亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        電子內(nèi)鏡系統(tǒng)研究與實現(xiàn)

        2018-12-15 07:05:56董子琦
        電子設(shè)計工程 2018年23期
        關(guān)鍵詞:開發(fā)板攝像頭總線

        陳 誠,董子琦

        (1.重慶大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院,重慶400000;2.重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院智能工程學(xué)院,重慶400000)

        隨著電子產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,醫(yī)學(xué)技術(shù)也在不斷更新。而微創(chuàng)治療技術(shù)作為醫(yī)學(xué)技術(shù)的前沿科技更是受到社會的極大關(guān)注。集臨床醫(yī)學(xué)、光學(xué)、機電、信息科學(xué)、材料科學(xué)以及生物工程學(xué)等高科技學(xué)科于一身的內(nèi)鏡微創(chuàng)治療,以其手術(shù)傷口小,疼痛輕,手術(shù)時間短,操作簡單、安全,術(shù)后恢復(fù)快等優(yōu)勢,很受醫(yī)患雙方的喜愛,已成為消化、呼吸、泌尿、耳鼻喉科等系統(tǒng)疾病診斷和治療必不可少的醫(yī)療儀器[1]。目前受困于圖像傳感器顯示技術(shù),電子內(nèi)鏡核心技術(shù)一直掌握在國外,導(dǎo)致國內(nèi)電子內(nèi)鏡價格昂貴。雖然國內(nèi)一些企業(yè)已經(jīng)開始進行電子內(nèi)鏡的研發(fā),但是與國外的差距仍然比較大。

        文中提出一種低成本電子內(nèi)鏡系統(tǒng)研究方案,主要依靠三星mini2240的ARM開發(fā)板作為開發(fā)平臺,然后通過COMS圖像傳感器將采集到的圖像數(shù)據(jù)進行濾波、存儲,然后在通過液晶顯示屏進行顯示。本電子內(nèi)鏡系統(tǒng)的光源采用高亮LED光源。

        1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

        本論文所研究的電子內(nèi)鏡系統(tǒng)是一種便攜式電子內(nèi)鏡儀器系統(tǒng),其前端的圖像采集部分負(fù)責(zé)向我們提供被觀測部位的圖像信息,并以標(biāo)準(zhǔn)模擬視頻信號(PAL/NTSC制式)輸出中央處理設(shè)備中,然后根據(jù)系統(tǒng)的控制命令要求進行相應(yīng)的操作,進行簡單的圖像處理后,如進行靜態(tài)圖像存儲、視頻存儲,圖像放大等,再以標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(PAL/NTSC制式)輸出到顯示屏上。其主要信號流程圖如圖1所示。

        圖1 系統(tǒng)信號流程圖

        本電子內(nèi)鏡系統(tǒng)主要包括攝像頭、高亮LED燈源、顯示屏、電源、系統(tǒng)控制核心、還有其他交互接口等。在本系統(tǒng)中系統(tǒng)電源主要為LED燈源、攝像頭與系統(tǒng)控制核心等提供電源,在選擇系統(tǒng)電源時需要注意電源紋波,如果紋波大了,將對系統(tǒng)將產(chǎn)生自身干擾,對系統(tǒng)穩(wěn)定性會造成影響??紤]到電子內(nèi)鏡系統(tǒng)需要將攝像頭深入到人胃部進行探測,在圖像采集模塊主要考慮攝像是否滿足本系統(tǒng)尺寸要求與像素要求。本系統(tǒng)中攝像頭模塊采用OV9650微型攝像頭,OV9650是OmniVision公司推出的一款高性價比的CMOS圖像傳感器,其大小為1/4英寸,像素為130萬像素,具有像素高,體積小,價格低等優(yōu)點,完全滿足本系統(tǒng)對尺寸與像素的要求。系統(tǒng)控制核心采用三星mini2240的ARM開發(fā)板作為中央處理平臺,該開發(fā)板集成linux操作系統(tǒng),方便后期進行圖像數(shù)據(jù)處理。其采用S3C2440芯片作為該平臺的處理核心。其工作頻率為400 MHz,采用基于ARM架構(gòu),具有良好的數(shù)據(jù)處理能力,廣泛應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備,通信設(shè)備中,同時該ARM處理平臺集成了SDRAM與Nand Flash共同構(gòu)成系統(tǒng)存儲器,在存儲圖片數(shù)據(jù)時就不需要額外增加存儲器。該電子內(nèi)鏡系統(tǒng)首先通過高亮LED光源探照胃部等區(qū)域,然后將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸RM平臺,最后進行顯示,系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

