Travis Chang

這邊要先說明幾個專有名詞
P-值(P-Value): 一個定義於視覺線性灰階空間中而與裝置無關的值, DICOM提供之查找表(LUT, look up table)中輸出值就是 P-Value，是已標準化之顯示系統的輸入值。
數位驅動位階(DDL, Digital Driving Level): 一輸入數位值，會在顯示系統產生一個相對亮度。
特性曲線(Characteristic  Curve):  描述可視亮度(Luminance)相對於 Digital Driving Level 的關係

先看整體螢幕訊號輸出的流程如下圖, 之前文章有介紹過了LUT是什麼, 影像檔經過LUT的轉換就變成了P值, P值再轉換為DDL就能對應相對的亮度了


也因此就可以畫出DDL和亮度之間的關係, 又稱為特性曲線如下圖(虛線部分)

之前有提到GSDF曲線是表示JND和亮度之間的關係(實線部分), 因此可以透過特性曲線和GSDF的比較就知道是否符合DICOM標準了
整體概念如上圖, DM(測量值)和DS(標準值)的差異.

四 常見的計算準則
介紹GSDF和如何調校的原理之後, 接下來就要實際來量測看看醫療螢幕到底有多好, 一般常用的工具包含了DICOM誤差值(DICOM deviation or error rate), JND step及Mach banding.
由這些指標可知, 相同bit的螢幕不代表性能一樣好, 相對應的分析會在之後專文討論

1. DICOM誤差值(DICOM deviation or error rate)
DICOM curve可經由數學式表達為一連續平滑的曲線, 但是8bit的螢幕只有256個DDL, 勢必和DICOM曲線會有些許誤差, 圖式如下圖上半部

因此就可以藉由上圖下半部描繪出和DICOM之間的差距, 以百分比作為基準. 由上圖可以看出, DDL越多相對切割的越細, DICOM誤差值也就會越小, 誤差值越小當然就越好囉

2. JND step
DICOM誤差值是一個判斷指標, 但是相對更直接的觀點就是人眼看起來到底沒有沒差, 人眼感覺差異就是JND的概念. 以一個亮度從0.8到550的8 bit螢幕來說, 約包含了700個JND, 但是DDL卻只有8 bit, 很顯然的每一個DDL並不能對應一個JND, 勢必會有一個DDL跨越了兩個以上JND, 因此就可以從DDL跨越的幅度畫出下圖, 稱為JND step

整體而言可以看到有些DDL之間的JND差距甚至是0, 但是最高會到4.6左右, 由其變動的幅度就可以知道螢幕是否好壞了 , 變動越小就越好,  跨越的幅度也是越小越好

3. Mach banding
更直視的觀點就是不看什麼分析, 也不看什麼數據, 直接看螢幕灰階的表現, 範例如下圖

可以看到螢幕會有一格一格的感覺, 非常不連續, 這種現象也叫做Bach banding(或是banding effect), 當然螢幕看起來越平滑就越好
這種現象其實跟人眼接收的構造有關, 系統可能第一個區塊亮度是0.001, 第二個區塊亮度是0.002, 但是因為差距太小了人眼會判定成同一種顏色而造成斷階的現象

小結
由這兩篇文章可以得知, 螢幕的深度(depth)是幾bit並不能完全表達出螢幕的好壞, 對灰階螢幕來說, 是否符合根據人眼特性所製作出來的DICOM curve是一個好的判斷方式, 其中又可以用DICOM誤差值, JND step及Mach banding來做數據及直觀的判斷囉.