀性进行校准。
使用色度计，参照前述亮度均匀性的校准方法，按被校准医用显示器的屏幕大小分别选取5点、9点或12点进行校准。所得的各检测点亮度值需手动记录，按如下公式进行计算：
u’和v’为u’-v’空间坐标，换算公式如下：
u′＝4x/(-2x+12y+3)
v′＝9x/(-2x+12y+3)
相比于被校准医用显示器的屏幕的尺寸，检测点的尺寸较小，且由于是人工手持亮度色度计进行检测，因此检测点的选择会明显受到人为因素的影响，在被校准医用显示器的屏幕亮度、色度不均匀的情况下，不同检测人员获得的结果可能会出现30％以上的偏差。
步骤3：可视角校准
当观察方向与屏幕成一定角度时，被校准医用显示器的显示效果会下降。当检测人员从与被校准医用显示器的屏幕成一定角度的观察方向测量到的亮度下降到垂直观察时亮度的10％时，认为该观察角度下已不满足可视条件，该亮度可以作为临界可视亮度值。观测平面与被校准医用显示器的屏幕垂直，在观测平面内绕观测点共圆心旋转180°，此时两次出现临界可视亮度值的观测位置之间所夹角的度数，即为该屏幕的可视角。
上述校准方法要求检测人员需持亮度色度计对准被校准显示器中心位置，以显示器为参考平面，移动亮度色度计旋转180度，并均匀选点。由于这种方式难以实现均匀选取测量点，因此实际校准中无法采取这种手动方式测量可视角。实际校准中，检测人员大多采用目测的方式进行校准。如图3所示，检测人员首先通过目测方式清晰分辨位于被校准医用显示器中心位置的观察目标，之后分别在同一水平面上分别向+90°和-90°两个方向移动，直至无法清晰分辨中心位置的观察目标。分别记录+90°方向和-90°方向的极限位置，两者组成的角度区间记为可视角的校准结果。这种目测方法获得的校准结果具有较大的人为误差，无法达到计量学评价的客观、准确的要求。
步骤4：对比度响应校准
对比度响应是指与灰阶标准函数(gsdf)的一致性，直接体现为特性曲线间的符合度。gsdf由国际医学标准dicom3.14中提出，用于描述人眼视觉系统对对比度的敏感程度，其呈现了灰阶的递增和显示器亮度之间的关系，即jnd(just-noticeabledifference)与亮度之间的关系。
jnd-亮度色度计算公式如下：
式中：a＝71.498068,b＝94.593053,c＝41.912053,d＝9.8247004,e＝0.28175407,f＝-1.1878455,g＝-0.18014349,h＝0.14710899,i＝-0.017046845
国际标准中推荐采用tg18-ln系列共18幅不同灰阶的图像进行对比度响应测量。tg18-ln系列中每一幅图像中心位置为有效测量区域，有效测量区域四周环绕纯黑区域，用于减少四周区域光亮度对中心检测区域的影响。实际检测时将tg18-ln-01至tg18-ln-18这18幅图像依次显示至医用显示器，测量图像中心位置区域的光亮度值，并根据上述公式(3)(4)计算gsdf曲线如下图4所示。
式中：p是系统的数字输入，i是指用于实验中的18个测试图的索引；
——之后，进行对比度响应计算，检测人员点击“对比度响应”按钮，校准软件模块按照公式(5)和(6)进行对比度响应计算，
式中：
l′i-索引中i点上的亮度值；
δi和
δi对应值与
图4显示了对18幅测试图的测量得到的gsdf曲线。图5显示了所测数据的对比度响应，离散点为这18幅测试图像的对比度响应计算结果，实线为对比度响应理论值曲线，上虚线表示具有+15％偏差的理论值曲线，下虚线表示具有-15％偏差的理论值曲线。
18幅测试图像对应生成的数据，需要与灰阶标准显示函数(gsdf)曲线相比较。故除手动选点、测量采集数据外，还需人工进行数据处理，并绘制分析曲线图。由于上述校准方法十分复杂，目前难以实现人工操作。
步骤5：响应时间校准
响应时间指的是被校准医用显示器对输入信号的反应速度，包含上升沿响应时间和下降沿响应时间。
校准时，将测试信号输入到被校准医用显示器，并使其在全白信号和全黑信号之间切换，得到波形曲线，上升沿(下降沿)达到其对应最大光亮度的10％(90％)及90％(10％)的光亮度之间所用的时间即为其对应的上升沿(下降沿)响应时间，见图6所示。
由于医用显示器的相应时间约为(15至80)毫秒，对于校准过程中检测设备的采样频率和图像变换之间的配合度要求很高。因此常规的手动方法无法实现这一参数的校准。
步骤6校准结果的记录、保存和查找
如上所述，现行校准方法全部采用人工读图或手动操作手动定位的测量，校准结果十分依赖检测人员的目测分辨能力和主观判断，且测量结果的准确度和重复性都较差。所有的实验数据均需手动记录和保存，并进行人工数据处理。因此现行校准方法校准结果不够准确，效率较低，查找不够便捷。
有鉴于上述现有的医用校准装置及其校准方法存在的缺陷，本设计人经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
技术实现要素：
本发明的目的在于，克服现有的医用校准装置及其校准方法存在的缺陷，而提供一种新型结构的集成化的医用显示器自动校准装置及其校准方法，所要解决的技术问题是能够避免人为操作给校准结果带来的诸多误差和不确定性，使其能够校准医用显示器多项核心参数，方法客观、准确，从而大幅度提高校准检测的效率。
本发明的另一目的在于，提供一种集成化的医用显示器自动校准装置及其校准方法，所要解决的技术问题是使其确保检测人员能够准确判断被校准医用显示器的状态和性能，从而提高校准质量。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种集成化的医用显示器自动校准装置，主要由硬件系统和软件模块组成，
其中所述的硬件系统包括：
——导轨机构，能带动平衡支撑机构实现前后、左右及上下三个方向的移动；
——平衡支撑机构，设置在导轨机构上，能在所述的导轨机构上做上下方向的移动，同时带动亮度色度计和照度计移动；
——旋转台，设置在所述的平衡支撑机构上的一端，并带动亮度色度计在同一平面内以同一圆心进行-90°至90°旋转；
——亮度色度计，设置在所述的旋转台的下部，作为主要的信号采集器；
——照度计，设置在所述的平衡支撑机构上的另一端，作为主要的信号采集器；
所述的软件模块包括:
——校准软件模块，对导轨机构和平衡支撑机构发出运动指令，同时负责收集亮度色度计和照度计采集来的信号，用于控制硬件系统并实现记录、存储检测设备信息和校准数据，便于日后查询；
——测试图软件模块，不仅包含参数校准所需要的所有标准测试图像，还内置灰度值从0至1均匀分布的1024个灰阶测试图像，且所有测试图像均能在每项参数校准中由测试图软件模块自动同步匹配。
前述的一种集成化的医用显示器自动校准装置，其中所述的硬件系统还包括控制单元，所述的控制单元分别与导轨机构、平衡支撑机构、亮度色度计、照度计及被校准医用显示器的数据传输和采集系统进行有效连接，确保它们能够按照校准软件模块的指令运行，且控制导轨机构沿前后、左右和上下方向移动，并控制旋转台旋转，从而带动亮度色度计旋转。
前述的一种集成化的医用显示器自动校准装置，其中所述的硬件系统还包括控制计算机，所述的控制计算机与所述的控制单元电连接，所述的校准软件模块安装于控制计算机。
前述的一种集成化的医用显示器自动校准装置，其中所述的硬件系统还包括遥控器，所述的遥控器与控制单元采用无线通信方式进行连接，所述遥控器可向控制单元发出指令并由控制单元控制导轨机构沿前后、左右和上下方向移动。
前述的一种集成化的医用显示器自动校准装置，其中所述的测试图软件模块的传输方式为光盘传输，所述的光盘传输是将所有测试图像刻录成光盘并形成“测试图软件模块”，从所述的光盘中读取测试图软件模块，并结合被校准医用显示器的主机进行操作。
前述的一种集成化的医用显示器自动校准装置，其中所述的测试图软件模块的传输方式为医院的传输系统，将测试图软件模块导入医院的传输系统中，通过医院的传输系统将测试图像传输至被校准医用显示器。
