一种用于医用显示器的图像清晰度测量装置及方法与流程

本发明涉及一种用于医用显示器的图像清晰度测量装置及方法，属于医用显示器息屏技术领域。

背景技术：

近年来，影像医学数字化进程加快推进：一方面CT、MRI、超声(us)、数字X线摄影等成像系统实现了直接数字化，另一方面随着放射科信息系统(Radiological Information System，RIS)和医院信息系统(Hospital Information System，HIS)的网络化，并联成了医学影像存储与传输系统(Picture Archiving and Communication System，PACS)。这些先进技术使得“软读片”成为可能。作为显示终端，医用显示器已经成为医生进行医学影像诊断的重要可视化设备。

同时，数字图像处理技术得到迅猛发展，许多领域对获取的图像的清晰程度要求越来越高，尤其在医用显示领域，随着医学影像朝着4K、2K等高分辨率方向发展，对医用显示器的图像清晰度也随之提高。

因此，引入一种用于医用显示器的图像清晰度的测量机制，有效解决无法对医用显示器像素级别的图像清晰度进行客观评价等问题，并能够快速、准确地评价医用显示器图像显示清晰度，变得越来越必要和迫切。

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，提供一种用于医用显示器的图像清晰度测量装置及方法，能够实现快速、准确地测量医用显示器像素级别的图像显示清晰度，进而实现对医用显示器显示清晰度进行客观评价和衡量提供重要参考依据。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于医用显示器的图像清晰度测量装置，其特征是，主要由图像生成模块、光学传递函数测试仪模块即MTF测试仪模块、上位机软件模块三个模块组成，所述上位机软件模块分别与所述图像生成模块和MTF测试仪模块连接；

所述图像生成模块用于为医用显示器提供测量图像清晰度的像素级测试图像；

所述MTF测试仪模块用于测量医用显示器所显示图像的MTF数据；

所述上位机软件模块根据MTF数据快速计算和分析医用显示器所显示图像的清晰度，进而精准地评估和衡量医用显示器像素级别图像显示的清晰度；

所述图像生成模块主要包括图像处理单元、通信单元和控制单元，其中所述控制单元分别和图像处理单元、通信单元连接；

所述图像处理单元用于生成符合不同医用显示器像素级别要求的测试图像，在医用显示器上直接显示；

所述通信单元用于接收上位机应用软件模块的命令，然后转发给所述控制单元；

所述控制单元用于接收所述通信单元的命令，解析命令后给出像素级别测试图像的分辨率和刷新率、像素数据位宽3种信息，控制图像处理单元生成对应的像素级别测试图像。

进一步的，所述图像处理单元采用编解码集成电路芯片或FPGA芯片制成，图像处理单元生成的测试图像是按照像素级别显示的黑白相间的栅格，包括水平分辨率从1024到4200范围区间的所有整数数值，垂直分辨率从768到2800范围区间的所有整数数值，刷新率从30Hz到100Hz范围区间的所有整数数值。

进一步的，所述控制单元采用编解码集成电路芯片或FPGA芯片制成。

进一步的，所述MTF测试仪模块采用光学MTF测试仪制成，用于测量医用显示器像素级别测试图像的MTF数据，即医用显示器面板上单位长度的亮度按照正弦变化的光栅周期数，其中单位长度为每毫米；具体的用于测量所述图像生成模块生成像素级别的并在医用显示器上显示的测试图像的MTF数据，然后将测得的MTF数据实时地传输给所述上位机软件模块。

进一步的，所述MTF测试仪模块采集的数据包括：

1)测量面板水平和垂直两个方向上的任意位置和区域的单位长度的亮度按照正弦变化的光栅周期数；

2)测量面板不同背光亮度下的单位长度的亮度按照正弦变化的光栅周期数；

3)测量从面板到MTF测试仪镜头的0.5m-2.0m距离范围下的面板单位长度的亮度按照正弦变化的光栅周期数。

进一步的，所述上位机软件模块主要包括上位机应用软件。

进一步的，所述上位机应用软件模块的功能主要包括：

1)根据医用显示器的分辨率、亮度、刷新率、像素数据位宽4种参数，向图像生成模块下发像素级别测试图像的分辨率、亮度、刷新率像素数据位宽4种参数，其中，分辨率包括水平分辨率从1024到4200范围区间的所有整数数值，垂直分辨率从768到2800范围区间的所有整数数值，刷新率从30Hz到100Hz范围区间的所有整数数值，亮度包括从20cd/m²到2000cd/m²范围区间的所有亮度数值；

