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随着医疗显示技术的进步,医疗内窥镜摄像系统已经由主流的2D(Two Dimensions)显示向3D(Three Dimensions)显示发展,图像清晰度也从高清(High Definition,HD)向超高清(Ultra High Definition,UHD)转变。然而,绝大多数3D内窥镜系统采用辅助式3D显示技术,无法避免长时间佩戴辅助式3D眼镜带来的头晕、眼疲劳等种种不适。因此,医用裸眼3D显示器相继问世。课题针对主流3D内窥镜摄像主机与市面上超高清医用裸眼3D显示器视频接口之间的匹配问题,结合FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)硬件并行处理的优势,设计并开发了基于FPGA的立体显示系统,促进裸眼3D显示技术在医疗领域内的普及和应用。首先,使用Xilinx公司软件提供的SMPTE核实现了双路3G-SDI立体图像采集。考虑到图像处理部分对图像传输格式的要求,对采集到的立体图像进行了YUV到RGB的格式转换。其次,使用Xilinx提供的VPSS(Video Processing Subsystem,视频处理子系统)核进行图像处理。为解决高速图像数据带宽与DDR3存储器带宽间的匹配问题,设计并优化了一种DDR3(DDR,Double Data Rate,双倍速率)读写控制方案,为高速图像缓存处理提供重要保障。最后,通过SBS(Side by Side)的拼接方式,将满足立体图像输出格式的视频通过立体显示器输出;同时,在FPGA硬件平台上进行了整体设计方案的逻辑验证、在线仿真和可行性验证,并分析了逻辑资源的消耗以及系统功耗情况。立体显示系统从前端立体图像的采集到后端立体图像的输出,图像需要经过缩放、缓存、同步以及拼接等多个处理过程。同时,本文对硬件外围电路各模块、硬件板卡的层叠结构、元器件的布局、重要信号线的阻抗匹配以及走线规范进行了详细的阐述。实验结果表明,采用10层PCB设计的硬件系统能够支持两路1920×1080@60Hz的图像输入以及3840×2160@60Hz的立体图像输出。视频流从3G SDI视频接口输入,经过格式变换、缩放、缓存、同步以及拼接等多个处理过程并通过DP 1.2视频接口输出,其中图像存储模块涉及的图像读写数据带宽大约为31.852Gbps/s,输出的立体视频可直接于裸眼立体显示器上显示。系统所消耗的LUT(Look Up Table,查找表)资源仅占FPGA总资源的26.04%,输出图像数据带宽高达23.76Gbps/s,FPGA片上功耗仅为4.598W。本文设计的基于FPGA的立体显示系统,完成了主流3D内窥镜摄像主机与现有裸眼3D显示器视频接口的转换和匹配,并且系统在高性能和低功耗等方面具有较大的优势。同时,本文立体显示系统使裸眼3D技术向医用超高清立体显示领域迈入了一个新的台阶,为高清晰3D显示和高速视频处理领域提供一种切实可行的设计方案,该系统有望使医疗教学、会诊和立体手术室等领域取得更进一步的发展。