[00125796]视觉灰度国家计量标准装置及标定机理的研究与应用

本课题来自十二五国家科技支撑计划项目《医用光学与放射影像设备计量标准及溯源体系研究》（2011BAI02B02）,是主要针对医学影像设备的输出终端特性进行校准标准和校准方法研究的子课题。但本课题的研究成果不局限于医学影像设备,因为图像视觉灰度作为测量结果数据的表达形式可以广泛用于涉及图像结果的多种行业。课题针对图像作为测量结果数据的表达形式需要进行计量的需求,对图像视觉灰度及影响其结果的物方表面光学性能进行了研究和有针对性领域的应用研究。 课题建立了医学影像灰度标准装置1套,灰度标准片1套。标准装置亮度输出最大扩展相对不确定度0.4%（k=2）,装置光源稳定性0.1%,均匀性0.7%,灰度标准影像分辨率1064×768,单像素尺寸13.68μm。“（验收结论）该影像灰度标准装置使用基于数字动态微镜（DMD）的数字化光处理技术建立。在光学密度表征灰度方面,课题在前期漫透射视觉密度国家基准建立的基础上,利用光纤半球发射器的设计将打印式输出设备的灰度校准能力提高到6.0D,能够对高分辨率的医学影像胶片的打印设备进行基于测量的校准,将国际上已有的只能对应到光学密度4.0D的灰度标准显示函数（GDSF）扩展到了6.0D。” 课题的创新点是图像灰度标准显示函数的复现和成像物点表面特性的研究。 创新性1：图像灰度标准显示函数的复现。图像作为测量结果数据的表达形式,一般是用人眼观察判定结果的,即使是计算机辅助判断,也是在机器学习的基础上完成的,而机器学习的核心就是人工样本。所以作为测量结果的图像如何被正确的显示是以上工作能够完成的基础。课题“研究建立基于影像灰度标准显示函数（GDSF）模型的灰度标准装置,首次复现了灰度标准显示函数（GDSF）,提出了可用于测量数字式、胶片式医学影像设备输出终端显示特性的校准方法,实现了显示系统与标准的灰度显示曲线相匹配” （验收结论）。所形成的校准方法正在申报国标。 创新性2：成像物点表面特性的研究。灰度图像做为成像式测量的结果,在测量系统固定的情况下,其准确性主要受到被成像的物方性能的影响,一般情况下是物方表面的反射性能。本项目针对最为普及的物方表面反射特性双向反射分布函数BRDF进行了持续研究。主要包括在双向反射分布函数BRDF测量结构设计和绝对测量方法方面获得国家发明专利两项。 课题关于图像灰度计量的技术体系成熟,具有从计量装置、传递标准器具和应用方案的全链条技术。从计量装置复现的两种灰度量值即数字化亮度和光学密度分别通过两种链条进行计量。数字化的亮度通过亮度计传递到各类数字图像显示终端,例如显示器、投影仪;打印式的光学密度通过光学密度片传递到各类图像打印输出设备。 课题进行了以下有针对性的创新应用研究【附典型应用单位】 1、受煤燃烧国家重点实验室开放基金《耦合高温表面复杂方向反射特性的炉内辐射传热与检测研究》资助研究了基于双向反射分布函数（BRDF）的辐射图像灰度标定技术。【华中科技大学煤燃烧国家重点实验室】 2、医用显微图像测量仪器通过光学密度或者灰度图像显示测量结果,常用于定量分析显微镜图像采集的组织、细胞水平的图像。项目提出了基于光学密度的图像灰度计量方法在医用显微图像测量分析仪的计量校准中得到了实际应用,对于分析细胞图像效果明显。目前该研究正在申请国家计量校准规范1项《医用显微图像测量分析仪校准规范》。【北京大学医药卫生分析中心】 3、进行机场目标反射特性对飞行员视觉图像影响的计量。项目提出使用描述目标表面光反射空间分布的函数--双向反射分布函数表征机场目标光反射的空间分布情况,以弥补用单一反射率表征复杂多样的机场目标的不足。在武汉天河国际机场、天津滨海国际机场进行了现场实验验证。【中国民航科学技术研究院】 4、研究完成基于图像灰度的航母大目标红外BRDF和航母多结构涂层散射性能的测量方案。由于航母的大目标特性,其隐身评估是需要点面结合的综合评估,课题建立物点的BRDF特性和物面的图像灰度之间的关系。参加1：1全尺寸模型现场试验。【中船重工701所】 5、水模的成像图像是磁共振成像仪质控的主要手段,水模材料的方向性特性和成像图像的灰度定标是多年来磁共振成像仪教学科研中一直难以解决的问题。课题研究了二者之间的关系,提出了基于组合水模的相控阵法评估磁共振图像灰度的计量方法。此研究方向成功申请立项十三五国家重点研发计划首批试点专项项目,本项目负责人为该项目负责人。【北京大学第三医院等】 6、生活中可以使用的和人们身体健康的简易快检仪器在互联网+的时代借助互联网平台得到了飞速的发展,例如金标仪,是预测癌症的快检仪器,应该计量受控。课题提出使用灰度计量的方法,制作不同灰度等级的质控条,按光电测量的原理标定金标仪,其数字化的结果可以适应云平台大数据的互联网＋运行模式,另一方面质控条也适合日常生活中人们的标定使用。【网易（杭州）网络有限公司等】