2)向图像生成模块下发命令，选择水平和垂直两个方向上显示像素级别的测试图像；

3)向MTF测试仪模块下发命令，自动选择医用显示器和MTF测试仪之间的最佳测试距离，测试距离可以是从0.5m到2.0m范围内的任意位置；

4)向MTF测试仪模块下发命令，自由选择医用显示器面板上任意位置和区域的单位长度的亮度按照正弦变化的光栅周期数，单位长度为每毫米；

5)获得MTF测试仪模块发送的MTF数据后，实时计算出医用显示器所显示像素级别图像的清晰度，并以图表的形式呈现；

6)在所获得的MTF测试仪模块发送的MTF数据，在任意位置和区域自由选择测量像素的长宽尺寸、光栅格的明暗亮度、面板的长宽尺寸3种物理参数；

7)计算出医用显示器所显示像素级别图像的清晰度后，同时，对医用显示器整个面板的像素级别图像清晰度的一致性进行分析和评估。

一种用于医用显示器的图像清晰度测量方法，其特征是，包括如下步骤：

1)采用边缘保持能力较强的边缘保持滤波器对图像进行预处理；

2)确定灰度值下降或上升的垂直边缘，然后取每一行灰度值连续下降间隔像素点数最多的边缘的灰度变化率代表该行的灰度变化率；

3)计算出所有行的灰度变化率后对其求和，同时定义一个初始值为零的变量ɑ，当每计算一次灰度变化率，变量ɑ的值加1，最后以灰度变化率之和的平均值作为衡量图像清晰度的指标。

本发明所达到的有益效果：

1)本发明突破传统医学医用显示器显示清晰度主观评价上的不足，给出一种以图像边缘灰度变化率为指标的像素级别的图像清晰度测量方法，通过MTF以数值的方式定量地衡量医用显示器面板的像素级别的图像清晰度，进而实现对医用显示器显示清晰度进行客观评价和准确衡量提供重要参考依据和数据支撑；

2)本发明提出一种用于医用显示器的图像清晰度自动化测量装置，能够实现对医用显示器像素级别的显示清晰度的快速测量、实时计算、准确分析，从而提高医用显示器图像清晰度测量效率和评价依据的科学性，避免人为因素等不必要的测量误差；

3)本发明提出一种用于医用显示器的图像清晰度自动化测量装置，自动化程度高，部署灵活，易维护，操作简单，可广泛应用于不同分辨率和规格的医用显示器图像清晰度的测量和评价。

附图说明

图1是图像清晰度测量方法流程图；

图2是图像清晰度测量装置框架图；

图3是图像生成模块框架图；

图4是图像清晰度测量装置测量示意图；

图5不同像素级别MTF光栅示意图；

图6上位机应用软件模块工作流程图。

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，本发明提供一种用于医用显示器的图像清晰度测量方法及装置，能够实现快速、准确地测量医用显示器像素级别的图像显示清晰度，进而实现对医用显示器显示清晰度进行客观评价和科学衡量提供量化的参考依据。

具体地，本发明所涉及的一种用于医用显示器的图像清晰度测量装置包括图像生成模块、MTF测试仪模块、上位机应用软件模块。其各个模块的连接关系如图2、图3、图4所示。下面对各个模块进行逐一说明：

在图2中，视频流输入模块主要是进行视频输入接口转换，具体可以支持VGA、SDI、DVI、HDMI、DP等视频传输协议协议，然后将视频流传递给视频流处理模块。视频流处理模块主要对图像数据进行各种图像算法处理，处理完毕后将视频流传递给视频流输出模块。视频流输出模块主要是进行视频输出接口转换，具体将视频流转换成LVDS、EDP等视频传输协议，然后输出给医用显示器面板。2选1选择器则在视频流处理模块和图像处理单元之间选择一种视频流输出。

图像生成模块包括图像处理单元、通信单元、控制单元，主要功能是为医用显示器提供测量图像清晰度的像素级测试图像。其中，图像处理单元主要功能是生成符合不同医用显示器像素级别要求的测试图像，然后在医用显示器上直接显示。

