【摘 要】
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内窥镜是一类用于人体器官腔道等环境直接观察、诊断和治疗的医疗器械,在体内医学检查和手术中被广泛应用。随着医用内窥镜在临床应用的愈加普及,它正朝着高分辨率、超细直径及多功能的方向不断发展。内窥镜镜头直径越细就越容易进入人体的狭小器官,且越能缓解病人的痛苦。本文设计的医用内窥镜采用尺寸仅为0.9mm×0.9mm的图像传感器OV6946作为内窥镜镜头实现体内成像,利用12位、65MHz采样率的ADC芯片
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内窥镜是一类用于人体器官腔道等环境直接观察、诊断和治疗的医疗器械,在体内医学检查和手术中被广泛应用。随着医用内窥镜在临床应用的愈加普及,它正朝着高分辨率、超细直径及多功能的方向不断发展。内窥镜镜头直径越细就越容易进入人体的狭小器官,且越能缓解病人的痛苦。本文设计的医用内窥镜采用尺寸仅为0.9mm×0.9mm的图像传感器OV6946作为内窥镜镜头实现体内成像,利用12位、65MHz采样率的ADC芯片AD9226结合FPGA对OV6946进行图像采集和实时处理。在此嵌入式硬件的基础上,本文还设计了相关FPGA固件实现了一款可用于人体泌尿系统的超细径、高分辨率、实时医用内窥镜成像系统,具体研究内容如下:（1）内窥镜成像系统硬件电路设计,包括前端传感器接口电路、FPGA主控电路、电源、数据存储接口、显示接口等。通过优化布局布线,完成了产品级内窥镜成像系统的硬件电路设计。（2）设计了图像传感器数字视频信号采集的FPGA固件。实现了 OV6946图像传感器模拟输出信号的模数转换、时序分析、黑电平校准等功能,获得了标准Bayer格式图像阵列,并通过彩色插值将Bayer格式图像转换为RGB格式图像。（3）在FPGA上实现图像处理算法,包括坏点消除、gamma校准、降噪、图像锐化、白平衡、自动曝光处理等常规图像处理算法,且对内窥镜中关注的血管图像进行了增强处理。（4）在FPGA上还实现了内窥镜系统的嵌入式控制及人机交互等辅助功能,如:SDRAM控制器、SD卡驱动、显示接口（HDMI、VGA）、视频数据存取、BMP格式图片存储、图像显示以及菜单界面等。本文最后对内窥镜成像系统进行了功能验证和性能测试,测试结果表明,该系统能以每秒30帧的速率稳定显示404×408分辨率图像,图像采集与处理的总延迟仅为67μs,且系统整体功耗也只有2.1W。对比图像传感器芯片厂商（豪威科技）推荐的“OV426+处理器”图像采集处理方案,本方法能更有效消除图像干扰条纹噪声,且图像清晰度更高、设计成本更低。
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