显示机械设备的校准与特性化讲座

第四章

显示设备的校准与特性化

CRT（阴极射线管）和LCD（液晶体）两种显示器的呈色原理不同，校准时的可调参数不同，特性化时的的基本方法相同。4.1显示器的呈色原理一

CRT显示器

1.原理：三支电子枪分别射出R、G、B三原色电子流。电子枪通电后灯丝发热，阴极被激发射出电子流。电子流被加速极加速后，并被聚焦极聚焦成很细的三条电子束，再受高压强大电场进一步加速，高速轰击荧光粉，将电能转换成光能。

用RGB三种荧光粉所发出的色光作为三原色，所以属于RGB设备。2.CRT显示器的技术要求

1）.三阴级能发射受三基色信号控制的三束电子束。

2）.荧光粉必须为RGB三色，且分布在一个像素之内。

3）.三色信号控制的电子束通过选色极后能正确到达相应的RGB荧光粉上。

4）.荧光粉发光效率高，色彩纯度高、饱和度高、能产生中性灰，且混合的色彩更多。二

LCD显示器

液晶，是介于固态和液态之间的物质，即液态的晶体，也就是说一种物质同时具备了液体的流动性和类似晶体的某种排列特性。加热时呈现透明的液体状态，冷却时会出现结晶颗粒的浑浊状态。

在电场的作用下，液晶分子的排列会产生变化。从而影响到它的光学性质，这种现象叫做电光效应。原理

当通电时，排列变的有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。

从技术上简单地说，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材，称为Substrates，中间夹著一层液晶。当光束通过这层液晶时，液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状，因而阻隔或使光束顺利通过。彩色LCD工作原理

通常，在彩色LCD面板中，每一个像素都是由三个液晶单元格构成，其中每一个单元格前面都分别有红色，绿色，或蓝色的过滤器。这样，通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。LCD特点机身薄，节省空间与比较笨重的CRT显示器相比，液晶显示器只要前者三分之一的空间。省电，不产生高温它属于低耗电产品，可以做到完全不发热(主要耗电和发热部分存在于背光灯管)，而CRT显示器，因显像技术不可避免产生高温。低辐射，益健康液晶显示器的辐射远低于CRT显示器（仅仅是低，并不是完全没有辐射，电子产品多多少少都有辐射），这对于整天在电脑前工作的人来说是一个福音。画面柔和不伤眼不同于CRT技术，液晶显示器画面不会闪烁，可以减少显示器对眼睛的伤害，眼睛不容易疲劳。

LCD克服了CRT体积庞大、耗电和闪烁的缺点，但也同时带来了造价过高、视角不广以及彩色显示不理想等问题。LCD硬件参数

1.可视角度：左右对称，上下不一定对称。可视角度越大越好。2.亮度：200cd/m2

3.响应时间：显示器各像素点对输入信号反应的速度，越小越好。三、影响显示器成色的因素

1.白点：由RGB三个通道都以最大数值驱动时得到的色度值。（用色温、标准照明体、和色度值来描述）2.亮度：显示器输出信号所表达的明亮程度（可以调节）。3.对比度：输出最大和最小亮度之间的区别

4.Gamma值：描述显示信号和控制电压之间的对应关系。4.2显示器的校准

特性化之前，使显示器处于稳定的工作状态。

调整显示器的白场的亮度、白场的颜色、阶调曲线以及黑场的亮度。1.校准软件和仪器校准可借助特性化软件来完成。大多数特性化软件都将显示器的校准和特性化文件的生成功能结合在一起。校准时，一定要注意测量仪可以适用的显示器类型，尤其是在校准LCD显示器时，要用专门测量液晶显示器的测量仪器。1）校准前准备清洁；环境光；预热（如有节能设置或软件要关闭）；关闭屏保；确定显示器的参数设置。2）校准目标值所有的显示器校准软件都会询问两个目标值：白场和Gamma值。白场通常表示为D65。专业显示器

