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基于FPGA的数字式直接眼底镜关键技术研究

作　者: 郝本功
导　师: 钟志
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 光学工程
关键词: FPGA USB DirectShow 视频图像采集 眼底图像预处理
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 5次
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内容摘要


眼底是人体内唯一的无需对人体造成创伤就能观察到内部结构的部位。当人的眼部或者身体的某些部位患病时,眼底会发生某些改变,这为医生提供了一种检查诊断方法。但在通常情况下,人的肉眼无法直接看清眼底,所以需要借助于眼底检查设备。在眼底检查设备中,直接眼底镜具有使用方便、价格低及对患者造成的不适小等的特点。但是直接眼底镜存在长时间检查容易疲劳、眼底图像无法保存等问题。随着数字化技术的发展,通过在直接眼底镜后部加上高分辨率的图像传感器制成数字式直接眼底镜,保留了直接眼底镜的优点,方便了眼底的检查而且便于制作病历。本文主要对数字式直接眼底镜中的图像采集技术进行研究。本文对数字式直接眼底镜中的图像采集与处理系统进行了设计,分为硬件设计和软件设计两个方面。硬件部分配合传统直接眼底镜完成眼底图像的数字化和向计算机传输的功能；软件部分完成眼底图像的预览、单帧图像采集或检查视频的采集功能。硬件部分以FPGA为核心,集成了采集控制、USB传输控制、电视显示和TFT液晶显示几大功能模块。所有功能模块在FPGA的控制下,完成眼底图像的数字化、图像数据的处理及图像数据的发送等处理。USB传输模块也是本文研究的一个重要方面。针对该模块,编写了USB固件,来设置该模块的工作参数；修改了USB驱动程序,以提高该模块的传输速率。软件处理中采用DirectShow技术和USB操作相结合的方案,使用USB操作函数完成图像数据的读取,使用DirectShow技术完成图像采集、视频采集、视频压缩存储的功能。本文设计了专门的USB源过滤器,将USB采集的数据送到DirectShow系统中,并向其中加入采集过滤器、压缩过滤器等,从而实现了软件功能。最后对眼底图像预处理的方法进行了介绍,为下一步进行眼底图像处理的研究打下了基础。本文对文中设计的系统进行了调试,给出了详细的调试步骤和调试结果。通过分析调试结果,系统能够完成设计功能。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章 绪论  11-18
  1.1 课题背景与意义  11-14
    1.1.1 人眼结构  11-12
    1.1.2 眼底检查的意义  12-13
    1.1.3 眼底镜介绍  13-14
  1.2 国内外发展现状  14-17
    1.2.1 眼底检查设备的发展  14-15
    1.2.2 图像采集技术的发展  15-16
    1.2.3 眼底图像预处理技术  16-17
  1.3 本文的主要工作  17-18
第2章 系统硬件电路的设计  18-28
  2.1 系统硬件总体结构  18-19
  2.2 系统硬件主要模块设计  19-25
    2.2.1 图像采集控制模块  19-20
    2.2.2 USB图像传输模块  20-22
    2.2.3 电视显示模块  22-24
    2.2.4 TFT液晶显示模块  24-25
  2.3 FPGA的选择及其控制功能  25-27
    2.3.1 FPGA的选择  25
    2.3.2 FPGA控制功能  25-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章 系统可编程部分的设计  28-47
  3.1 FPGA总体设计  28-29
  3.2 系统初始化模块设计  29-32
    3.2.1 I~2C总线介绍  29-30
    3.2.2 I~2C总线的FPGA实现  30-32
  3.3 采集控制模块的设计  32-38
    3.3.1 CCIR656格式介绍  33-35
    3.3.2 CCIR656视频解码设计  35-36
    3.3.3 SRAM读写控制的设计  36-38
  3.4 YUV422与YUV420格式转换的设计  38-41
    3.4.1 YUV420格式介绍  38-39
    3.4.2 YUV422与YUV420格式转换的FPGA实现  39-41
  3.5 USB传输控制的设计  41-43
  3.6 显示控制模块的设计  43-44
  3.7 USB固件和驱动的设计  44-46
    3.7.1 USB固件  44-46
    3.7.2 USB驱动  46
  3.8 本章小结  46-47
第4章 系统软件的设计  47-69
  4.1 DirectShow技术介绍  47-50
    4.1.1 DirectShow的组成及工作原理  47-49
    4.1.2 DirectShow中的视频捕获  49-50
  4.2 系统应用程序的设计  50-56
    4.2.1 系统软件结构  50-51
    4.2.2 DirectShow系统的构建  51-53
    4.2.3 USB源过滤器的设计  53-55
    4.2.4 视频采集的设计  55-56
    4.2.5 图像采集功能的设计  56
  4.3 眼底图像预处理的研究  56-68
    4.3.1 图像平滑  57-58
    4.3.2 灰度变换  58-62
    4.3.3 图像锐化  62-66
    4.3.4 二值图像数学形态学处理  66-68
  4.4 本章小结  68-69
第5章 系统的调试与分析  69-74
  5.1 硬件调试  69-70
  5.2 软件调试  70
  5.3 系统联合调试与分析  70-73
  5.4 本章小结  73-74
结论  74-76
参考文献  76-79
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  79-80
致谢  80

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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