学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

医用电子内窥镜畸变实时校正与自动亮度控制硬件系统的研究

作　者: 张树华
导　师: 郁道银
学　校: 天津大学
专　业: 光学工程
关键词: 医用电子内窥镜图像畸变实时校正 FPGA 双线形插值亮度控制
分类号: R318.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 141次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

医用电子内窥镜系统广泛应用于多种疾病的诊断和治疗当中。其摄像物镜为大视场、短焦距的广角镜头,图像存在严重的畸变。受计算机运算速度的限制,软件只能校正静态图像的畸变,不能对动态图像进行校正,因此本文利用超大规模集成电路的高速性能,设计了硬件畸变校正系统,以达到实时校正的要求。另外,由于体内照明条件复杂,诊断效果很大程度上受到亮度控制能力的限制。因此需要设计并实现一种功能全面、高性能的亮度控制系统。图像畸变校正包括空间位置校正和灰度校正。本文以点阵样板校正方法为基础,将定制的标准点阵样板通过内窥镜的光学系统成像,通过拟合畸变图像和样板图像间的关系确定畸变校正函数,以此进行空间位置校正。校正数据作成查找表,存入Flash EPROM。硬件的校正精度取决于软件的校正精度,双线性内插法具有良好的精度、完全满足一般图像灰度校正的要求。本文利用Verilog HDL完成了硬件双线形插值模块,并在Quartus II下进行了模拟仿真。FPGA作为整个畸变校正硬件系统的核心,完成了视频解码器与编码器的I2C总线配置、静态存储器SRAM的读取、查找表的读取以及硬件双线形插值灰度校正。详细说明了各个功能电路的设计,作为重点,对硬件双线形插值单独作为一章进行说明。自动亮度控制硬件系统作为设计的另一个环节,利用FPGA完成了峰值测光与区域测光的设计。通过两种模式的轮流使用,实现了面向使用者操作灵活性的亮度控制手段。最后,分析了硬件系统的误差来源,比较了畸变校正的效果,总结了系统的特点,提出了改进的措施和方法。本系统工作在NTSC制式下,场频60Hz,图像采样频率13.5MHz,校正图像大小为640×480,输入信号和输出信号均为标准视频信号,校正图像可直接送入监视器显示。校正前畸变图像的相对畸变是-20.86%,校正图像的相对畸变是-1.60%,系统有效地改善了图像的畸变失真。从畸变图像输入到校正图像输出的延时为40ms,实现了实时性的要求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-18
  1.1 电子内窥镜的原理及应用  8-11
    1.1.1 电子内窥镜的成像原理  8-9
    1.1.2 电子内窥镜图像的主要特点  9-10
    1.1.3 医用电子内窥镜在临床应用上的优点  10-11
  1.2 不同制式视频的传输原理  11-13
    1.2.1 图像传输制式的分类  11-12
    1.2.2 图像扫描原理  12-13
  1.3 研究畸变实时校正系统的意义  13-14
    1.3.1 电子内窥镜畸变校正的方法  13-14
    1.3.2 畸变校正研究动态  14
  1.4 电子内窥镜自动亮度控制系统电路设计的意义  14-15
  1.5 论文的主要工作  15-18
第二章图像畸变校正原理与点阵样板算法的设计  18-33
  2.1 畸变校正原理  18-19
    2.1.1 几何变换  18-19
    2.1.2 灰度校正  19
  2.2 畸变校正方法的选择  19-23
    2.2.1 已知光学参数求畸变曲线  20-22
    2.2.2 标准样板标定法  22-23
  2.3 点阵样板算法的设计  23-29
    2.3.1 点阵样板畸变图像的预处理  24-28
    2.3.2 校正曲线的拟合  28-29
  2.4 点阵样板畸变校正的硬件实现  29-32
    2.4.1 视频传输特征  29-30
    2.4.2 单幅畸变图像的软件校正  30-31
    2.4.3 畸变图像的硬件连续校正  31-32
  本章小结  32-33
第三章畸变校正硬件电路设计  33-46
  3.1 畸变校正硬件电路的整体设计  33-34
    3.1.1 畸变校正电路原理图  33-34
    3.1.2 畸变校正实时性分析  34
  3.2 实时校正系统的FPGA 内部电路设计  34-43
    3.2.1 FPGA 简介  35-36
    3.2.2 视频解码器与编码器的I~2C 寄存器初始化设置  36-39
    3.2.3 视频编码器与视频解码器的同步设计  39-42
    3.2.4 帧存储器的读写  42-43
  3.3 电路整体调试  43-45
    3.3.1 解码器与编码器的配置  44
    3.3.2 帧存储器的读写  44-45
    3.3.3 双线形插值模块调试  45
  本章小结  45-46
第四章硬件双线形插值电路设计  46-55
  4.1 灰度校正方法  46-48
  4.2 灰度插值方法的选择  48-49
  4.3 硬件实现双线形插值的可行性分析  49
  4.4 FPGA 双线形插值模块设计  49-51
  4.5 Verilog HDL 语言和Quartus II 编译仿真工具  51-52
  4.6 双线形内插模块仿真  52-53
  4.7 双线形插值模块调试  53-54
  本章小结  54-55
第五章自动亮度控制系统电路设计  55-61
  5.1 电子内窥镜自动亮度控制系统功能与构成  55-56
    5.1.1 自动亮度控制系统功能  55
    5.1.2 自动亮度控制系统电路原理  55-56
    5.1.3 硬件系统构成  56
  5.2 自动亮度控制电路的FPGA 设计  56-59
    5.2.1 视频解码器的I~2C 配置  56-58
    5.2.2 平均测光模式设计  58-59
    5.2.3 峰值测光模式设计  59
  5.3 直流电动机驱动电路设计  59-60
  本章小结  60-61
第六章误差分析与展望  61-68
  6.1 误差来源  61-63
  6.2 校正图像的选取  63-65
  6.3 结论与展望  65-68
参考文献  68-70
致谢  70-71
攻读硕士学位期间发表及录用的学术论文  71

医用电子内窥镜畸变实时校正与自动亮度控制硬件系统的研究

内容摘要

全文目录

相似论文