医用内窥镜摄像系统技术方案

本实用新型专利技术公开的医用内窥镜摄像系统，是一种采用ARM嵌入式系统与FPGA相结合的医用内窥镜摄像系统，该系统以FPGA芯片与ARM S3C2440芯片为核心，采用CCD摄像头采集内窥镜图像，利用FPGA强大的并行处理能力及丰富的硬件资源实现图像处理，运用ARM嵌入式系统实现人机交互。本实用新型专利技术具备图像实时显示、冻结、存储、回放等功能，且摄取的图像色彩失真小，可以根据诊断需要进行处理；具有病历信息存储等功能，可使用户能够更好地诊断和治疗；电路结构简单，体积小，廉价，设计灵活，能够脱离计算机实现内窥镜摄像。

Medical endoscope camera system

【技术实现步骤摘要】
医用内窥镜摄像系统
本技术涉及医用内窥镜摄像系统，属于医疗器械领域。
技术介绍
医用内窥镜作为影像医疗设备的一种，是应用比较广泛的仪器。在医用内窥镜辅助下，用户能观察到体内器官的组织形态，识别异常组织及可能增生或恶性增生组织。医用内窥镜给医生进行诊断和微创手术带来了方便，其诊断和治疗优势在医学领域已经到达共识。医用内窥镜成像直接通过肉眼观察，存在图像小、操作不便、对用户经验要求高等缺点，因此需要摄像系统辅助成像。医用内窥镜摄像系统作为辅助成像工具，是用于内窥镜图像采集、处理的医用电子仪器，其成像质量的好坏直接影响临床诊断及治疗。内窥镜摄像系统工作原理为：光源发出类似日光的光，通过光纤传输到受检目标体内，内窥镜接收到体腔内粘膜面的反射光，由透镜对其成像，传输到摄像装置对图像进行采集，转换为电信号；然后，视频信号传输到处理中心，在处理中心实现图像的存储和处理；最后，由图像接口输出到显示器，实现实时显示受检目标的彩色图像。由此可见，内窥镜摄像系统实质是用于医疗成像的传统彩色摄像系统。摄像系统主要有模拟式和数字式两种，前者技术发展成熟，但由于是模拟视频，不利于图像的后续处理；后者设计起来相对灵活，且容易实现图像的各类处理。随着科技的发展，数字信息时代的到来，图像的信息量越来越大，数字式摄像系统已成为发展的主要趋势。数字式摄像系统根据实现的具体方式不同一般分为几种：第一种是采用PC机接收数字图像传感器输出的图像数据，运用纯软件方式实现图像的处理、存储及显示。这类系统完全在计算机平台实现，虽然软硬件资源丰富，处理效果较好，但是由于传输速度的限制，无法满足当前对摄像高分辨率，高清晰度的要求。第二种是采用纯粹的硬件方式实现图像的处理。器件主要有专用集成芯片（ASIC，ApplicationSpecificIntegratedCircuit）、数字信号处理器（DSP，DigitalSignalProcess）、和现场可编程逻辑阵列（FPGA，FieldProgrammableGateArray）。这类实现方法采用专门的硬件电路实现图像处理，处理速度快，系统结构可重新配置，并且可以独立工作，体积小。然而，由于图像的处理完全由硬件实现，所能实现的方式比较单一。第三种则是综合第一种和第二种实现方法中各自的优点，采用软硬件结合实现。典型构架是采用FPGA和DSP与计算机结合，FPGA和DSP主要用于实现相对较复杂的处理算法，如对视频编解码，视频存储、人机交互功能则主要在计算机上实现。这类系统一般通过在计算机上添加额外的视频采集卡实现，具有功能强大，支持密集算法，实用性强等优点。但是，体积较大，价格昂贵。第四种是采用嵌入式技术构建的系统。采用FPGA为核心器件，运用硬件处理速度可达软件处理速度的数十倍之多的特点，在FPGA内部对图像进行处理。并运用SOPC（片上可编程系统）技术在FPGA器件内部嵌入NiosⅡ内核，运用软件方式实现图像的简单操作。这类系统也是采用软硬件结合方式实现，不同之处在于系统所有功能均在单片FPGA芯片内实现，设计灵活，体积小，图像处理效果好，成本低。然而，这类系统技术不够成熟，在内窥镜摄像领域未见应用，需进一步研究。
技术实现思路