一般通过调整电子枪的发射强度或液晶盒的亮度来调整显示器的白平衡。gamma值反映显示信号与控制电压的对应关系。会影响图像亮调与暗调的显示效果，影响显示器对各梯级对比度和层次的显示。一般要模拟介质的中间调特性，一般为1.8或2.2

2.校准过程：校准软件支持的种类越多，校准工作会更方便。主要包括：

连接测量仪：将Eye-one

Display联接到计算机的USB接口。校准测量仪设置校准目标值执行校准

在使用之前，需要对Eye-one

Display屏幕测色器进行初始化校准。将Eye-one

Display放在纯黑的平面上（或者使用随附的黑色盖子盖住Eye-oneDisplay的感光区），注意不要漏光，然后点击屏幕上的Calibrate按钮，软件将自动进行校准。校准成功后，屏幕会出现“Eye-one

calibration

wassuccessful（Eye-one校准成功）”的显示，并且向右的箭头被激活，允许进入下一步。仪器的校准非常重要，它相当于测量高度时基点的选择，基点不准确，测量的精度就无从谈起。校准时要确保仪器的感光区没有光线进入。设置目标值一般选择中色温6500比较合适。对于Windows系统，标准伽玛值为2.2；对于Mac系统，标准伽玛值为1.8。首先，设定白点，白点有很多色温选项，如图：一般来说，会选择5000K或6500K，我国规定印刷标准使用光源是6500K，但国际使用标准是5000K，现在很多

印厂都使用的是5000K，这里选择多

少K，要根据实际印刷看稿光源来决定。印刷和摄影推荐5000K或6500K，网页推荐6500K。如果要达到彻底模

拟某一印刷品效果，也可以选择设

定纸白，输入测量好的纸张白点XYZ值（不推荐常规校正这样做，因为

纸白会因纸张品种品牌和生产日期

不同有很大的差别）。

之后是设定

GAMMA值，印

刷推荐1.8，网页设计等推荐

2.2。亮度推荐100％。检测环境光把Eye-one放在屏幕上Eye-one

Display的测光区周围布满了小小的吸盘，可以牢牢吸附在屏幕表面，放置时一定要吸牢，避免外接光线射入感光区。对于不太容易吸牢的液晶显示器，可以利用Eye-one连线上的配重块，将它吊在屏幕表面。校准白场亮度在调节亮度时一定要一点一点地调，最好每秒调整1％，如果调整太快，显示器灯丝的温度变化跟不上数值的变化，是无法真正校准的。

首先将显示器对比度调整到最大，然后点击开始直到上下箭头对到一起，校准白场色温点停止并进入下一步，将显示器亮度调到最

小，然后逐步增加亮度，直到上下箭头对到一起，校准黑场亮度

Eye-one校准黑场时，提示用户将显示器OSD面板里的亮度控制调节为零，经过仪器测量后反馈给软件，软件再指导用户不断调节亮度控制。在达到目标值之前，亮度指示中的黑色指示条不断跳动，达到目标值后，会稳定在中间的绿色区域。

显示器的物理校准完成后，需要根据显示器的特性来生成其ICC色彩檔ICC档生成后，会提示校准成功。1.显示标准色块

校准和特性化显示器的软件在校准完显示器后会显示出一些色块，这些色块具有已知的RGB数值，即色块参考数据。这些色块包含构建RGB色域所需的特征色，黑、白、各亮度等级的三原色、二次色等。4.3

显示器的特性化

自动测量完成后，

会提示你

是不是保

存测量数

据，如图：2.创建显示器特性文件

根据标准色块参考数据中的RGB数值和经显示后测量得到的CIEXYZ值，建立两者之间的转换方式。

保存好测量数据后，软件跳入ProfileMaker界面，并加载刚刚做的测量数据，如图：

profile大小选择生成比较大的ICC文件，这样准确性更高一些，纸白选择标准白点（即你刚设置的白点），然后点击开始计算，要求保存ICC文件，计算保存完毕后，会提示你是不是将生成的icc文件作为显示器系统的配置文件，如图：

