基于ARM与FPGA的医用内窥镜摄像系统设计

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作者：

赵深林

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摘要：

医用内窥镜摄像系统作为数字影像类医疗设备的一种,使得用户能够获得更多的人体生理信息,但是存在体积庞大的缺点。随着电子信息技术和嵌入式技术的发展,增强医疗器械的功能,减小设备的尺寸,是现代医疗器械发展的趋势。本文分析了用户对医用内窥镜摄像系统的功能要求,比较了内窥镜摄像系统的国内外技术现状,提出了一种采用ARM与FPGA相结合的医用内窥镜摄像系统的设计方案。该系统以FPGA芯片与ARM S3C2440芯片为核心,采用CCD摄像头采集内窥镜图像,利用FPGA强大的并行处理能力及丰富的硬件资源实现图像处理,运用ARM嵌入式系统实现人机交互。本文介绍了一种基于ARM与FPGA的医用内窥镜摄像系统的总体设计方案,重点论述了FPGA实现摄像、图像冻结的原理与具体实现方法,包括ITU-R BT.656数字视频流的解码、帧起始检测、视频缓存及图像冻结、图像显示等功能模块。在图像处理方面,本文提出了一种基于滑动窗的色差插值算法。运用该方法实现YCbCr4:2:2格式到YCbCr4:4:4格式色彩重采样,可在一定程度上减小色差重采样过程引起的色差信号损失。此外,本文研究了ARM与FPGA之间通信的实现方法,实现了ARM与FPGA通信接口驱动程序的开发。将FPGA作为ARM的外围存储设备,通过系统总线连接到ARM,实现两者通信。实验结果表明,该系统实现了图像冻结、图像回放、实时显示等功能,实现了冻结图像由FPGA传输到ARM。该系统占用的FPGA资源少,为后续图像处理开发提供了硬件平台,具有体积小,成本低,电路结构简单,设计灵活的特点。

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关键词：

医用内窥镜 FPGA linux 摄像系统 medical endoscope FPGA Linux camera system