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生命与色彩:为什么色彩较准在医疗技术中如此重要

《色彩在图像处理中扮演何种角色?》一文中,我们已经解释了色彩重现在机器视觉中所发挥的作用。通常,黑白相机已经足以满足工业图像处理的需求,但医疗和生命科学领域会用到与工业要求非常不同的图像信息,所以颜色保真度才如此重要。

在显微镜、皮肤科和眼科领域,采集数字图像可以对诊断过程提供特别有效的协助。色彩往往是评估身体组织的构成是否健康的一项重要标准。

色彩在眼科中的运用

我们来详细地介绍在眼科的应用。数字眼底相机用于检查视网膜。医师会将相机放在病人眼部的前面,并采集一张图像。然后,借助分析软件来检查这张高分辨率的图像。根据这些图像,医师可以检查视网膜中的毛细血管是否充分连通、完好无损,并在发现异常状况时决定需不需要做进一步检查。此类诊断过程能帮助预防视网膜黄斑变形等疾病。

这时,可靠性高的显色效果和图像重现就尤为重要,因为色彩能提供有关特定组织的健康状况信息。例如,如果组织供氧不足,则颜色会有变化。

相机必须经过妥善校准,以确保显色效果可靠。

相机的色彩校准

在相机固件的色彩计算处理流程中对参数进行优化,这个过程就是色彩较准。校准工作是基于所谓的色彩瑕疵。校准过程中通常会用到ColorChecker色卡。这是一种棋格状的卡片,由18种色彩和6种不同深浅的灰色的正方形色块紧密排列组成。在特定的光源下查看时,单个色块的sRGB值是已知的系数,因此相机检测到的色彩可以依据ColorChecker色卡作为参考基准。

只要sRGB值可以用于与实际已知色域值进行比较,就可以根据特定的色域测量出相机的色值。在色彩空间中,测量值和已知值的差异就是所谓的色彩瑕疵,用ΔE表示。校准过程的目标就是以这种方式对相机色彩处理流程中的单个功能区进行参数化,并通过与ColorChecker色卡的参考值进行比对,让色彩瑕疵ΔE实现最小化。

完成色彩校准后,就能根据色彩瑕疵对单个色彩进行附加的修改工作,以便将现有的色彩配置文件纳入考虑。在使用工业相机替代民用相机的应用中,这种处理方式尤为有效。

与民用相机相比,工业相机能在色彩描绘方面具有更大的优势。这是因为民用相机的色彩处理流程通常采用的是黑盒,无法对其进行参数化。这类色彩处理流程的设计意图是生成带有美感的图像,而不是尽可能地描绘出真实的情况。因此,特别对于医疗成像和诊断应用而言,配备增强色彩功能的工业相机是更理想的选择。

趋势

相机的色彩描绘功能正在不断改进。行业趋势表明,过去通常只使用黑白感光芯片的应用现在也开始使用彩色相机了(例如荧光显微术)。也就是说,相机正朝着多功能的方向发展。相机配备医疗和生命科学专用的特殊色彩功能后,可以为开发商提供多个功能区(色彩处理流程),以便开发人员在相机固件中对其进行参数化。