选择是，就自动将此icc加载为你的显示器色彩管理文件，可从显示器设置－高级－色彩管理查看到！4.4显示器特性化软件的应用

特性化文件建立后保持在系统默认目录下，这样才可以在操作系统中应用特性文件第3讲医学超声成像技南方医科术大学汇报人姓名主要内容超声成像基本原理——超声回波法医学超声设备的分类超声诊断仪的主要参数7/27/2023医学超声仪器原理讲义43Part

.01超声成像基本原理——超声回波法超声回波法把几兆赫至几十兆赫的高频声脉冲发射到生物体内，再接收反射波（回波），这种方法称为超声脉冲回波法。脉冲宽度：几微秒脉冲间隔：几百微秒（接收放大器处理回波的时间）脉冲回波法最早较早是应用于雷达和声纳。回波时间t、探测距离L的关系，c为声速7/27/2023医学超声仪器原理讲义457/27/2023医学超声仪器原理讲义467/27/2023医学超声仪器原理讲义47超声回医学波超声仪器法原理讲示义

意图7/27/202348仪器基本框图发射通道：时钟电路（同步脉冲发生器）、发射器（高频脉冲发生器）、换能器（探头）接收通道：接收换能器、射频放大器（RFA）、7/2检7/2023

波及抑制电路、视频医学超声放仪器原大理讲义器（UFA）49Part

.022医学超声设备的分类A型超声A型超声诊断仪因其回声显示采用幅度调制

(Amplitude

Modulation)而得名。A型显示是超声诊断仪最基本的一种显示方式，即在阴极射线管(CRT)荧光屏上，以横坐标代表被探测物体的深度，纵坐标代表回波脉冲的幅度，故由探头(换能器)定点发射获得回波所在的位置可测得人体脏器的厚度、病灶在人体组织中的深度以及病灶的大小。根据回波的其他一些特征，如波幅和波密度等，7/2还7/2023

可在一定程度上对病医学超声灶仪器原进理讲义行定性分析。517/27/2023医学超声仪器原理讲义52由于A型显示的回波图，只能反映局部组织的回波信息，不能获得在临床诊断上需要

的解剖图形，且诊断的准确性与操作医师

的识图经验关系很大，因此其应用价值已

渐见低落，即使在国内，A型超声诊断仪也很少生产和使用了。7/27/2023医学超声仪器原理讲义537/27/2023医学超声仪器原理讲义557/27/2023医学超声仪器原理讲义56M型超声诊断仪发射和接收工作原理与A型有些相似，不同的是其显示方式。对于运动脏器，由于各界面反射回波的位置及信号大小是随时间而变化的，如果仍用幅度调制的A型显示方式进行显示，所显示波形会随时间而改变，得不到稳定的波形图。因此，M型超声诊断仪采用辉度调制的方法，使深度方向所有界面反射回波用亮点形式在显示器垂直扫描线上显示出来，随着脏器的运动，垂直扫描线上的各点将发生位置上的变动，定时地采样这些回波并使之按时间先后逐行在屏上显示出来。图中可以看出，由于脏器的运动变化，活动曲线的间隔亦随之发生变化，如果脏器中某一界面是577/2静7/2023

止的，活动曲线将变医学超声为仪器原水理讲义平直线。7/27/2023医学超声仪器原理讲义58M型超声诊断仪对人体中的运动脏器，如心脏、胎儿胎心、动脉血管等功能的检查具有优势，并可进行多种心功能参数的测量，如心脏瓣膜的运动速度、加速度等。但M型显示仍不能获得解剖图像，它不适用于对静态脏器的诊查。7/27/2023医学超声仪器原理讲义59B型超声7/27/2023医学超声仪器原理讲义60为了获得人体组织和脏器解剖影像，继A型超声诊断仪应用于临床之后，B型、P型、BP型、C型和F型超声成像仪又先后问世，由于它们的一个共同特点是实现了对人体组织和脏器的断层显示，通常将这类仪器称为超声断层扫描诊断仪。虽然B型超声成像诊断仪因其成像方式采用辉度调制(Brightness