前述的一种集成化的医用显示器自动校准装置，其中所述的导轨机构由4个导轨组成，在前后方向平行设置第一导轨和第二导轨且放置于水平面上，所述的第三导轨设置在该第一导轨和第二导轨上，使第三导轨能沿着第一导轨和第二导轨所确定的水平面进行前后方向的移动，所述的第四导轨竖直设置于所述的第三导轨上，且垂直于第一导轨和第二导轨所确定的水平面，使该第四导轨沿第三导轨进行左右方向移动，所述的平衡支撑机构设置在第四导轨上，该平衡支撑机构沿第四导轨进行上下方向的移动。
前述的一种集成化的医用显示器自动校准装置，其中所述的第一导轨、第二导轨、第三导轨及第四导轨各配有一个伺服电机。
前述的一种集成化的医用显示器自动校准装置，其中所述的第一导轨、第二导轨、第三导轨及第四导轨为丝杠导轨。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据一种采用集成化的医用显示器自动校准装置的校准方法，其主要包括以下步骤：
步骤1：启动校准软件模块；
步骤2：进行集成化的医用显示器自动校准装置和被校准医用显示器摆位；
首先进行被校准医用显示器的摆位；
检测人员借助铅锤将被校准医用显示器的屏幕调节至与水平面完全垂直；
之后，进行集成化的医用显示器自动校准装置的摆位，检测人员通过控制单元和遥控器调整导轨机构的第一导轨和第二导轨所形成的平面与被校准医用显示器的屏幕平行，旋转亮度色度计，使亮度色度计与被校准医用显示器的屏幕完全垂直；
步骤3：测试图像的导入和选择
测试图软件模块与校准软件模块进行握手通信，可由校准软件模块控制并触发不同校准参数对应的测试图像并在被校准医用显示器的屏幕上显示；
所述的测试图像导入方式为光盘导入：检测人员通过光盘在被校准医用显示器主机上安装测试图软件模块；或者
所述的测试图像的导入方式为医用传输系统的方式导入，将测试图软件模块导入医院的传输系统中，通过医院的传输系统将测试图像传输至被校准医用显示器；
所述的测试图像的选择是检测人员利用测试图软件模块能自动显示对应的测试图像的功能，在控制计算机上操作进行被测图像的选择；
步骤4：校准信息的录入
在校准软件模块中录入被校准医用显示器的各种信息，集成化的医用显示器自动校准装置保存这些信息至校准软件模块的数据库中并方便查询，此后的各项校准结果均与此处录入的信息相关联并统一保存，方便后续的信息查询和原始数据查找；
步骤5：被校准医用显示器中心位置的定位，以确定被校准医用显示器的空间坐标：
集成化的医用显示器自动校准装置的尺寸和设计结构信息已嵌入至校准软件模块中，校准软件模块依托集成化的医用显示器自动校准装置已有的位置信息确定被校准医用显示器的空间坐标，检测人员使用校准软件模块的“对角线两点方法”或者“中心点定位方法”完成被校准医用显示器中心位置的定位和空间坐标；
步骤6：最大亮度值校准，在正式进行各项参数校准前，首先进行最大亮度值校准，若最大亮度值校准结果合格，则可进行后续校准参数的检测；否则直接生成校准报告；陆续进行：
步骤7：亮度色度均匀性校准；
步骤8：光亮度比校准；
步骤9：对比度响应校准；
步骤10：可视角校准；
步骤11：响应时间校准；
步骤12：保存校准结果数据
步骤13：保存，集成化的医用显示器自动校准装置保存校准结果至数据库以方便后续查找；同时可以对任意一次校准记录生成校准报告，校准结束。
前述的一种采用集成化的医用显示器自动校准装置的校准方法，其中所述的中心点定位方法是校准软件模块自动读取被校准医用显示器的后台数据，获得被校准医用显示器的具体宽度和高度的尺寸，同时测试图软件模块将在被校准医用显示器的屏幕上显示一幅灰度值等于1的纯白图像，该图像中心位置自动生成一个黑色的圆斑；检测人员通过校准软件模块中的“步进距离”项目下的按钮或者使用遥控器控制导轨机构，以自动调节亮度色度计的空间位置，直至使亮度色度计垂直对准被校准医用显示器的屏幕中心位置的圆斑，点击“确认中心位置”按钮，校准软件模块自动记录当前亮度色度计的空间坐标，即确定了被校准医用显示器中心位置的空间坐标；此时，校准软件模块结合已读取的被校准医用显示器具体尺寸及其中心位置空间坐标，计算并确定被校准医用显示器整个屏幕的空间坐标，点击“确定”按钮，校准软件模块保存被校准医用显示器的空间坐标；在调节亮度色度计位置的过程中，亮度色度计相对于被校准医用显示器的投影位置可在控制计算机的校准软件模块界面中实时显示，本步骤中获得的各个位置将用于后续所有参数校准时的自动定位，无需每次校准时再重复操作。
前述的一种采用集成化的医用显示器自动校准装置的校准方法，其中所述的对角线两点方法是，测试图软件模块在被校准医用显示器的屏幕上全屏显示一幅灰度值等于1的纯白图像，并自动在此图像的四角各生成一个黑色的圆斑。
检测人员通过调节“步进距离”项目下的按钮或者使用遥控器，调节控制导轨机构的各条导轨、旋转台和亮度色度计的位置，检测人员首先将亮度色度计相对于被校准医用显示器的投影位置调节至被校准医用显示器的屏幕中的左上角点，并点击“确认第一点”按钮，之后检测人员通过调节“步进距离”项目下的按钮或者使用遥控器，将亮度色度计相对于被校准医用显示器的投影位置调节至被校准医用显示器的屏幕中的右下角点，并点击“确认第二点”按钮，此时一条对角线边界两点空间坐标的位置被记录在校准软件模块中，校准软件模块依据这两点的空间坐标计算获得被校准医用显示器具体尺寸并确定被校准医用显示器整个屏幕的空间坐标，点击“确定”按钮，校准软件模块保存被校准医用显示器的空间坐标；亮度色度计相对于被校准医用显示器的投影位置可在校准软件模块界面中实时显示，本步骤中获得的各个空间坐标将用于后续所有参数检测时的自动定位，无需每次检测时再重复操作。
前述的一种采用集成化的医用显示器自动校准装置的校准方法，其中所述的最大亮度值校准是：
——首先设置标称亮度值，将被校准医用显示器调节至能够达到的最大标称亮度值，并记录；
——然后，打开校准软件模块，由菜单栏中“校准”菜单选择“最大亮度值校准”功能；
——进入校准软件模块的“最大亮度值校准”界面，与此同时，控制计算机与被校准医用显示器主机处于握手通信状态，测试图软件模块将自动触发并载入标准测试图像或灰度值较高的图像作为测试图像，对被校准医用显示器的最大亮度值进行校准；
——确定中心点，在最大亮度值校准界面上，点击“中心点”按钮，集成化的医用显示器自动校准装置将按照所述的确定被校准医用显示器的空间坐标时已记录的空间坐标，确定中心点坐标，导轨机构会携带亮度色度计运动直至亮度色度计垂直对准被校准医用显示器的中心位置；
——采集亮度值，点击“采集测试”按钮，亮度色度计在测试图软件模块的配合下自动采集被校准医用显示器中心位置的亮度值3次；
——计算亮度比，校准软件模块对于3次测量结果计算平均值，并利用平均值除以最大标称亮度值得到亮度比，如果亮度比小于60％，校准软件模块提示“被校准医用显示器不合格”；反之，可继续进行下一步校准；
——保存，最大亮度值校准结束之后，无论被校准医用显示器是否合格都需要点击“保存”按钮，保存此校准结果。
前述的一种采用集成化的医用显示器自动校准装置的校准方法，其中所述的亮度、色度均匀性校准是：
——首先，设置标称亮度值，将被校准医用显示器的标称亮度设置为最大标称亮度值的60％，并记录；
——然后，打开校准软件模块，由菜单栏中“校准”菜单选择“亮度、色度均匀性校准”功能，进入“亮度、色度均匀性校准”界面；与此同时，控制计算机与被校准医用显示器主机处于握手通信状态，测试图软件模块自动触发并载入标准测试图像或其他灰度值较高的图像作为“白”测试图像，标准测试图像或其他灰度值较低的图像作为“黑”测试图像；
——建立采样点，在开始校准之前，需建立采样点，选择“选择点数”或“输入间隙”、分别使用设置采样点数法和自选点法对被校准医用显示器亮度、色度均匀性进行校准，无论采取何种采样点建立方式，校准软件模块均会在采样点建立完成之后在校准软件模块操作界面上显示采样点和预设的运动轨迹；