本技术公开的医用内窥镜摄像系统，一种采用ARM嵌入式系统与FPGA相结合的医用内窥镜摄像系统，该系统以FPGA芯片与ARMS3C2440芯片为核心，采用CCD摄像头采集内窥镜图像，利用FPGA强大的并行处理能力及丰富的硬件资源实现图像处理，运用ARM嵌入式系统实现人机交互。本技术的技术方案为：医用内窥镜摄像系统，包括FPGA、ARM嵌入式系统、CCD摄像头、视频解码芯片、视频缓存、视频编码芯片、监视器、输入设备、LCD、外部存储器等部分，CCD摄像头与视频解码芯片相连，视频解码芯片与FPGA相连，FPGA与视频缓存、视频编码芯片、ARM嵌入式系统相连，视频编码芯片与监视器相连，ARM嵌入式系统与输入设备、LCD、外部存储器相连；FPGA主要完成内窥镜图像摄像及图像处理功能，ARM嵌入式系统用于接收用户命令和FPGA处理后的图像数据，实现人机交互；CCD摄像头采集内窥镜光学图像，输出标准制式的模拟视频信号，经过视频解码芯片解码，将模拟视频转换为数字视频，FPGA识别数字视频流的有效视频图像数据，根据需要完成图像处理，ARM嵌入式系统接收输入设备的输入命令，响应命令，将命令传输到FPGA处理模块，控制图像处理，处理后的图像存入视频缓存，由FPGA内部的接口逻辑从视频缓存中读出视频数据，经ARM嵌入式系统与FPGA之间的通信线缆，输入到ARM嵌入式系统，在ARM嵌入式系统中实现图像的存储、回放等。根据本专利技术优选的，所述FPGA采用CloneⅡ系列的FPGA芯片，具体型号为EP2C35F672C6。根据本专利技术优选的，所述ARM嵌入式系统采用ARM920T结构的S3C2440微处理器。根据本专利技术优选的，所述CCD摄像头采用4cm×4cm×5cm大小的彩色CCD摄像头，具体型号为Digitalhi-rescolorCCDcameraEP-V520HC，输出720×576分辨率的标准PAL制式的复合视频信号。根据本专利技术优选的，所述视频解码芯片采用ADI公司生产的、型号为ADV7181B的视频解码芯片来实现模拟视频数字化。根据本专利技术优选的，所述视频编码芯片采用ADI公司生产ADV7123芯片来实现数字视频信号编码。根据本专利技术优选的，所述FPGA内部的图像处理逻辑主要包括帧检测、图像处理、SDRM控制器、VGA控制器、存储控制、色彩空间转换、同步逻辑控制、IIC控制器、奇偶合成等，用于实现图像显示、缓存、色彩处理、通信传输等功能。本技术的有益效果为：1、系统具备图像实时显示、冻结、存储、回放等功能，且摄取的图像色彩失真小，可以根据诊断需要进行处理；2、具有病历信息存储等功能，可使用户能够更好地诊断和治疗；3、电路结构简单，体积小，廉价，设计灵活；4、充分发挥FPGA在图像处理领域的并行处理数据能力和ARM嵌入式系统在嵌入式领域的设计灵活性，使本技术能够脱离计算机实现内窥镜摄像。附图说明图1为本技术结构示意图。图2为本技术ARM嵌入式系统的硬件组成结构图。图3为本技术嵌入式Linux系统的软件构架图。图4为本技术视频解码原理框图。图5为本技术FPGA内部数字逻辑功能实现框图。图6为本技术ARM嵌入式系统与FPGA之间的硬件连接示意图。具体实施方式图1所示为本技术医用内窥镜摄像系统的结构示意图，包括FPGA、ARM嵌入式系统、CCD摄像头、视频解码芯片、视频缓存、视频编码芯片、监视器、输入设备、LCD、外部存储器等部分，CCD摄像头与视频解码芯片相连，视频解码芯片与FPGA相连，FPGA与视频缓存、视频编码芯片、ARM嵌入式系统相连，视频编码芯片与监视器相连，ARM嵌入式系统与输入设备、LCD、外部存储器相连；FPGA主要完成内窥镜图像摄像及图像处理功能，ARM嵌入式系统用于接收用户命令和FPGA处理后的图像数据，实现人机交互；CCD摄像头采集内窥镜光学图像，输出标准制式的模拟视频信号，经过视频解码芯片解码，将模拟视频转换为数字视频，FPGA本文档来自技高网...