Modulation)而得名，其影像所显

示的却是人体组织或脏器的二维超声断层图(或称

剖面图)，对于运动脏器，还可实现实时动态显示。7/27/2023医学超声仪器原理讲义617/27/2023医学超声仪器原理讲义62C型超声C型扫查，又称C型显示，“特定深度扫查”

(constant

depth

mode)。与B型扫查一样都是辉度调制的二维切面象显示方式，所不同的是B型扫查所获得的是超声波束扫查平面本身的切面象，即纵向切面象。可惜由于C型扫查的灵敏度较低，显象速度不易提高，使C型扫查技术的发展受到7/2限7/2023

制。医学超声仪器原理讲义

637/27/2023医学超声仪器原理讲义647/27/2023医学超声仪器原理讲义65D型超声D型超声成像诊断仪也即超声多普勒诊断仪，它是利用声学多普勒原理，对运动中的脏器和血液所反射回波的多普勒频移信号进行检测并处理，转换成声音、波形、色彩和辉度等信号，从而显示出人体内部器官的运动状态。超声多普勒诊断仪主要分为3种类型：即连续式超声多普勒(continuous

wave

doppler)成像诊断仪脉冲式超声多普勒(pulsed

wave

doppler)成像诊断仪实时二维彩色超声多普勒血流成像(color

doppler667/27/2023

flow

image)诊断仪。医学超声仪器原理讲义F型超声67F型扫查，又称F型显示。它与C型扫进原理上是相似的。区别仅在于：在扫查一幅图像的过程中，

C型扫查平面距探头的深度是不变的，而F型扫查面距探头的深度是一变量，不是一个常量。根据成像需要可作相应变动，从而可获得7/2斜7/2023

面、曲面的F型医图学超声仪像器原理讲义7/27/2023医学超声仪器原理讲义68P型超声7/27/2023医学超声仪器原理讲义69又称P型显示，它可视为一种持殊的B型显示，超声换能器置于圆周的中心，径向旋转扫查线与显示器上的径向扫描线作同步的旋转。主要适用于对肛门、直肠内肿瘤、食道癌及子宫颈癌的检查，亦可用于对尿道、膀胱的检查。P型超声诊断仪所使用的探头称为径向扫描探头，如尿道探头，直肠探头都属于径向扫描探头。扫

描时探头置于体腔内，如食道、胃或直肠等。7/27/2023医学超声仪器原理讲义707/27/2023医学超声仪器原理讲义71Part

.013超声诊断仪的主要参数主要参数7/27/2023医学超声仪器原理讲义73表征超声诊断仪性能的参数，从大的方面可分为三类，这就是：声系统参数

图像特性参数电气特性参数在众多的参数中，我们只讨论其中几个主要参数。声系统参数：声输出的强度、总功率等；

超声场的时频特性，如波型、持续时间、脉冲重复频率、脉冲形状、频率、脉冲带宽等；

声场分布特性，如换能器类型、波束形状、聚焦特性、景深等。7/27/2023医学超声仪器原理讲义74图像特性参数：分辨力；位置记录精度；深度测量精度；帧频；存贮器的容量；图像处理能力。7/27/2023医学超声仪器原理讲义75电气特性参数：灵敏度；增益及TGC指标；压缩特性及动态范围；显示器的动态范围；系统的带宽等。7/27/2023医学超声仪器原理讲义76Part