——亮度、色度值的采集，建立采样点之后选择不同图像进行均匀性采集，选择“白”测试图像并点击“开始采集”，测试图软件模块收到校准软件模块发出的指令后将标准测试图像或其他灰度值较高的图像全屏显示在被校准医用显示器的屏幕上，并开始按照预设的采样点和运动轨迹进行亮度、色度值的采集；同样，选择“黑”测试图像并点击“开始采集”，测试图软件模块收到校准软件模块发出的指令后将标准测试图像或其他灰度值较低的图像全屏显示在被校准医用显示器的屏幕上，并开始与“白”测试图像一致的采集过程，本校准方法采用“蛇形”移动的方式依照预设运动轨迹从左上角最高采样点位置开始向右、向下移动并采集数据，校准过程中，校准软件模块界面上亦会以采样点闪烁的形式标出正在采集的采样点；
——计算亮度、色度均匀性，任意一次亮度、色度均匀性采集完成之后，校准软件模块会自动计算亮度、色度均匀性并实时显示在校准软件模块操作界面的右下方，并在结束采集后自动根据不同采样点的亮度值以“等高线图”的形式生成“亮度分布图”，帮助检测人员以最直观的方式、一目了然地判断被校准医用显示器的亮度均匀性；
对于任意一台被校准医用显示器，需要同时测量“白”和“黑”两种不同测试图像下的亮度、色度均匀性，无论先测哪一种图像下的均匀性，只要不改变采样点，即可直接选择另一幅图像开始下一次检测；
——保存与删除，对于同一被校准医用显示器，其对应的不同测试图像下的校准结果实时显示在的“已完成的检测”记录框内，每次校准完成之后点击“保存”按钮，保存当前所有校准结果，在“已完成的检测”记录框内，选中某一条记录，点击“删除存储”，即可删除该条校准结果。
前述的采用集成化的医用显示器自动校准装置的校准方法，其中所述的设置采样点数法，是根据被校准医用显示器的屏幕对角线尺寸l的大小，选择“5点”、“9点”或“12点”，然后点击“建采样点”按钮以自动计算并建立采样点。
前述的采用集成化的医用显示器自动校准装置的校准方法，其中所述的自选点法是根据被校准医用显示器的实际尺寸和校准需要，由检测人员自主设置相邻两检测点的间距，检测人员选择“输入间隙”，并在“采样间隙”对话框中输入两个采样点之间的间隔，单位为毫米；点击“建采样点”按钮，校准软件模块会根据被校准医用显示器的屏幕尺寸及“采样间隙”自动计算并建立采样点。
前述的一种采用集成化的医用显示器自动校准装置的校准方法，其还包括光亮度比校准是：
——首先，设置标称亮度值，将被校准医用显示器亮度值设置为最大标称亮度值的60％，并记录；
——然后，打开校准软件模块，由菜单栏中“校准”菜单选择“光亮度比校准”功能，进入“光亮度比校准”界面，在“光亮度比校准”界面上，点击“中心点”按钮，导轨机构会携带亮度色度计运动直至亮度色度计垂直对准被校准医用显示器的中心位置，“光亮度比校准”功能中内置两种测量方式，分别为分次测量方式和连续测量的方式校准。
前述的一种采用集成化的医用显示器自动校准装置的校准方法，所述的分次测量的方式是：
首先点击“第一图亮度值”对应的“采集”按钮，此时测试图软件模块自动触发并在被校准医用显示器上全屏显示标准测试图像或其他灰度值较低的图像，亮度色度计采集中心位置亮度值并自动显示在“第一图亮度值”下的对话框中；
然后点击“第二图亮度值”对应的“采集”按钮，此时测试图软件模块自动触发并在被校准医用显示器上全屏显示标准测试图像或其他灰度值较高的图像，亮度色度计采集中心位置亮度值并自动显示在“第二图亮度值”下的对话框中，第二次亮度值采集完成之后，校准软件模块依据如下光亮度比计算公式，自动计算并显示光亮度比计算结果；
式中：
lc—光亮度比
lmax—显示灰度值较高图像所测得的亮度值
lmin—显示灰度值较低图像所测得的亮度值
光亮度比校准结束之后，点击“保存”按钮，保存此校准结果，点击“删除存储”，可删除已存储的校准结果，重新测量光亮度比。
前述的一种采用集成化的医用显示器自动校准装置的校准方法，所述的连续采集的方式是点击“连续采集”按钮，此时测试图软件模块先后触发并在被校准医用显示器上全屏显示标准测试图像或其他灰度值较低的图像和标准测试图像或其他灰度值较高的图像的测试图像，并将先后采集到的两个亮度值分别显示于“第一图亮度值”和“第二图亮度值”对应的对话框中，同时依据如下计算光亮度比公式自动计算并显示光亮度比计算结果：
式中：
lc—光亮度比
lmax—显示灰度值较高图像所测得的亮度值
lmin—显示灰度值较低图像所测得的亮度值
光亮度比校准结束之后，点击“保存”按钮，保存此校准结果，点击“删除存储”，可删除已存储的校准结果，重新测量光亮度比。
前所述的一种采用集成化的医用显示器自动校准装置的校准方法，其中所述的对比度响应校准是：
——首先，设置标称亮度值，将被校准医用显示器亮度值设置为最大标称亮度值的60％，并记录；
——然后，打开校准软件模块，由菜单栏中“校准”菜单选择“对比度响应校准”功能，进入“对比度响应校准”界面，在“对比度响应校准”界面上，点击“中心点”按钮，导轨机构会携带亮度色度计运动直至亮度色度计垂直对准被校准医用显示器的中心位置；
——设置“采样间隔”，对于任意一幅测试图像中心位置的亮度值采集，在被校准医用显示器显示该图像之后，测试图软件模块通过握手信号通知校准软件模块，校准软件模块等待一定的“采样间隔”后进行亮度值采集，采集完成之后校准软件模块再经过握手信号通知测试图软件模块切换到下一幅待测图像，如此循环直至所有测试图像的亮度值测试完成，采样间隔时间根据实际需要设置，默认为30毫秒；
——光亮度采集，“采样间隔”设置完成之后，点击“开始采集”按钮，测试图软件模块自动触发并导入灰度值从0到1均匀分布的1024阶测试图像，校准软件模块按上述握手通信的方式进行1024阶灰度图像的光亮度采集，采集过程中，校准软件模块在光亮度-灰阶数图表中实时显示已测量的图像阶数及其光亮度值；
——计算1024阶图像对应的gsdf曲线，待1024阶图像对应的光亮度采集结束，点击“gsdf”按钮，校准软件模块按照jnd-亮度色度计算公式(3)和gsdf曲线计算公式(4)计算1024阶图像对应的gsdf曲线；
校准软件模块按照jnd-亮度色度公式计算：
式中：a＝71.498068,b＝94.593053,c＝41.912053,d＝9.8247004,e＝0.28175407,f＝-1.1878455,g＝-0.18014349,h＝0.14710899,i＝-0.017046845及
gsdf曲线公式：
式中：p是系统的数字输入，i是指用于实验中的18个测试图的索引；
——之后，进行对比度响应计算，检测人员点击“对比度响应”按钮，校准软件模块按照公式(5)和(6)进行对比度响应计算，
式中：
l′i-索引中i点上的亮度值；
δi和
δi对应值与
此时校准软件模块默认从1024阶图像中等间隔选取18幅图像进行计算，即“样本点”默认数值为18；选取的18幅图像对应亮度值的“下限值”及“上限值”分别为第1024阶图像对应亮度值的10％及90％，为第102和第922幅图像；
——保存计算结果，经过两步计算，点击“保存”按钮，软件模块自动将上述两步计算结果及相应图像进行保存，点击“删除存储”，可删除已存储的校准结果，重新测量对比度响应；
根据标准规定，对比度响应的校准通过“对比度响应”进行评价，规定gsdf校准结果不应超过其标称值的±15％。
前述的一种采用集成化的医用显示器自动校准装置的校准方法，其中所述的可视角校准是：
——首先，设置标称亮度值，将被校准医用显示器亮度值设置为最大标称亮度值的60％，并记录；
——然后，打开校准软件模块，由菜单栏中“校准”菜单选择“可视角校准”功能，进入“可视角校准”界面，与此同时，控制计算机与被校准医用显示器主机处于握手通信状态，测试图软件模块自动触发并载入标准测试图像或其他灰度值较高的图像。
——确定中心点位置，在“可视角校准”界面上，点击“中心点”按钮，导轨机构会携带亮度色度计运动直至亮度色度计垂直对准被校准医用显示器的中心位置；
——输入“采样间隙”，被校准医用显示器可视角在0°至180°之间变化，采样间隙可任意设置，采样间隙≥0.02°，校准软件模块默认设置可视角校准时采样间隙为1°，共计180个采样点，取与被校准医用显示器的屏幕垂直位置为起始0°位置，亮度色度计从起始位置开始沿同一平面向左侧共圆心旋转至与被校准医用显示器平行位置所经历的角度记为-90°至0°之间；而从起始位置开始沿同一平面向右侧共圆心旋转至与被校准医用显示器平行位置所经历的角度记为0°至﹢90°之间，采样点从左至右的对应的采样角度被规定在-90°至﹢90°范围内变化；