        圖2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

        2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

        2.1 高亮LED燈源設(shè)計

        在本系統(tǒng)中,需要為攝像頭提供燈源照明,然后攝像頭開始采集圖像數(shù)據(jù)。考慮到系統(tǒng)燈源需要深入到人體胃部進行探照,本系統(tǒng)采用大功率高亮LED作為系統(tǒng)燈源,LED具有體積小,亮度高等特點。在LED燈源設(shè)計中需要對燈源亮度進行調(diào)節(jié),本系統(tǒng)采用PWM方式對燈源亮度進行調(diào)節(jié),PWM脈沖可以通過系統(tǒng)控制核心mini2240開發(fā)板產(chǎn)生,考慮到本系統(tǒng)LED功率較大,通常需要100 mA以上電流,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過系統(tǒng)控制核心所能提供的電流,本系統(tǒng)采用PWM大電流驅(qū)動芯片BTS7960對LED進行驅(qū)動。

        BTS7960芯片是一款PWM大電流驅(qū)動芯片,其內(nèi)部通過P型晶體管與N型晶體管相結(jié)合方式進行PWM信號大電流驅(qū)動。該芯片總共有8個管腳,其中第3管腳用于芯片狀態(tài)控制,當(dāng)3管腳為高電平時,PWM驅(qū)動開始工作,當(dāng)3管腳為低電平時PWM驅(qū)動停止工作。該芯片5腳和6腳主要用于PWM頻率設(shè)定與電流反饋判斷等。對于PWM信號是通過2管腳輸入的,系統(tǒng)控制核心mini2240開發(fā)板通過2腳輸入PWM信號,然后經(jīng)過一個二極管,到達(dá)芯片的輸入管腳,當(dāng)2腳為高電平時,輸出高,反之輸出低,這樣就實現(xiàn)了PWM信號傳輸。其中在PWM信號輸入中串聯(lián)一個二極管主要用于反向保護,不允許該芯片倒灌電流到系統(tǒng)控制核心中,以免損壞mini2240開發(fā)板。高亮LED驅(qū)動電路如圖3所示。

        圖3 LED驅(qū)動電路圖

        2.2 圖像傳感器SCCB協(xié)議

        OV9650實現(xiàn)圖像傳感器主要由SCCB總線、時序發(fā)生器、DSP、A/D轉(zhuǎn)換器、相關(guān)寄存器等組成。其圖像數(shù)據(jù)傳輸是通過SCCB總線數(shù)據(jù)進行傳輸。SCCB(Serial Camera Control Bus)是和I2C相類似的一個協(xié)議,支持的數(shù)據(jù)傳輸速率分別是100 kb/s和400 kb/s。它是歐姆尼圖像技術(shù)公司(OmniVision)開發(fā)的一種總線技術(shù),廣泛應(yīng)用于OV系列圖像傳感器上。標(biāo)準(zhǔn)的SCCB協(xié)議是一種3線的總線,由SCCB_E、SIO_C、SIO_D組成,分別為SCCB總線的使能線、時鐘線和數(shù)據(jù)線,可以實現(xiàn)對多個從器件進行控制。但有時為了減少芯片的引腳,將其縮減為2根總線,即SIO_C和SIO_D,時鐘線和數(shù)據(jù)線。2線的SCCB總線只能是一個主器件對一個從器件控制,且需要主器件至少具備一個以下條件:

        1)主器件可以使SIO_D處于除了高、低電平之外的第三態(tài)—高阻態(tài)。

        2)主器件能夠驅(qū)動SIO_D,而且驅(qū)動電壓可以比正常識別電壓更高或更低。

        SCCB控制總線功能的實現(xiàn)主要是依靠SIO_C、SIO_D兩條總線上電平的狀態(tài)以及兩者之間的相互配合實現(xiàn)的。SCCB總線傳輸?shù)膯雍屯V箺l件如圖4所示,SIO_E由高到低的變化變表明3線SCCB總線的數(shù)據(jù)傳輸開始,不過為了避免在數(shù)據(jù)傳輸開始之前出現(xiàn)不確定的總線狀態(tài),在SIO_E有效前和失效之后,主器件都必須驅(qū)動SIO_D為1。

