引言目前,对微纳米技术的研究非常活跃,从而导致了微技术和微机械电子系统(MEMS)技术的飞速发展,极大地促进了医疗设备的小型化和微化,以及医疗器械的出现。医用光电微型传感器(例如无线内部窥镜)。
无线内窥镜基于微机电系统,包括可感知外部信息(力,热,光,产品,磁性,化学等)的微型传感器,用于控制对象的执行器,信号处理和控制电路,通信接口和电源组件组成将信息的获取,处理和执行集成在一起,以形成一个具有多种功能的集成微系统。当前,医疗无线内窥镜已经问世。
以色列GI公司早在2001年5月就推出了M2A无线内窥镜产品,并获得了美国FDA认证。 GI公司生产的胶囊内窥镜长26毫米,直径11毫米,重3.5克。
它采用了微功率CMOS图像传感器,可以观察到14O°的视角,可以清晰地看到0.1mm左右的物体,并且采集速度为2帧/秒。日本的RF公司在2001年底还开发了NORIKA3胶囊内窥镜系统。
该产品使用具有8个镜头的超小型CCD摄像机,可观察的视角为360°,图像帧率可以达到30帧/ s。 “ NORIKA3”利用药丸中的转子线圈和产生磁场的外部定子线圈形成电机结构,以实现药丸系统的姿态控制。
RF公司已在其网站上发布了该产品的设计模型。此外,龚和朴等人。
独立发表的论文,介绍其各自的无线内窥镜设计。目前,在中国尚无独立生产该产品的能力,国外产品价格昂贵。
因此,开发具有自主知识产权的无线内窥镜产品具有重要意义。本文介绍了无线内窥镜系统的系统结构,图像压缩标准JPEG-LS在ARM7平台上的实现以及实现过程中使用的调试方法和优化方法。
1系统组成和工作原理1.1内窥镜系统组成结构如图1所示,无线内窥镜系统主要由主机和从机(无线内窥镜)组成。从机通过摄像机采集原始图像,经过压缩处理后,压缩后的图像数据通过无线方式传输到主机。
主机通过与蓝牙适配器的USB连接接收压缩的图像,并将其转发到PC上的管理软件,然后管理软件将图像解压缩并显示出来。 1.2无线内窥镜的组成结构如图2所示,无线内窥镜采用CPLD芯片EPM7256-144来实现30万像素CMOS摄像机OV7660的图像采集控制以及数据和地址总线的切换。
使用Atmel的ARM7芯片AT91R40008,可实现JPEG-LS无损图像压缩和蓝牙无线数据传输,并实现温度和压力采集以及可控光源和系统控制。 CPLD与ARM7之间的图像数据交换是通过8位数据总线实现的,ARM7与CPLD之间的握手控制是通过I / O端口线实现的。
由于图像数据量很大,根据640分辨率480分辨率和8位图像格式,它可以达到数十万个字节。因此,系统以乒乓模式扩展了2个条带的外部512KB SRAM,以进行数据缓冲。
1.3系统的工作原理内窥镜系统可以实现图像的连续采集以及对温度,湿度,照明亮度等的控制。其中,图像采集是系统的核心,其工作流程如下:①通过默认情况下,系统处于休眠状态。
②工作人员通过PC管理软件发送命令开始采集图像,软件通过USB接口将命令发送到蓝牙适配器,再发送到无线内窥镜。 ③内窥镜收到图像采集命令后,ARM控制CPLD开始收集图像数据。
④CPLD将采集到的图像数据帧写入一个SRAM中,将ARM总线切换到SRAM,并通知ARM进行压缩;同时,CPLD继续从另一块SRAM收集下一帧图像,这对于提高系统速率的吞吐量很方便。 ⑤ARM返回结果。