——建采样点，输入“采样间隙”后，点击“建采样点”，校准软件模块自动计算采样点个数并绘制预设运动轨迹，采样点分布及运动轨迹以示意图的形式显示在校准软件模块界面上，校准过程中，校准软件模块界面上亦会以采样点闪烁的形式标出正在采集的采样点；
——采样点测量，点击“开始采集”按钮，可视角校准默认从左至右采集所有采样点，导轨机构及旋转台携带亮度色度计运动至最左侧起始位置，并确保亮度色度计对准被校准医用显示器中心位置并测量其亮度值，导轨机构和旋转台协同作用，控制亮度色度计在同一水平面上按照预设采样点进行等角度间隔三维旋转，在旋转过程中，确保亮度色度计始终对准被校准医用显示器的屏幕的中心位置，采样过程中，校准软件模块实时显示并记录每个采样点对应的亮度值，并根据这些亮度值同步绘制随角度变化的亮度-采样角度曲线；
——计算可视角，所有采样点测量完成之后，点击“计算可视角”按钮，校准软件模块自动计算并在“可视角校准”界面上显示可视角、左/右侧临界可视角及临界可视亮度值，临界可视亮度值为所有采样点中最大亮度值的10％，确定临界可视亮度值后可以确定左侧-90°至0°之间及右侧0°至+90°之间范围内的临界可视角度，这两个临界可视角度的绝对值之和即为可视角，同时，校准软件模块在“可视角校准”界面中的亮度-采样角度曲线图上标识出临界可视亮度值及左右侧对应的临界可视角位置；
——保存可视角校准结果，可视角校准结束之后，需要点击“保存”按钮以保存此校准结果，点击“删除存储”，可删除已存储的校准结果，重新测量可视角。
前述的一种采用集成化的医用显示器自动校准装置的校准方法，其中所述的响应时间校准：
——首先，设置标称亮度值，将被校准医用显示器亮度值设置为最大标称亮度值的60％，并记录；
——打开校准软件模块，由菜单栏中“校准”菜单选择“响应时间校准”功能，进入“响应时间校准”界面，与此同时，控制计算机与被校准医用显示器主机必须处于握手通信状态，测试图软件模块自动触发并载入交替闪烁的纯黑即灰度值为0和纯白即灰度值为1测试图像；
——确定中心位置，在“响应时间校准”界面上，点击“中心点”按钮，导轨机构携带照度计运动直至照度计垂直对准被校准医用显示器的中心位置；
——设置“采样时间间隔”，采用高速采集卡控制并采集照度计测得的照度数值，实时传输至校准软件模块，所述的高速采集卡最高采集速度可达4μs/点，校准软件模块采样时间间隔根据实际需求设置，默认为32μs；
——采集照度计响应曲线，在设置好“采样时间间隔”后，点击“开始采集”按钮，照度计自动开始采集，直至校准软件模块识别出已采集的照度计响应曲线中包含4个完整的上升沿与4个完整的下降沿，然后采集停止；
——计算响应时间，内置两种响应时间计算方法，分别是：
第一种是根据原始数据进行计算，点击“原始数据”一栏中“计算响应时间”按钮，校准软件模块根据测得的原始数据计算被校准医用显示器响应时间；
第二种滤波处理法，点击“滤波处理”，校准软件模块对原始数据进行平滑滤波处理，再点击对应的“计算响应时间”按钮，计算经滤波处理后的数据的响应时间；
——保存响应时间校准结果，响应时间校准结束之后，点击“保存”按钮保存此校准结果，两种计算响应时间的方式只能保存其中一种对应的结果。点击“删除存储”，删除已存储的校准结果，重新测量响应时间。前述的一种采用集成化的医用显示器自动校准装置的校准方法，其还能实现亮度稳定性等参数的校准，同样可以进行自动化的测量，检测人员可根据需要自行设定稳定性检测的时间间隔和采样次数。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。其至少具有下列优点：
1、本发明通过控制计算机上安装的校准软件模块可以实现所有运动功能的控制及校准参数的测量；
2、本发明通过控制计算机与被校准医用显示器的主机建立握手通信，校准软件模块可以控制测试图软件模块根据不同校准参数自动加载并显示相应的测试图像，各个参数的校准过程基本实现自动化；
3、本发明在确定被校准医用显示器空间坐标时，涉及两种方法。一种是通过确认被校准医用显示器的屏幕中心点坐标并配合读取被校准医用显示器后台数据中屏幕的宽度、高度数值，自动计算并确定被校准医用显示器整个屏幕的空间坐标。另一种是通过确认被校准医用显示器的屏幕任意一条对角线两端点的坐标，进而自动计算并确定被校准医用显示器整个屏幕的空间坐标。上述两种方法实现的基础是整个导轨机构和平衡支撑机构(含旋转台)的空间坐标已全部录入并存储于校准软件模块中，可随时调用。亮度色度计相对于被校准医用显示器的投影位置能实时显示，从而使得中心点的定位十分准确；
4、由于本发明准确定位了被校准显示器整个屏幕的空间坐标，且亮度色度计固定在旋转台上(旋转台空间坐标已知)，因此在最大亮度值、亮度(色度)均匀性、光亮度比、对比度响应、可视角这些校准参数对应的校准软件模块界面上，均有虚拟显示器界面示意图，在此示意图上可以实时显示亮度色度计与显示器屏幕的相对位置；同样的，对于亮度(色度)均匀性、可视角这两个参数，校准过程中涉及采样点的建立与运动轨迹的预设，这些采样点和预设的运动轨迹同样会以示意图的方式显示在相应的虚拟显示器界面上，同时测量的进度会以当前正在测量的采样点闪烁的形式表现；
5、本发明提出的提出最大亮度值校准步骤，即如果最大亮度值校准不合格，该被校准医用显示器已无法正常工作，则后续校准参数的检测无意义；规范了校准的流程；
6、本发明在亮度、色度均匀性校准时，除国际标准中已经提出的采样点选择方法外，还增加了自选点法，可以根据被校准医用显示器的实际尺寸和校准需要，由检测人员自主设置相邻采样点的间隔(距离)，从而由校准软件模块自动计算、确定采样点并预设运动轨迹。本发明提出自选点法，可以更准确的反映被校准医用显示器整个屏幕的亮度、色度均匀性。校准过程完成后，校准软件模块自动计算全部校准结果，并以“等高线图”的形式生成“亮度分布图”以帮助检测人员以最直观的方式、一目了然地判断被校准医用显示器的亮度均匀性。同时，亮度、色度均匀性的最终校准结果也在计算完成后实时显示，所有校准数据都将作为原始数据保存，方便查找和生成校准报告；
7、本发明中光亮度比校准时设计了分次测量和连续测量两种测量模式。其中连续测量的实现基础为校准软件模块与测试图软件模块之间的握手通信；
8、本发明采用了校准软件模块与测试图软件模块的握手通信，因此在对比度响应校准时可以自动触发测试图软件模块载入并播放1024阶灰度图像，同时图像的播放速度可以通过改变“采样间隔”(即播放两幅图像之间的间隔时间)的方式实现。亮度色度计垂直对准中心点自动检测亮度值，并且亮度值能够实时保存并以亮度值-图像阶数曲线的形式实时显示在校准软件模块界面之中。该方法既不需要手动输入、切换图像，也不需要手持亮度色度计检测，更不需要人工记录亮度校准结果以及人工采用前述很复杂的公式手动计算光亮度比的数值、最后再手动绘图。所有的过程都是自动完成的，方便又准确，且范围还可以任意设置。可以通过在“样本点”对话框中输入数值，实现对于任意一幅测试图像(1至1024幅图像)的对比度响应的计算，而不仅限于tg18-ln这18幅标准测试图像的对比度响应计算和校准，同时，校准软件模块可以通过在“下限值”和“上限值”对话框中输入数值，改变选取测试图像对应的亮度值分布范围，从而实现对比度响应按亮度值进行分段校准；
9、本发明在可视角校准时，通过导轨机构、旋转台的相互配合，实现亮度色度计在同一平面内以同一圆心进行-90°至+90°的旋转，旋转过程中亮度色度计式中对准被校准医用显示器中心位置；采用高精度旋转台，可实现≥0.02°/次的旋转角度，旋转角度可以根据校准需求任意设定，且机械运动全自动，计算和存储也是全自动，实现了可视角的测量(在原先的手动、目测方法中，测量结果精度低且不准确)；可视角校准过程中，采集到的亮度值数据以亮度值-测量角度图像的形式实时保存并显示在校准软件模块界面上；
