醫(yī)用電子內(nèi)窺鏡彩色圖像畸變實(shí)時(shí)校正硬件系統(tǒng)的研究.pdf

1、醫(yī)用電子內(nèi)窺鏡是當(dāng)前應(yīng)用非常廣泛的醫(yī)療儀器,醫(yī)生通過內(nèi)窺鏡能直接觀察到人體內(nèi)臟器官的組織形態(tài)、體內(nèi)病變情況,方便地進(jìn)行診斷.由于醫(yī)用電子內(nèi)窺鏡廣泛采用廣角物鏡,圖像存在嚴(yán)重的畸變.受計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的限制,軟件只能校正靜態(tài)圖像的畸變,不能對(duì)動(dòng)態(tài)圖像進(jìn)行校正,因此該文利用超大規(guī)模集成電路的高速性能,設(shè)計(jì)了硬件畸變校正系統(tǒng),以達(dá)到實(shí)時(shí)校正的要求.從數(shù)字圖像處理的觀點(diǎn)來看,圖像畸變校正實(shí)際上是圖像的恢復(fù)問題,包括空間位置校正和灰度校正.該文以點(diǎn)

2、陣樣板校正方法為基礎(chǔ),將定制的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)陣樣板通過內(nèi)窺鏡的光學(xué)系統(tǒng)成像,通過擬合畸變圖像和樣板圖像間的關(guān)系確定畸變函數(shù),以此進(jìn)行空間位置校正.灰度校正采用零階插值,這是由硬件的訪問速度決定的.用硬件實(shí)現(xiàn)畸變校正的方法是先用軟件計(jì)算出空間位置校正的結(jié)果,并轉(zhuǎn)換為電路校正所需的地址,固化在硬件查找表中,然后通過讀取查找表中的數(shù)據(jù)對(duì)灰度進(jìn)行校正.為此需要在軟件環(huán)境下對(duì)硬件校正過程進(jìn)行模擬,在保證校正圖像質(zhì)量的前提下,盡量減少硬件查找表的存儲(chǔ)容量,

3、以減少系統(tǒng)的體積.硬件系統(tǒng)的功能包括視頻信號(hào)的解碼、畸變圖像的校正和校正圖像的編碼.解碼器采用Philips公司的視頻A/D芯片SAA7111將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為16bitYUV數(shù)字圖像輸出.編碼器采用Concxant公司的視頻D/A芯片Bt864將校正的數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)輸出.電路中采用SRAM存儲(chǔ)輸入和輸出圖像,EPROM作為查找表,并用FPGA作為視頻控制中心,實(shí)現(xiàn)對(duì)其余芯片的控制.由于FPGA是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心,負(fù)責(zé)控制解碼、

4、校正和編碼等功能,所以FPGA程序設(shè)計(jì)是該文中任務(wù)量最大的部分.根據(jù)各芯片的功能,詳細(xì)地介紹了FPGA產(chǎn)生外部電路控制邏輯的方法,給出了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)波形圖和硬件系統(tǒng)的整體調(diào)試結(jié)果.最后,分析了硬件系統(tǒng)的誤差來源,比較了畸變校正的效果,總結(jié)了系統(tǒng)的特點(diǎn),提出了改進(jìn)的措施和方法. 該系統(tǒng)工作在PAL制式下,場頻50Hz,圖像采樣頻率13.5MHz,校正圖像大小為702×576,輸入信號(hào)和輸出信號(hào)均為標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào),校正圖像可直接送入監(jiān)視器顯示.