.02几个主要参数动态范围显示信号的最大水平与最小水平的比称为动态范围(Dynamic

Range,DR)，DR描述了信号幅度变化的大小，一般用分贝[dB]值表示。式中：Umax—信号最大值，Umin

—信号最小7/27/2值02378医学超声仪器原理讲义生物组织的声界面特性，组织吸收（超声衰减）特性及探测深度决定了信号的动态范围7/27/2023医学超声仪器原理讲义79因此动态范围DR通常由两个部分组成：声界面特性（声阻抗差）所确定的信号幅度变化（SDR）超声在组织传播过程中衰减所引起的信号幅度变化，超声传播衰减取决于组织特性（超声衰减系数

）与传播距离（L）由此超声回波总动态范围可写为：DR

=

2 L

+

SDR对动态范围的影响因素7/27/2023医学超声仪器原理讲义80超声在生物组织中传播所产生的全部回波；

超声发射功率、接受放大器的等效输入噪声；终端显示装置的动态范围；动态压缩方法时间增益控制——补偿传输衰减幅度增益控制——使有用信号相对压缩线形范围线性范围，一般指的是仪器中放大器线性范围，它给出放大器输入信号和输出信号之间成线性关系的区域。即Uo

=

KUi线性关系也用分贝值来表示式中：Umax—信号最大值，Umin

—信号最小值，可7/27/20见23线性放大器的线性医学范超声仪围器原理讲即义

是动态范围817/27/2023医学超声仪器原理讲义82当输出信号的最大幅度保持不变时，输入信号的线性范围将随着K值的减小而增大。7/27/2023医学超声仪器原理讲义83分辨率7/27/2023医学超声仪器原理讲义84分辨力指成像系统能分辨空间尺寸的能力，即能把两点区分开来的最短距离。超声显像仪的分辨力是衡量其质量好坏的最重要的指标，分辨力越高，越能显示出脏器的细小结构。7/27/2023医学超声仪器原理讲义85超声成像的分辨力有横向分辨力和纵向分辨力之分。前者是指垂直于超声脉冲束方向上的分辨力，后者是沿波束轴方向上的分辨力。这两种分辨力的大小差别很大，纵向分辨力总是优于横向分辨力。而且，垂直于波束轴的两个维上的横向分辨力也往往不同。影响横向分辨力和纵向分辨力的因素各不相同，7/27/2023医学超声仪器原理讲义86横向分辨力又称侧向分辨力，它表示区分处于声束轴垂直的平面上的两个物体的能力。超声波束直径尺寸直接影响横向分辨力，波束直径越细，能分辨的尺度越小，横向分辨力越高。7/27/2023医学超声仪器原理讲义87影响横向分辨率的因素显示荧光点尺寸的影响波束直径尺寸的影响

动态范围的影响7/27/2023医学超声仪器原理讲义887/27/2023医学超声仪器原理讲义897/27/2023医学超声仪器原理讲义90仪器的图像质量主要取决于横向分辨力。横向分辨力好，图像细腻，小结构就能显示清楚。横向分辨力主要由换能器的尺寸、形状、发射频率、聚焦等因素决定。当显示屏光点尺寸较大时，也会影响横向分辨力。此外，随着深度的增加，脉冲频谱中的各种频率成分的衰减情况也不同，这个因素也潜在地影响着横向分辨力。现代化的显像仪横向分辨力可优于2mm。7/27/2023医学超声仪器原理讲义91纵向分辨力又称轴向分辨力或距离分辨力，表示在声束轴线方向上对相邻两回声点的分辨力。纵向分辨力与发射超声频率有关，因为声波的纵向分辨力理论极限为声波的半波长。频率越高，波长越短。纵向分辨力与超声脉冲的持续时间有关，脉冲持续时间越短，即脉冲越窄，纵向分辨力越高。超声脉冲持续时间与发射电脉冲宽度及换能器阻7/2尼7/2023