10、本发明的响应时间校准是基于照度计的超高采样频率，超高采样频率的实现依靠高速采集卡对于照度计数据采集的控制。本发明使用高速采集卡控制照度计读书的采集，最高可达4μs/次，采集的数据实时传输并保存在校准软件模块中。校准软件模块自动判别是否已经采集到4个完整的上升沿与4个完整的下降沿数据，如果满足条件，校准软件模块发出命令停止高速采集。校准软件模块中内置两种响应时间计算方法。其中先滤波、后计算的方法适用于照度响应曲线上噪声较大的情况下的响应时间的计算；
11、本发明包含了医用显示器校准所需的全部检测参数。集成化的医用显示器自动校准装置及其校准方法置设计简便、易于操作，实现了四个维度上不同角度的自动化控制，可以高效准确的记录原始数据，系统完成数据的测量、传导、分析，以代替手持测量、人为定位、人眼观测的方式，节省人力、时间，提高测量准确性，减少人为误差。校准软件模块中包含了医用显示器的全部核心参数的校准功能，可为医用显示器的计量校准提供客观、准确、标准的检测工具和方法流程，极大提升了校准效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1a是亮度均匀性检测标准测试图像。
图1b是亮度均匀性检测标准测试图像。
图2a是已有技术的亮度均匀性检测点5点法示意图。
图2b是已有技术的亮度均匀性检测点9点法示意图。
图2c是已有技术的亮度均匀性检测点12点法示意图。
图3a是已有技术可视角校准方法示意图。
图3b是已有技术可视角校准方法示意图。
图4是已有技术采集的亮度样本对18幅测试图像的测量得到的gsdf曲线示意图。
图5是已有技术的对比度响应示意图。
图6是响应时间测量原理示意图。
图7是本发明集成化的医用显示器自动校准装置结构示意图。
其中：
1-1：第一导轨1-2：第二导轨
1-3：第三导轨1-4：第四导轨
2：平衡支撑结构3：亮度色度计
4：照度计5：遥控器
6：控制单元7：控制计算机
8：被校准医用显示器9：被校准医用显示器的主机
图8是本发明医用显示器多参数校准方法及自动化校准装置内部关系示意图。
图9是本发明校准软件模块流程图。
图10是本发明校准信息录入图。
图11a是本发明被校准医用显示器空间坐标确定—中心点定位方法示意图，校准软件模块界面图。
图11b是本发明被校准医用显示器空间坐标确定—中心点定位方法被校准医用显示频示意图。
图12a是本发明被校准医用显示器空间坐标确定—对角线两点方法软件模块截面图。
图12b是本发明被校准医用显示器空间坐标确定—对角线两点方法中被校准医用显示器的屏幕截面图。
图13是本发明“最大亮度值校准”方法流程图。
图14是本发明最大亮度值校准—校准软件模块界面截图。
图15是本发明“亮度、色度均匀性校准”方法流程图。
图16是本发明亮度、色度均匀性校准—“5点法”软件模块界面截图。
图17是本发明亮度、色度均匀性校准—“自选点法”软件模块界面截图。
图18是本发明亮度、色度均匀性校准—“自选点法”校准结果示例图。
图19是本发明“光亮度比校准”方法流程图。
图20是本发明光亮度比校准-校准软件模块界面及测试结果示例截图。
图21是本发明“对比度响应校准”方法流程图。
图22是本发明对比度响应-校准软件模块界面截图。
图23是本发明对比度响应—样本点＝18时校准结果示例图。
图24是本发明“可视角校准”方法流程图。
图25是本发明可视角校准-校准过程中软件模块界面截图。
图26是本发明可视角校准-校准结果示例截图。
图27是本发明“响应时间校准”方法流程图。
图28是本发明响应时间校准—校准结果软件模块界面截图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种集成化的医用显示器自动校准装置，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图7所示，本发明较佳实施例，提供一种集成化的医用显示器自动校准装置，其主要由硬件系统和软件模块组成。
其中所述的硬件系统包括：能上下、左右及前后方向移动的导轨机构，能360°转动的平衡支撑机构2，亮度色度计3、照度计4，控制单元6及控制计算机7。其中所述的平衡支撑机构2设置在导轨机构上。所述的照度计4设置在所述的平衡支撑机构2上的一端；所述的亮度色度计3设置在所述的平衡支撑机构2上的另一端。所述的控制单元6分别与导轨机构、平衡支撑机构2、亮度色度计3、照度计4、被校准医用显示器8和控制计算机7电连接，确保它们能够按照校准软件模块的指令运行，且控制导轨沿前、后、左、右和上、下方向移动并控制旋转台旋转，从而带动两度色度计旋转。
其中所述的软件模块包括：校准软件模块和测试图软件模块。所述的校准软件模块安装于控制计算机，用于控制硬件系统并实现记录、存储检测设备信息和校准数据，便于日后查询。所述的测试图软件模块不仅包含参数校准所需要的所有标准测试图像，还内置灰度值从0至1均匀分布的1024个灰阶测试图像，且所有测试图像均能在每项参数校准中由测试图软件模块自动同步匹配。
在一些实施例中，所述的测试图软件模块的传输方式为光盘传输，所述的光盘传输是将所有测试图像刻录成光盘并形成“测试图软件模块”，从所述的光盘中读取测试图软件模块。当被校准医用显示器主机的光盘口可用时，即从光盘中读取“测试图软件模块”，并结合被校准医用显示器的主机进行操作。
在另一些实施例中，所述的测试图软件模块的传输方式为医用传输系统，其是将测试图软件模块导入医院的传输系统中，通过医院的传输系统将测试图像传输至被校准医用显示器。目前医院普遍使用pacs系统。当被校准医用显示器主机的光盘口不可用时，将光盘中的“测试图软件模块”导入该医院的pacs系统中，通过pacs系统将测试图像传输至被校准医用显示器，并结合被校准医用显示器的主机进行操作。
在另一些实施例中，所述的硬件系统还包括遥控器5，所述的遥控器5与控制单元6采用无线通信方式连接，该遥感器5向控制单元6发出指令，并由控制单元6控制导轨机构沿前、后、左、右和上、下方向移动。
在另一些实施例中，所述的平衡支撑机构2一端装有转动台，所述的亮度色度计3设置在转动台上，使亮度色度计3可以在同一平面内以同一圆心进行-90°至+90°旋转；而另一端稳定放置照度计。
在另一些实施例中，所述的导轨机构由4个导轨组成，在前后方向设置第一导轨1-1和第二导轨1-2，所述的第一导轨1-1和第二导轨1-2平行设置在同一水平面上，在该第一导轨1-1和第二导轨1-2上设置能前后方向移动的第三导轨1-3，在所述的第三导轨1-3上设置第四导轨1-4上，所述的第四导轨1-4竖直垂直于第三导轨1-3，使第四导轨1-4沿第三导轨1-3做左右移动，所述的平衡支撑机构2设置在第四导轨1-4上，使平衡支撑机构2沿第四导轨做上下移动。所述的第一导轨1-1、第二导轨1-2、第三导轨1-3及第四导轨1-4各配有一个伺服电机。
在另一些实施例中所述的第一导轨1-1、第二导轨1-2、第三导轨1-3及第四导轨1-4为丝杠导轨。
本发明的导轨机构类似“龙门阵”机构，将亮度色度计3和照度计4放置在一个平衡支撑机构2的两侧，以保持平衡，为了方便亮度色度计3的旋转，特在亮度色度计3上面设置了一个旋转台，这个旋转台安装在平衡支撑机构2上面。上述构件的设置都是为了能够实现亮度色度计3、照度计4在三维空间中任意位置的移动，同时实现亮度色度计在同一水平面内能够对准同一圆心进行-90°至90°的旋转。
本发明控制计算机的核心是装在控制计算机7里面的校准软件模块，校准软件模块对导轨机构、平衡支撑机构2等发出运动指令，同时校准软件模块负责收集亮度色度计3、照度计4采集来的信号，而控制单元6实际就是校准软件模块的执行端，控制单元6能够将所有导轨机构、平衡支撑机构2还有亮度色度计3及照度计4的数据传输和采集系统进行有效连接，确保它们能够按照校准软件模块的指令运行。
参阅图8所示，本发明的采用集成化的医用显示器自动校准装置的校准方法的实现完全依靠安装在控制计算机中的校准软件模块以及安装在被校准医用显示器主机9中的测试图软件模块。