【技术保护点】
医用内窥镜摄像系统，其特征在于，包括FPGA、ARM嵌入式系统、CCD摄像头、视频解码芯片、视频缓存、视频编码芯片、监视器、输入设备、LCD、外部存储器等部分，CCD摄像头与视频解码芯片相连，视频解码芯片与FPGA相连，FPGA与视频缓存、视频编码芯片、ARM嵌入式系统相连，视频编码芯片与监视器相连，ARM嵌入式系统与输入设备、LCD、外部存储器相连；FPGA主要完成内窥镜图像摄像及图像处理功能，ARM嵌入式系统用于接收用户命令和FPGA处理后的图像数据，实现人机交互；CCD摄像头采集内窥镜光学图像，输出标准制式的模拟视频信号，经过视频解码芯片解码，将模拟视频转换为数字视频，FPGA识别数字视频流的有效视频图像数据，根据需要完成图像处理，ARM嵌入式系统接收输入设备的输入命令，响应命令，将命令传输到FPGA处理模块，控制图像处理，处理后的图像存入视频缓存，由 FPGA内部的接口逻辑从视频缓存中读出视频数据，经ARM嵌入式系统与FPGA之间的通信线缆，输入到ARM嵌入式系统，在ARM嵌入式系统中实现图像的存储、回放等。

【技术特征摘要】
1.医用内窥镜摄像系统，其特征在于，包括FPGA、ARM嵌入式系统、CCD摄像头、视频解码芯片、视频缓存、视频编码芯片、监视器、输入设备、LCD、外部存储器等部分，CCD摄像头与视频解码芯片相连，视频解码芯片与FPGA相连，FPGA与视频缓存、视频编码芯片、ARM嵌入式系统相连，视频编码芯片与监视器相连，ARM嵌入式系统与输入设备、LCD、外部存储器相连；FPGA主要完成内窥镜图像摄像及图像处理功能，ARM嵌入式系统用于接收用户命令和FPGA处理后的图像数据，实现人机交互；CCD摄像头采集内窥镜光学图像，输出标准制式的模拟视频信号，经过视频解码芯片解码，将模拟视频转换为数字视频，FPGA识别数字视频流的有效视频图像数据，根据需要完成图像处理，ARM嵌入式系统接收输入设备的输入命令，响应命令，将命令传输到FPGA处理模块，控制图像处理，处理后的图像存入视频缓存，由FPGA内部的接口逻辑从视频缓存中读出视频数据，经ARM嵌入式系统与FPGA之间的通信线缆，输入到ARM嵌入式系统，在ARM嵌入式系统中实现图像的存储、回放等。2.根据权利要求1所述的医用内窥镜摄像系统，其特征在于，所述FPG...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝一，
申请(专利权)人：长沙医学院，
类型：新型
国别省市：湖南,43