基于USB接口的高清电子内窥镜系统设计

【摘要】基于USB接口的便携式电子内窥镜因其成本低廉、操作方便、即插即用等优点在现代工业检测领域发挥了越来越大的作用。目前市场上USB接口的便携式电子内窥镜很多,但是它们的传输距离不够长,并且图像分辨率不高,性能无法满足实际需求。本文提出的电子内窥镜图像采集方案采用了1/6英寸的超小型CMOS图像传感器作为感光元件,借助LVDS传输技术,使用USB2.0接口控制芯片作为主控板数据采集和传输芯片,将高清图像数据传入计算机中,并在上位机应用程序中对数据进行还原处理,实现图像的实时采集和显示。为实现上述图像采集和传输方案,论文分别从底层硬件架构和上层软件设计方面予以介绍。首先从四个方面对硬件架构的设计给予详细论述,主要有前端微型摄像模组设计、CMOS图像传感器的开发及应用、LVDS编解码技术以及USB接口控制芯片的设计,主控板采用SlaveFIFO模式快速读取LVDS解码后的图像数据,并通过BULK传输方式将数据传送给上位机,同时采用硬件同步和软件同步双重同步方式实现上位机处理速度与CMOS数据输出速度的匹配。论文同时也阐述了高清电子内窥镜的图像采集及处理系统的软件设计方案。图像采集软件主要包括Windows操作系统下的USB主机控制器驱动程序以及USB设备端固件程序,重点对USB2.0接口控制芯片CY7C68013的固件框架、端点配置、SlaveFIFO传输模式进行了深入讨论。图像处理软件实现的功能有自动曝光、图像放大、图像压缩存储、颜色调整等,重点讨论了图像去马赛克处理方法。整个软件设计实现了3种接口模式给用户：1、独立使用的应用软件；2、Directshow插件,方便使用第三方软件,如Amcap等；3、可供调用的库函数,用户可二次开发。本课题所设计的基于USB2.0接口的高清电子内窥镜系统的性能指标达到了实际的应用需求,该系统的微型摄像模组具有140度的视场角,图像分辨率达到了1280×800,LVDS传输技术的应用使前端摄像模组的传输距离达到了3米以上；上层应用程序实现了图像分辨率切换、增益和曝光度调节以及视频录制等功能。该高清电子内窥镜系统实现了图像的实时采集和显示,在高清分辨率条件下,帧率达到了15fps,并且可同时接入2～4路内窥镜系统,实现并行成像检测。
【作者】姚陈昀；
【导师】王立强；袁波；
【作者基本信息】浙江大学，光电技术与仪器（专业学位），2014，硕士
【关键词】高清电子内窥镜；CMOS；USB2.0；LVDS；CY7C68013；

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