        圖4 三線數(shù)據(jù)傳輸時序圖

        2.3 OV9650攝像頭模塊

        在本系統(tǒng)中,圖像采集模塊主要用OV9650 CMOS攝像頭。OV9650攝像頭主要是由一塊封裝有SXGA攝像傳感器和圖像處理器構(gòu)成。OV9650利用先進的傳感器技術(shù),降低甚至消除普通的光照設(shè)備或者電子干擾造成的圖像污染。例如混合模式噪聲,拖尾效應(yīng)等??梢缘玫揭粋€清晰,十分穩(wěn)定的彩色圖像,極大的提高了圖像質(zhì)量。OV9650可以提供全幀,或者8/10位窗口輸出幀??梢酝ㄟ^設(shè)置OV9650相關(guān)寄存器以控制圖像顯示時的幀速率,輸出格式,數(shù)據(jù)傳輸,曝光控制,伽馬控制白平衡等。OV9650可以輸出SXGA,VGA,QVGAF等格式。

        OV6950圖像傳感器的讀寫主要是通過SCCB總線進行讀寫的。其接口支持多字節(jié)讀/寫。主設(shè)備必須保證內(nèi)部地址在寫周期中而不是在讀周期中。OV6950讀內(nèi)部地址是在寫周期之前。在多字節(jié)讀/寫周期中,內(nèi)部寄存器地址可以在第一個數(shù)據(jù)字節(jié)之后自動增加,以便于連續(xù)的放置在一個總線周期上。在一個多字節(jié)周期內(nèi)重寫它的原始內(nèi)部寄存器地址;如果一個讀周期緊跟著一個多字節(jié)周期的話,在一個單字節(jié)寫周期內(nèi)可以將一個新的地址插入其中。OV6950還支持一個單設(shè)備ID號,在寫周期的時候這個ID被預(yù)先設(shè)置為0x6C,而在讀的時候被預(yù)先設(shè)置為0x6D。在SCCB中的寫周期中,第二個字節(jié)是為選擇單個芯片上寄存器的內(nèi)部寄存器地址。第三個字節(jié)是這個寄存器要寫入的數(shù)據(jù)。但是寫入沒有生效的內(nèi)部地址將會被忽略的。在讀周期中,第二個字節(jié)是預(yù)先存儲的內(nèi)部地址的數(shù)據(jù),在無效的內(nèi)部地址讀時,會返回不確知的信息。OV9650攝像頭主要電路圖如圖5所示。

        由圖5可知,OV9650攝像頭外圍電路主要有外部晶振與電源,其中外部晶振一般為12MHz用于給攝像頭提供時鐘信號。時鐘信號通過Video Timing Generator(時序發(fā)生器)后實現(xiàn)幀信號的產(chǎn)生、幀的相關(guān)速率控制等,該時序發(fā)生器能產(chǎn)生七中不同的幀。電源模塊主要給攝像頭提供電源,在開始進行圖像采集后,圖像數(shù)據(jù)就通過OV_D0-OV_D8這8位數(shù)據(jù)端口傳輸?shù)街醒胩幚砥髦小?/p>

        3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

        本系統(tǒng)是以是以mini2240開發(fā)板作為處理器,該開發(fā)板是以linux操作系統(tǒng)為軟件平臺,在此基礎(chǔ)上進行l(wèi)inux內(nèi)核的裁剪,相關(guān)模塊底層驅(qū)動設(shè)計,圖像采集模塊軟件設(shè)計,led燈源設(shè)計等。

        3.1 圖像采集模塊設(shè)計

        圖像采集主要完成OV9650攝像頭的圖像采集,將內(nèi)核采集到的圖像信息發(fā)送給應(yīng)用層,應(yīng)用層在將接受到的數(shù)據(jù)進行圖像壓縮及格式轉(zhuǎn)換,將yuyv格式圖像信息壓縮轉(zhuǎn)換為jpeg格式,在編寫圖像采集程序時需要編寫底層驅(qū)動程序。驅(qū)動程序主要是圍繞file_operations結(jié)構(gòu)體展開的,實現(xiàn)里面的各個函數(shù),主要有 camera_open()、camera_read()和camera_ioctl()等。編寫好驅(qū)動程序后需要編寫應(yīng)用層圖像采集程序。

        圖5 OV9650電路圖

        在應(yīng)用層圖像采集程序中主要函數(shù)接口如下,打開圖像設(shè)備open("/dev/video0",O_RDWR|O_NONBLOCK),查詢圖像設(shè)備的功能函數(shù)ioctl(camerafd,VIDIOC_QUERYCAP,&cap),設(shè)置圖像捕獲格式函數(shù)ioctl(fd,VIDIOC_S_FMT,&fmt),當(dāng)設(shè)置好圖像格式后需要向內(nèi)存申請幀緩沖函數(shù)ioctl(fd,VIDIOC_REQBUFS,&req),申請到幀緩沖后需要將采集到的數(shù)據(jù)從內(nèi)核復(fù)制到應(yīng)用層,但是這樣對系統(tǒng)的開銷比較大,使用mmap()函數(shù),直接將內(nèi)核地址映射到用戶空可以減小系統(tǒng)開銷。

