В режиме реального времени и в цвете: почему в медицинских технологиях так важна калибровка цветов

В нашей статье «Какую роль играет цвет в сфере обработки изображений?» мы уже разъяснили значимость точного цветовоспроизведения в мире машинного зрения. И хотя для промышленных систем машинного зрения, как правило, достаточно монохромных изображений, медицина и биологические науки опираются на очень разные типы визуальной информации, и именно поэтому цветопередача играет здесь такую важную роль.

В таких направлениях, как микроскопия, офтальмология и дерматология, цифровые изображения просто незаменимы в процессе диагностики. Цвет нередко является важным критерием, который помогает определить, является структура здоровой либо имеет патологию.

Цвет в офтальмологии

Давайте подробнее остановимся на офтальмологии. Цифровая фундус-камера используется для осмотра сетчатки. Врач размещает камеру перед глазом пациента и делает снимки. Полученное изображение с высоким разрешением затем анализируется с помощью специального программного обеспечения. На основе этих изображений врач может убедиться, что тонкие сосуды в сетчатке являются полностью целыми и неповрежденными, а если это не так, определить, необходимы ли дополнительные исследования. Подобный диагностический процесс помогает предотвратить такие заболевания, как дегенерация желтого пятна.

Надежная цветопередача, как и воспроизводимость изображений, играют здесь особенно важную роль, поскольку цвет несет информацию о состоянии тех или иных тканей. Например, ткань может обесцветиться, если не получает достаточное количество кислорода.

Камера должна быть правильно откалибрована, чтобы обеспечить достоверную цветопередачу.

Калибровка цветов на камерах

Оптимизация параметров для алгоритма вычисления цветов во встроенном программном обеспечении камеры называется калибровкой цветов. В основе калибровки лежит так называемая цветовая ошибка. В процессе калибровки обычно используется инструмент ColorChecker. ColorChecker представляет собой шкалу с 18 цветами и 6 градациями серого, расположенными в ячейках, которые находятся рядом друг с другом. При строго заданном освещении значения sRGB для каждого отдельного поля известны, что позволяет использовать ColorChecker в качестве эталонного тестера для определения корректности отображения цветов камерой.

Цветовое значение камеры измеряется на основе особого поля, содержащего значение sRGB, которое можно использовать для сравнения с актуальным известным значением цветового поля. Разница между точкой измерения и известной точкой в цветовом пространстве обозначается как ΔE и называется цветовой ошибкой. Целью процесса калибровки является установка таких параметров для отдельных функциональных блоков в алгоритме вычисления цветов камеры, чтобы цветовая ошибка ΔE была сведена к минимуму по сравнению с эталонными значениями ColorChecker.

После калибровки цветов можно внести дополнительные изменения в алгоритм вычисления отдельных цветов «против» цветовой ошибки, чтобы потенциально учитывать существующие цветовые профили. Это в частности применимо к системам, в которых потребительские камеры заменяются на промышленные.

Промышленные камеры предлагают значительные преимущества с точки зрения цветопередачи по сравнению с простыми потребительскими камерами. Причина заключается в том, что в потребительских камерах цветовой алгоритм обычно невозможно изменить, то есть в большинстве случаев цветовые параметры камеры не подлежат калибровке. В таких случаях цветовой алгоритм настроен так, чтобы получать эстетические изображения, нежели как можно точнее передавать реальность. По этой причине промышленные камеры с расширенными возможностями настройки цветов более предпочтительны, особенно для систем визуализации, используемых в медицине и диагностике.

Тенденции

Характеристики камер, связанные с цветопередачей, непрерывно совершенствуются. Тенденции указывают на то, что для систем, в которых традиционно использовались монохромные сенсоры, теперь также выбирают цветные камеры (как, например, во флуоресцентной микроскопии). Другими словами, камеры становятся все более многофункциональными. Камеры для медицины и биологических наук со специальными функциями настройки цветов предлагают разработчикам возможности установки параметров функциональных блоков (изменения цветового алгоритма) во встроенном программном обеспечении камеры.