具体功能实现上，图像处理单元，由编解码集成电路芯片(ASIC)或FPGA芯片具体实现。图像处理单元生成的测试图像是按照像素级别显示的黑白相间的栅格，分辨率包分辨率包括水平分辨率从1024到4200范围区间的所有整数数值，垂直分辨率从768到2800范围区间的所有整数数值，刷新率从30Hz到100Hz范围区间的所有整数数值，亮度包括从20cd/m²到2000cd/m²范围区间的所有亮度数值。同时，图像处理单元的像素级别测试图像，可以在医用显示器水平和垂直方向上直接显示。

通信单元，由ARM芯片具体实现，主要功能是上位机应用软件模块的命令，然后转发给控制单元。

控制单元，由编解码集成电路芯片(ASIC)或FPGA芯片具体实现，主要功能是接收通信单元的命令，解析命令后给出像素级别测试图像的分辨率、刷新率、背光亮度等信息，然后控制图像处理单元生成对应的像素级别测试图像。

MTF测试仪模块，具体地由专业的光学MTF测试仪实现，主要功能是测量医用显示器像素级别测试图像的MTF数据，即医用显示器面板上单位长度(每毫米)的亮度按照正弦变化的光栅周期数。

进一步地，MTF测试仪模块可以测量面板水平和垂直两个方向上的MTF数据，可以测量在分辨率、刷新率和背光亮度等不同条件下的MTF数据，还可以测量从面板到MTF测试仪镜头的0.5m-2.0m距离范围下的MTF数据。

上位机软件模块，具体地由上位机应用软件实现，主要功能是实现一种以图像边缘灰度变化率为指标的像素级别的图像清晰度测量方法，主要步骤如下：

1)采用边缘保持能力较强的边缘保持滤波器对图像进行预处理。

2)确定灰度值下降或上升的垂直边缘，然后取每一行灰度值连续下降间隔像素点数最多的边缘的灰度变化率代表该行的灰度变化率。

3)实时计算出所有行的灰度变化率后对其求和，同时定义一个初始值为零的变量ɑ，当每计算一次灰度变化率，变量ɑ的值加1，最后以灰度变化率之和的平均值作为衡量图像清晰度的指标。

具体实现上，上位机软件模块实现的一种以图像边缘灰度变化率为指标的像素级别的图像清晰度测量方法，如图5、图6所示。详细步骤如下：

1)先对像素级别的测试图像进行保持滤波；

2)之后对图像的每一行隔一个像素取一个灰度值，则得到一个新的灰度矩阵V(I,J)，其中，I是i取值的数值集合，J是j取值的数值集合，同时定义一个初始值为零的变量ɑ；

3)接着对每一行数据进行分析，根据一幅分辨率为m x n的图像，其中m是i取值的数值集合的最大值、n是j取值的数值集合最大值，则

V(i,j)>V(i,j+1)>V(i,j+2)

1≦i≦n，1≦j≦m-2

找到每一行中灰度值连续下降起止像素点间隔的像素点数account的最大值，及其对应的像素起止点位置以及起止位置对应像素点的灰度值，当一行中account的最大值不止一个时，则找出灰度值相差最大的像素点的起止位置；然后在矩阵V(I,J)中找出起止点间所有像素点的灰度值，由于实际边缘像素点的灰度值不一定呈严格的线性变化，为了更准确地表示图像边缘的灰度变化，有必要对其进行直线拟合，这里采用最小二乘法原理对边缘灰度值进行直线拟合。

最小二乘法是一种数学优化技术，它通过最小化误差的平方和找到一组数据的最佳函数匹配。记拟合直线的斜率为value，显然value反映了边缘灰度变化的快慢，即value为对应的边缘灰度变化率，每计算一次value，变量a的值加1；接下来对所有行垂直下降边缘的灰度变化率的绝对值求和，即得整幅图像的灰度变化率和S1，即：

S1＝∑|value|

4)最后可求得灰度变化率和的平均值S为：

S＝S1/a

本方法以灰度变化率绝对值和的平均值S为衡量应用显示器图像清晰度的指标，越清晰的图像，其对应的S值越大。

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。