        3.2 LED智能燈源設(shè)計

        在本系統(tǒng)中,我們采用可控的高亮LED作為本系統(tǒng)的燈源,該燈源采用PWM進行通信。利用CMOS圖像傳感器獲取的圖像,將其顯示在開發(fā)板自帶的液晶顯示器上。當(dāng)液晶屏上的圖像中有一塊80*80個點圖像區(qū)域的平均亮度數(shù)值小于暗閾值value_back(默認(rèn)為10)時,則說明圖像過暗。將需要增加的LED光源的數(shù)值增加,然后通過增加PWM占空比從而增加光源亮度。當(dāng)有一塊40*40個點圖像區(qū)域的平均亮度數(shù)值大于亮閾值value_bright(默認(rèn)為250)時,則說明圖像過亮。將需要減少的LED光源的數(shù)值,然后通過減小PWM占空比從而減小光源亮度。從而實現(xiàn)光源的智能控制。

        4 系統(tǒng)測試

        本次實驗用3節(jié)7號干電池串聯(lián)作為CMOS攝像頭的電源,電壓在3.8 V附近,采用計算機顯示器來顯示CMOS攝像頭所采集的圖像,顯示器色溫參數(shù)調(diào)整為6 500 K。在測試程序中圖片采集格式為YUV422,采集速度為15幀每秒,圖片分辨率為320*240,采集截圖如圖6所示。與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比該系統(tǒng)在視頻采集過程中穩(wěn)定,沒有出現(xiàn)抖動現(xiàn)象,畫面流暢,圖像色彩較好。

        圖6 測試結(jié)果圖

        5 結(jié)束語

        文中設(shè)計了一種內(nèi)鏡系統(tǒng)的研發(fā),對系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu),工作原理進行了分析,詳細(xì)介紹了攝像頭的原理,硬件原理圖,以及在linux下的驅(qū)動設(shè)計。最后通過實驗證明該系統(tǒng)穩(wěn)定,圖像數(shù)據(jù)清楚,可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備中。

        猜你喜歡
        開發(fā)板攝像頭總線
        浙江首試公路非現(xiàn)場執(zhí)法新型攝像頭
        攝像頭連接器可提供360°視角圖像
        基于PCI Express總線的xHC與FPGA的直接通信
        機載飛控1553B總線轉(zhuǎn)以太網(wǎng)總線設(shè)計
        Microchip最新推出兩款PIC32 Curiosity開發(fā)板
        淺析單片機開發(fā)板的設(shè)計與制作
        電子制作(2017年22期)2017-02-02 07:10:14
        奔馳360°攝像頭系統(tǒng)介紹
        多通道ARINC429總線檢查儀
        Mouser為您呈上開發(fā)關(guān)鍵之STMicroelectronics Nucleo開發(fā)板
        Arduino和Atmel發(fā)布Arduino Zero開發(fā)板
        无码人妻丰满熟妇区五十路百度| 北岛玲亚洲一区二区三区| 免费人成黄页网站在线一区二区 | 日韩精品 在线 国产 丝袜| 无码中文字幕免费一区二区三区| 亚洲精品永久在线观看| 香蕉视频一级| 香蕉国产人午夜视频在线观看| 99re国产电影精品| 水蜜桃视频在线观看免费18| 国产我不卡在线观看免费| 精品国产一区二区三区av麻| 极品粉嫩嫩模大尺度无码视频 | 在线无码精品秘 在线观看| 日韩在线精品免费观看| 亚洲精品国产精品乱码视色| 国产精品186在线观看在线播放| 亚洲av无码乱码国产精品| 少妇无码av无码专区线| 亚洲自偷自偷偷色无码中文| 欧美在线日韩| 欧美综合自拍亚洲综合百度 | 国产又大大紧一区二区三区| 最近免费中文字幕中文高清6| 国产精品无码久久久久| 抽插丰满内射高潮视频| 大陆啪啪福利视频| 国产理论亚洲天堂av| 国产精品一区二区av不卡| 五月天激情电影| 日韩一卡2卡3卡4卡新区亚洲| 精品国产黑色丝袜高跟鞋| 99久久国内精品成人免费| 亚洲一区二区不卡日韩| 国产亚洲综合另类色专区| 色大全全免费网站久久| 风韵多水的老熟妇| 日本高清www午色夜高清视频| 国产精品亚洲五月天高清| 激情人妻网址| 日韩中文字幕在线观看一区|