由校准软件模块对控制单元6进行控制，对控制单元6发出指令并接收控制单元6返回的信号；再由控制单元6控制硬件系统。其中，控制单元6和遥控器5均可控制导轨机构的移动，由导轨机构的移动带动平衡支撑机构2的移动。由控制单元6控制旋转台的旋转。
由平衡支撑机构2带动亮度色度计4的移动，由旋转台带动亮度色度计的旋转。
由平衡支撑机构带动照度计4的移动。
由校准软件模块作为主体，实现对被校准医用显示器8各个参数的校准；亮度色度计3和照度计4作为主要的信号采集器，辅助实现校准功能；在每项参数的校准过程中，由测试图软件模块同步匹配相应的测试图像，并在被校准医用显示器8的屏幕上进行显示，辅助实现校准功能。
校准开始前，检测人员使用光盘在被测显示器主机9上安装测试图软件模块，该软件模块不仅包含检测参数所需的所有标准测试图像，还内置全部1024个灰阶(灰度值从0至1均匀分布)的图像，最大限度地满足校准或科研需求。为配合控制软件上校准项目的选择，测试图软件模块可自动显示对应的测试图像。整套操作均在控制计算机上操作，各个参数的校准过程可基本实现自动化。
参阅图9所示，校准软件模块的主要流程是：
步骤1：启动校准软件模块；
步骤2：完成进行集成化的医用显示器8自动校准装置和被校准医用显示器8摆位，鉴于被校准医用显示器8的角度可以调节，因此检测人员需借助铅锤将被校准医用显示器8的屏幕调节至与水平面完全垂直；之后，检测人员调节集成化的医用显示器自动校准装置的位置，使第一导轨1-1和第二丝杠1-2所形成的平面与被校准医用显示器8的屏幕平行。旋转亮度色度计3，使亮度色度计3与被校准医用显示器8的屏幕完全垂直。
步骤3：测试图像的导入和选择
测试图软件模块与校准软件模块进行握手通信，可由校准软件模块控制并触发不同校准参数对应的测试图像并在被校准医用显示器8的屏幕上显示；
所述的测试图像导入方式为光盘导入：检测人员通过光盘在被校准医用显示器主机9上安装测试图软件模块，或者所述的测试图像的导入方式为医用传输系统的方式导入，将测试图软件模块导入医院的传输系统中，通过医院的传输系统将测试图像传输至被校准医用显示器8所述的测试图像的选择是检测人员利用测试图软件模块能自动显示对应的测试图像的功能，在控制计算机上操作进行被测图像的选择；
步骤4：校准信息的录入
在校准软件模块中录入被校准医用显示器8的各种信息，集成化的医用显示器自动校准装置保存这些信息至校准软件模块的数据库中并方便查询，此后的各项校准结果均与此处录入的信息相关联并统一保存，方便后续的信息查询和原始数据查找。录入信息界面如图10所示。
步骤5：确定被校准医用显示器的空间坐标：
集成化的医用显示器自动校准装置的尺寸和设计结构信息已嵌入至校准软件模块中，校准软件模块依托集成化的医用显示器自动校准装置已有的位置信息辅助确定被校准医用显示器8的空间坐标，检测人员使用校准软件模块的“对角线两点方法”或者“中心点定位方法”完成被校准医用显示器中心位置的定位和空间坐标。
步骤6：最大亮度值校准，在正式进行各项参数校准前，首先进行最大亮度值校准，若最大亮度值校准结果合格，则可进行后续参数的校准；否则直接生成校准报告。
陆续进行：
步骤7：亮度色度均匀性校准；
步骤8：光亮度比校准；
步骤9：对比度响应校准；
步骤10：可视角校准；
步骤11：响应时间校准；
步骤12：保存校准结果数据。
集成化的医用显示器自动校准装置保存校准结果至数据库以方便后续查找；同时可以对任意一次校准记录生成校准报告，校准结束。
由于医用显示器的核心校准参数大多是对被校准医用显示器的中心点进行检测，检测中一般要求亮度色度计、照度计垂直对准被校准显示器的中心位置，因此确定被校准医用显示器的中心位置尤为重要。
参阅图11a和图11b，为了方便后续的校准，首先要确定被校准医用显示器的空间坐标。由于集成化的医用显示器自动校准装置的空间坐标已全部录入至校准软件模块，且校准软件模块可完全控制集成化的医用显示器自动校准装置各构件的机械运动，所以基于亮度色度计3与被校准医用显示器的屏幕8的相对位置关系，可以帮助校准软件模块确定被校准医用显示器的空间坐标。其中，
所述的中心点定位方法：如图11a所示，其是指校准软件模块自动读取被校准医用显示器8的后台数据，从而获得被校准医用显示器8的具体尺寸(宽度和高度)。同时，测试图软件模块将在被校准医用显示器8的屏幕上全屏显示一幅纯白(灰度值等于1)图像，并自动在被校准医用显示器8屏幕的中心位置生成一个黑色的圆斑(如图11b所示)。检测人员可以通过图11a-②中“步进距离”项目下的按钮或者使用遥控器5调节亮度色度计3的空间位置，使亮度色度计3垂直对准被校准医用显示器8屏幕中心位置的圆斑，点击“确认中心位置”按钮，从而确定被校准医用显示器8中心位置的空间坐标。此时，校准软件模块结合已读取的被校准医用显示器8具体尺寸及其中心位置空间坐标，计算并确定被校准医用显示器8整个屏幕的空间坐标。点击“确定”按钮，校准软件模块保存被校准医用显示器8的空间坐标。亮度色度计3在被校准医用显示器8屏幕的相对位置投影可在图11a-③中实时显示。
所述的对角两点方法，如12a、图12b所示参阅图12a，图12b，当校准软件模块无法读取被校准医用显示的具体尺寸时，可采用对角线两点方法确定被校准医用显示器8屏幕的空间坐标。测试图软件模块在被校准医用显示器的屏幕8上全屏显示一幅纯白(灰度值等于1)图像，并自动在被校准医用显示器的屏幕8的四角各生成一个黑色的圆斑(如图12b所示)。检测人员通过调节图12a-②中“步进距离”项目下的按钮或者使用遥控器，移动亮度色度计直至垂直对准图12b中①或③点，并点击“确认第一点”按钮；之后检测人员通过调节图12a-②中“步进距离”项目下的按钮或者使用遥控器，移动亮度色度计直至垂直对准图12b中②或④点，并点击“确认第二点”按钮，此时被校准医用显示器8屏幕的一条对角线边界两点的空间坐标已被记录在校准软件模块中，校准软件模块根据对角线边界两点的空间坐标可以计算获得被校准医用显示器8具体尺寸并确定被校准医用显示器整个屏幕的空间坐标。点击“确定”按钮，校准软件模块保存被校准医用显示器8的空间坐标。亮度色度计在被校准医用显示器的屏幕的相对位置投影可在图12a-③中实时显示。
上述被校准医用显示器的空间坐标将用于后续所有参数校准时的自动定位，无需每次校准时再重复操作。
最大亮度值是指在被校准医用显示器亮度值可调的情况下，能提供的最大显示亮度值。最大亮度值是保证医用显示器正常工作的基本条件，当实际最大亮度值衰减至小于其标称最大亮度值的60％时，该医用显示器已无法正常使用。
在本发明的采用集成化的医用显示器自动校准装置的校准方法中，首先应对于最大亮度值进行校准，判断该显示器是否处于正常工作状态。
参阅图13所示，最大亮度值校准具体步骤是：
首先，将被校准医用显示器8调节至能够达到的最大标称亮度值，并记录。
然后，打开校准软件模块，由菜单栏中“校准”菜单选择“最大亮度值校准”功能，进入最大亮度值校准界面。与此同时，控制计算机7与被校准医用显示器主机9处于握手通信状态，测试图软件模块自动触发并载入tg18-un80或其他灰度值较高的图像作为测试图像。在最大亮度值校准界面上，点击“中心点”按钮，导轨机构会携带亮度色度计3运动直至亮度色度计3垂直对准被校准医用显示器8的中心位置。
上述步骤完成之后，点击“采集测试”按钮，亮度色度计3在测试图软件模块的配合下自动采集被校准医用显示器8中心位置的亮度值3次，校准软件模块对于3次测量结果计算平均值，并利用平均值除以最大标称亮度值得到亮度比。如果亮度比小于60％，校准软件模块提示“被校准医用显示器不合格”；反之，可继续进行下一步校准。最大亮度值校准结束之后，无论被校准医用显示器8是否合格都需要点击“保存”按钮以保存此校准结果。
图14是校准软件模块“最大亮度值校准”功能对应的软件界面截图。
在本发明的采用集成化的医用显示器自动校准装置的校准方法中，被校准医用显示器8最大亮度值校准结果合格后可进行其他参数校准
参阅图15所示，亮度、色度均匀性校准方法是：
首先，将被校准医用显示器8的标称亮度调节至最大标称亮度值的60％，并记录。
