基于ARM與FPGA的醫(yī)用內(nèi)窺攝像系統(tǒng)設(shè)計(jì)的中期報(bào)告

基于ARM與FPGA的醫(yī)用內(nèi)窺攝像系統(tǒng)設(shè)計(jì)的中期報(bào)告一、背景內(nèi)窺鏡在醫(yī)學(xué)中被廣泛應(yīng)用，其具有無(wú)創(chuàng)、準(zhǔn)確、可視化等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代醫(yī)療中不可或缺的工具。市場(chǎng)上常見(jiàn)的內(nèi)窺鏡設(shè)備，如胃腸鏡、膽道鏡、膀胱鏡等，雖然功能不同，但其高清圖像傳輸是內(nèi)窺鏡設(shè)備的重要共性，而內(nèi)窺鏡的圖像傳輸主要依靠的是內(nèi)窺鏡攝像頭。傳統(tǒng)的內(nèi)窺攝像設(shè)備多采用CCD或CMOS傳感器，傳感器質(zhì)量會(huì)直接影響到影像的成像質(zhì)量和診斷準(zhǔn)確率。隨著科技的不斷進(jìn)步，基于ARM和FPGA的內(nèi)窺攝像系統(tǒng)逐漸走入人們的視野。ARM作為目前市面上廣泛使用的芯片架構(gòu)之一，其低功耗、高性能以及高度靈活的特點(diǎn)，適應(yīng)了內(nèi)窺攝像設(shè)備小型化、輕量化、便攜化的趨勢(shì)。而FPGA則可根據(jù)需求靈活設(shè)計(jì)各種不同功能模塊，例如圖像處理、信號(hào)轉(zhuǎn)換、硬件加速等，可以在不增加額外功耗的情況下提高系統(tǒng)性能和可靠性，進(jìn)而提高內(nèi)窺鏡影像的質(zhì)量。二、設(shè)計(jì)方案采取基于ARM和FPGA兩種芯片的內(nèi)窺攝像系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，其中ARM芯片主要用于控制和調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，F(xiàn)PGA芯片則負(fù)責(zé)影像采集、處理和傳輸。（一）硬件設(shè)計(jì)該方案中，硬件主要由影像傳感器、圖像處理模塊和影像傳輸模塊構(gòu)成。1.影像傳感器本設(shè)計(jì)采用OV5640影像傳感器，其具備高分辨率（500W像素）、暗光環(huán)境成像能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足內(nèi)窺鏡圖像傳輸?shù)男枨蟆?.圖像處理模塊本設(shè)計(jì)采用FPGA芯片ZYNQ7030作為圖像處理器，其內(nèi)置ARM處理器和FPGA邏輯部分，可以靈活地配置實(shí)現(xiàn)影像采集、降噪、顏色校正、圖像增強(qiáng)等功能，以提高圖像質(zhì)量。3.影像傳輸模塊本設(shè)計(jì)中采用的影像傳輸方式為HDMI傳輸，使用了AD9889B芯片實(shí)現(xiàn)HDMI信號(hào)轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)輸出。通過(guò)使用HDMI接口可以實(shí)現(xiàn)高清圖像的傳輸和顯示。（二）軟件設(shè)計(jì)1.ARM部分ARM主控部分可以使用OS操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)機(jī)、圖像調(diào)整、模式選擇、設(shè)備狀態(tài)顯示等功能。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)通過(guò)觸摸屏或搖桿調(diào)整圖像參數(shù)的功能。2.FPGA部分FPGA的軟件設(shè)計(jì)中主要采用圖像處理算法。例如，對(duì)于傳感器采集到的圖像先通過(guò)降噪算法去除圖像中的噪點(diǎn)，再采用顏色校正算法調(diào)整圖像顏色均衡，最后采用圖像增強(qiáng)算法提高圖像對(duì)比度等，以提高圖像清晰度和穩(wěn)定性。三、預(yù)期結(jié)果采用ARM與FPGA硬件設(shè)計(jì)方案后，預(yù)期實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：1.實(shí)時(shí)高清圖像傳輸及顯示。2.實(shí)現(xiàn)圖像處理算法，提高圖像質(zhì)量。3.實(shí)現(xiàn)硬件加速，并提高系統(tǒng)整體性能。4.適應(yīng)醫(yī)用內(nèi)窺鏡的小型、輕量、便攜等特點(diǎn)。五、結(jié)論與展望以上基于ARM與FPGA的醫(yī)用內(nèi)窺攝像系統(tǒng)設(shè)計(jì)的中期報(bào)告，闡述了該方案的硬件及軟件設(shè)計(jì)，旨在提高內(nèi)窺鏡影像的質(zhì)量和可靠性，進(jìn)一步滿足現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的需求。本設(shè)計(jì)預(yù)期可以實(shí)現(xiàn)高清圖像傳輸及顯示、圖像處理算法、硬件加速、小型輕便等多項(xiàng)目標(biāo)，但基于