有关。医学超声仪器原理讲义

92影响纵向分辨率的因素脉冲宽度的影响增益大小的影响7/27/2023医学超声仪器原理讲义937/27/2023医学超声仪器原理讲义947/27/2023医学超声仪器原理讲义95色散吸收对横向、纵向分辨率的影响7/27/2023医学超声仪器原理讲义96吸收与频率的关系——频率越高，吸收越强；频谱中心向低频偏移；波束变宽；前沿变坏；理想的情况下，工作频率越高，分辨率越高；生物组织的平均衰减系数接近1dB/cm·MHz；频率3MHz—深度20

cm—衰减60dB，94%频率10MHz—深度20

cm—衰减200dB，99.5%在大多数情况下，最佳工作频率就是超声波穿透深度不超过200个波长时就能达到被探测脏器的

那个频率；例如：频率为3MHz时，波长是0.51mm它能够像。7/2形7/2023

成102mm深处组织的医学良超声仪好器原理讲图义97带宽7/27/202398医学超声仪器原理讲义工作频率超声诊断仪的工作频率，根据两个方面因素作最佳的选择。首先，从分辨力的角度说，增高频率，可以改善分辨力。频率越高，波长越短，则波束的指向性越好（近场距离大，而发散角小），横向和纵向分辨力都能提高。其次，从穿透深度的角度来看，工作频率越高，则衰减成正比地增加，必然使探测深度减小。若7/2要7/2023

求较大的穿透深度，医学超声就仪器原得理讲义取较低的工作频率。99因此，在设计中不得不在工作深度与频率之间取合理的折衷。比如眼科应用中，所要求深度小，可以用高频率以提高分辨力，一般用10MHz。而

要穿透较大深度（如腹腔）时，则只能取较低工作频率。通用B型超声诊断仪的工作频率一般在

3.5MHz，有些诊断仪配有多种不同频率的的需要。7/2探7/2023

头以满足不同检医查学超声仪深器原理讲度义100常用超声诊断仪的超声频率；动态范围分辨率(波长mm)频率(MHz)10dB1.520dB2.530dB3.010.253.754.52.50.91.51.850.450.750.910学0.2750.3750.45作用距离（穿透深度）指仪器发射的超声波束可以穿透并能显示出回声图像的被测介质深度。超声医学成像系统的作用距离，通常要满足处于相当深度上的各种器官的成像需要，如腹部成像就需要有20cm的工作距离，而用于眼球的深度为

10cm。影响作用距离的主要因素是脉冲信号在传播途中的衰减，这是由于组织的吸收、反射、折射、散射等原因引起的。7/27/2023

医学超声仪器原理讲义

102要提高仪器的探测深度，有三个方面的途径。

降低工作频率。但降低工作频率，则分辨力也随之降低，这是一个限制。

提高接收机的灵敏度和扩大动态范围，使能接收较远距离的微弱的反射信号，但这要受到换能器噪声的限制，信噪比极限对诊断超声的最大穿透深度上的限制为300个波长左右。

加大发射功率，使远距离的微小声阻抗差也能产生较强反射，从而使更远距离的病灶也能被探测到，但要考虑安全剂量的限制。7/27/2023

考虑到各方面的指医标学超声，仪器原理应讲义合理选取作用距离。103脉冲重复频率7/27/2023医学超声仪器原理讲义104指脉冲工作方式超声仪器每秒钟重复发射超声脉冲的次数，即探头激励脉冲的频率。重复频率主要取决于所需探测的最大深度以及扫描的回扫时间。设最大深度L=20cm，超声速度c=1540/s，则探测最大深度所需时间为2L/c，最大重复频率为：7/27/2023医学超声仪器原理讲义105重复频率过高，会造成多重界面的重复反射而互相干扰，使回波图形混乱和模糊。通常选用频率在50~2000Hz之间。M型超声多采用1000次/s，脉冲持续时间1.5微秒。断层显像仪为了提高帧频，选用3000Hz7/27/2023医学超声仪器原理讲义106帧频7/27/2023医学超声仪器原理讲义107成像系统