然后，打开校准软件模块，由菜单栏中“校准”菜单选择“亮度、色度均匀性校准”功能，进入亮度、色度均匀性校准界面。与此同时，控制计算机7与被校准医用显示器主机9处于握手通信状态，测试图软件模块自动触发并载入tg18-un80或其他灰度值较高的图像作为“图一(白)”测试图像、tg18-un10或其他灰度值较低的图像作为“图二(黑)”测试图像。
在开始校准之前，需要建立采样点。在前述国际标准中，根据被校准医用显示器液晶屏幕对角线l的大小，分别采用“5点法”、“9点法”和“12点法”(如图2所示)对显示器的亮度、色度均匀性进行校准。
但随着医用显示器性能的不断提升，液晶屏幕的像素阵列越来越小，屏幕尺寸越来越大，故现有方法不能完整地反映液晶屏幕整体的亮度、色度均匀性分布情况。因此本发明在“亮度、色度均匀性校准”功能中设计了两种建立采样点的方法。
参阅图16所示的第一种采样点的方法是设置采样点数法，其是根据被校准医用显示器8屏幕对角线尺寸l的大小，选择采样点数，然后点击“建采样点”按钮以自动计算并建立采样点。
参阅图17所示的第二种采样点的方法是自选点法，其是由检测人员选择“输入间隙”，并在“采样间隙”对话框中输入两个采样点之间的间隔(单位为毫米)；点击“建采样点”按钮，校准软件模块会根据被校准医用显示器的屏幕尺寸及“采样间隙”自动计算并建立采样点。
无论采取何种采样点建立方式，校准软件模块均会在采样点建立完成之后在软件模块操作界面上显示采样点和预设的运动轨迹，如图16和图17左侧的被校准医用显示器的屏幕示意图，即其中黑色矩形区域。
建立采样点之后即可选择不同图像进行均匀性采集。选择“图一(白)”并点击“开始采集”，测试图软件模块收到校准软件模块发出的指令后将tg18-un80或其他灰度值较高的图像屏显示在被校准医用显示器8屏幕上，并开始按照预设的采样点和运动轨迹进行亮度、色度值的采集。
同样的，选择“图二(黑)”并点击“开始采集”，测试图软件模块收到校准软件模块发出的指令后将tg18-un10或其他灰度值较低的图像全屏显示在被校准医用显示器的屏幕上，并开始与“图一(白)”一致的采集过程。
本校准方法采用“蛇形”移动的方式依照预设运动轨迹从左上角最高采样点位置开始向右、向下移动并采集数据。校准过程中，亮度、色度均匀性校准软件模块界面上亦会以采样点闪烁的形式标出正在采集的采样点。
参阅图18所示，任意一次亮度、色度均匀性采集完成之后，校准软件模块会自动计算亮度、色度均匀性并实时显示在校准软件模块操作界面的右下方，并根据不同采样点的亮度值以“等高线图”的形式生成“亮度分布图”，帮助检测人员以最直观的方式、一目了然地判断被校准医用显示器8的亮度均匀性。
对于任意一台被校准医用显示器8，需要同时测量“图一(白)”和“图二(黑)”两种不同测试图像下的亮度、色度均匀性。无论先测哪一种图像下的均匀性，只要不改变采样点，即可直接选择另一幅图像开始下一次校准。
对于同一被校准医用显示器8，其对应的不同测试图像下的校准结果实时显示在如图18中部的“已完成的检测”记录框内。每次校准完成之后需要点击“保存”按钮，以保存当前所有校准结果。在“已完成的检测”记录框内，选中某一条记录，点击“删除存储”，即可删除该条校准结果。
图16中是根据“5点法”建立采样点的软件操作界面截图，图17是根据自选点法建立采样点的软件操作界面截图，图18是图17对应测量结果的软件操作界面截图。
光亮度比是指在同一设定亮度值下，被校准医用显示器分别显示灰度值区别较大的两幅图像时，在被校准医用显示器的屏幕中心位置获得的亮度值之比。
参阅图19所示，“光亮度比校准”的具体校准方法是：
首先，将被校准医用显示器亮度值设置为最大标称亮度值的60％，并记录。
然后，打开校准软件模块，由菜单栏中“校准”菜单选择“光亮度比校准”功能，进入光亮度比校准界面。在光亮度比校准界面上，点击“中心点”按钮，导轨机构会携带亮度色度计3运动直至亮度色度计垂直对准被校准医用显示器8的中心位置。
“光亮度比校准”功能中内置两种测量方式，即可以选取分次测量或者连续测量的方式。
对于分次测量的方式，首先点击“第一图亮度值”对应的“采集”按钮，此时测试图软件模块自动触发并在被校准医用显示器8上全屏显示tg18-un10测试图像或其他灰度值较低的图像，亮度色度计3采集中心位置亮度值并自动显示在“第一图亮度值”下的对话框中；然后点击“第二图亮度值”对应的“采集”按钮，此时测试图软件模块自动触发并在被校准医用显示器8上全屏显示tg18-un80测试图像或其他灰度值较高的图像，亮度色度计3采集中心位置亮度值并自动显示在“第二图亮度值”下的对话框中。第二次亮度值采集完成之后，校准软件模块依据公式(7)自动计算并显示光亮度比计算结果。
对于连续测量的方式，只需要点击“连续采集”按钮，此时测试图软件模块先后触发并在被校准医用显示器8上全屏显示tg18-un10或其他灰度值较低的图像和tg18-un80或其他灰度值较高的图像测试图像，并将先后采集到的两个亮度值分别显示于“第一图亮度值”和“第二图亮度值”对应的对话框中，同时依据公式(7)自动计算、显示光亮度比。
校准装置根据计算公式自动计算光亮度比：
式中：
lc—光亮度比
lmax—显示灰度值较高图像所测得的亮度值
lmin—显示灰度值较低图像所测得的亮度值
光亮度比校准结束之后，需要点击“保存”按钮以保存此校准结果。点击“删除存储”，可删除已存储的校准结果，重新测量光亮度比。
图20是软件操作界面截图和实际校准结果示例图。
参阅图21所示，“对比度响应校准”的具体校准方法是：
首先，将被校准医用显示器亮度值设置为最大标称亮度值的60％，并记录。
然后，打开校准软件模块，由菜单栏中“校准”菜单选择“对比度响应校准”功能，进入对比度响应校准界面。在对比度响应校准界面上，点击“中心点”按钮，导轨机构会携带亮度色度计3运动直至亮度色度计垂直对准被校准医用显示器8的中心位置。
“对比度响应校准”首先需要设置“采样间隔”。由于对比度响应涉及多幅不同灰度值图像的亮度值的测量，因此切换图像时需要等待亮度色度计读数稳定之后再进行数据采集。对于任意一幅测试图像中心位置的亮度值采集，在被校准医用显示器显示该图像之后，测试图软件模块通过握手信号通知校准软件模块，校准软件模块等待一定的“采样间隔”后进行亮度值采集，采集完成之后校准软件模块再经过握手信号通知测试图软件模块切换到下一幅待测图像，如此循环直至所有测试图像的亮度值测试完毕。“采样间隔”大于等于30毫秒时，基本所有品牌和种类的医用显示器的亮度值均能稳定显示。因此该参数的校准方法中，默认使用的采样间隔为30毫秒。
“采样间隔”设置完成之后，点击“开始采集”按钮，测试图软件模块自动触发并导入灰度值从0到1均匀分布的1024阶测试图像，校准软件模块按上述握手通信的方式进行1024阶灰度图像的光亮度采集。采集过程中，如图22-①所示，校准软件模块在光亮度-灰阶数图表中实时显示已测量的图像阶数及其光亮度值。待1024阶图像对应的光亮度采集结束，首先点击“gsdf”按钮，校准软件模块按照公式(3)和(4)计算1024阶图像对应的gsdf曲线。
jnd-亮度色度计算公式如下：
式中：a＝71.498068,b＝94.593053,c＝41.912053,d＝9.8247004,e＝0.28175407,f＝-1.1878455,g＝-0.18014349,h＝0.14710899,i＝-0.017046845
国际标准中推荐采用tg18-ln系列共18幅不同灰阶的图像进行对比度响应测量。tg18-ln系列中每一幅图像中心位置为有效测量区域，有效测量区域四周环绕纯黑区域，用于减少四周区域光亮度对中心检测区域的影响。实际检测时将tg18-ln-01至tg18-ln-18这18幅图像依次显示至医用显示器，测量图像中心位置区域的光亮度值，并根据上述公式(3)(4)计算gsdf曲线如下图4所示。
式中：p是系统的数字输入，i是指用于实验中的18个测试图的索引。
对比度响应是利用gsdf曲线的斜率进行计算。tg18-ln系列图像对应的测量值的斜率δi(测量到的对比度)按公式(5)计算可得到测量值散点分布；根据灰阶标准显示函数(gsdf)按公式(6)计算可得到
式中：
l′i-索引中i点上的亮度值；
δi和
δi对应值与
此时校准软件模块默认从1024阶图像中等间隔选取18幅图像进行计算，即“样本点”默认数值为18；选取的18幅图像对应亮度值的“下限值”及“上限值”分别为第1024阶图像对应亮度值的10％及90％(约为第102和第922幅图像)。经过两步计算，点击“保存”按钮，系统自动将上述两步计算结果及相应图像进行保存。点击“删除存储”，可删除已存储的校准结果，重新测量对比度响应。
校准软件模块的优势在于可以通过在“样本点”对话框中输入数值，实现对于任意幅图像(1至1024幅图像)的对比度响应的计算，而不仅限于tg18-ln这18幅标准测试图像的对比度响应计算和校准。同时，软件可以通过在“下限值”和“上限值”对话框中输入数值，改变所选取图像对应的亮度值分布范围，从而实现对比度响应按亮度值进行分段校准。
图22是校准软件模块“对比度响应校准”功能对应的软件界面截图。图23是实际采集1024阶图像，并依照默认的“样本点”、“下限值”及“上限值”计算的对比度响应校准结果。校准结果中给出了按照1024阶图像及其对应的理论亮度值计算获得的对比度响应理论值曲线，以及偏离理论值曲线±5％、±10％、±15％的三组阈值边界。
参阅图24所示“可视角校准”的具体校准方法是：
首先，将被校准医用显示器8亮度值设置为最大标称亮度值的60％，并记录。
然后，打开医用显示器校准软件模块，由菜单栏中“校准”菜单选择“可视角校准”功能，进入可视角校准界面。与此同时，控制计算机与被校准医用显示器主机处于握手通信状态，测试图软件模块自动触发并载入tg18-un80测试图像或其他灰度值较高的图像。
在可视角校准界面上，点击“中心点”按钮，导轨机构会携带亮度色度计3运动直至亮度色度计3垂直对准被校准医用显示器8的中心位置。
“可视角校准”首先需要设置“采样间隙”。被校准医用显示器8可视角在0°至180°之间变化，因此“采样间隙”决定了采样点的个数。采样间隙可任意设置采样间隙≥0.02°。由于可视角校准精确度要求不高，因此校准软件模块默认设置可视角校准时采样间隙为1°，共计180个采样点。取与被校准医用显示器8屏幕垂直位置为起始0°位置，亮度色度计3从起始位置开始沿同一平面向左侧共圆心旋转至与被校准医用显示器8平行位置所经历的角度记为(-90°至0°之间)，而从起始位置开始沿同一水平面向右侧共圆心旋转至与被校准医用显示器平行位置所经历的角度记为(0°至+90°之间)，因此采样点从左至右对应的采样角度被规定在(-90°至+90°之间)范围内变化。
参阅图25所示，输入“采样间隙”后，点击“建采样点”，校准软件模块自动计算采样点个数并绘制预设运动轨迹。采样点分布及运动轨迹以示意图的形式显示在可视角校准软件模块界面上(如图25-①)。可视角校准过程中，可视角校准软件模块界面上亦会以采样点闪烁的形式标出正在采集的采样点。
参阅图25所示，点击“开始采集”按钮，可视角校准默认从左至右采集所有采样点。导轨机构及旋转台携带亮度色度计3运动至最左侧起始位置，并确保亮度色度计3对准被校准医用显示器8中心位置并测量其亮度值。导轨机构和旋转台协同作用，控制亮度色度计3在同一水平面上按照预设采样点进行等角度间隔三维旋转。在旋转过程中，确保亮度色度计3始终对准被校准医用显示器8的中心位置。采样过程中，校准软件模块实时显示并记录每个采样点对应的亮度值，并根据这些亮度值同步绘制随角度变化的亮度-采样角度曲线，如图25-②所示。
参阅图26所示，所有采样点测量完成之后，点击“计算可视角”按钮，校准软件模块自动计算并在可视角校准软件模块界面上显示可视角、左/右侧临界可视角及临界可视亮度值。临界可视亮度值为所有采样点中最大亮度值的10％。确定临界可视亮度值后可以确定左侧(-90°至0°)及右侧(0°至90°)范围内的临界可视角度。这两个临界可视角度的绝对值之和即为可视角。同时，校准软件模块在亮度-采样角度曲线图上标识出临界可视亮度值及左右侧对应的临界可视角位置。
可视角校准结束之后，需要点击“保存”按钮以保存此校准结果。点击“删除存储”，可删除已存储的校准结果，重新测量可视角。
图25是校准软件模块“可视角校准”功能对应的校准过程中的软件界面实例。图26是可视角校准结果计算完成后软件界面截图的示例。
参阅图27所示响应时间校准的具体校准方法是：
首先，将被校准医用显示器亮度值设置为最大标称亮度值的60％，并记录。
然后，打开校准软件模块，由菜单栏中“校准”菜单选择“响应时间校准”功能，进入响应时间校准界面。与此同时，控制计算机7与被校准医用显示器主机9必须处于握手通信状态，测试图软件模块自动触发并载入交替闪烁的纯黑(灰度值为0)和纯白(灰度值为1)测试图像。
在响应时间校准软件模块界面上，点击“中心点”按钮，导轨机构携带照度计3运动直至照度计4垂直对准被校准医用显示器8的中心位置。
“响应时间校准”首先需要设置“采样时间间隔”。经过大量实验，不同厂家、不同种类的医用显示器对应的响应时间均在毫秒量级，因此照度计的采集时间间隔必须足够小以确保能够准确测量响应时间。为实现照度计的高速采集并与测试图软件模块相配合，在本发明的响应时间校准方法中，采用高速采集卡控制并采集照度计测得的照度数值，实时传输至校准软件模块。本发明使用的高速采集卡最高采集速度可达4μs/点。在本发明使用环境下，校准软件模块默认的采样时间间隔为32μs。
在设置好“采样时间间隔”后，点击“开始采集”按钮。照度计4自动开始采集，直至校准软件模块识别出已采集的照度计响应曲线中包含4个完整的上升沿与4个完整的下降沿，然后采集停止。
本响应时间校准方法中内置两种响应时间计算方法：
第一种是根据原始数据进行计算，点击“原始数据”一栏中“计算响应时间”按钮，校准软件模块根据测得的原始数据计算被校准医用显示器8响应时间。
第二种先点击“滤波处理”，校准软件模块对原始数据进行平滑滤波处理，再点击对应的“计算响应时间”按钮，计算经滤波处理后的数据的响应时间。
本发明经过对不同厂家、不同种类医用显示器进行测试，发现实际中存在一些被校准医用显示器测得的照度响应曲线噪声较大。对于这些噪声较大的医用显示器，直接利用原始数据无法准确计算响应时间，因此校准软件模块内置滤波处理功能，确保噪声较大的照度响应曲线经滤波后能够计算获得相应响应时间。但是经过滤波处理的照度响应曲线并非原始曲线，因此计算获得的上升沿/下降沿响应时间可能与真实值有所偏差。经过对多台噪声信号较小的医用显示器照度响应曲线进行计算，原始数据对应的计算结果与经过滤波后数据对应的计算结果差异不明显，因此可以将滤波后的计算结果作为该被校准医用显示器8的响应时间。
响应时间校准结束之后，需要点击“保存”按钮以保存此校准结果。但是两种计算响应时间的方式只能保存其中一种对应的结果。点击“删除存储”，可删除已存储的校准结果，重新测量响应时间。
图28是校准软件模块“响应时间校准”功能下某次校准结果对应校准软件模块界面截图。
本校准软件模块还能实现亮度稳定性等参数的校准，检测人员可根据需要自行设定稳定性检测的时间间隔和采样次数。
校准软件模块可实现数据采集、分析，校准记录的保存和查找。每次校准均可生成一套完整的校准报告。
综上，本发明包含了医用显示器校准所需的全部参数。集成化的医用显示器自动校准装置设计简便、易于操作，实现了四个维度上不同角度的自动化控制，可以高效准确的记录原始数据，系统完成数据的测量、传输、分析，以代替手持测量、人为定位、人眼观测的方式，节省人力、时间，提高测量准确性，减少人为误差。校准软件模块中包含了医用显示器的全部核心校准参数，可为医用显示器的计量校准提供客观、准确、标准的检测工具和方法流程，极大提升了校准效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
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