基于FPGA硬件JPEG壓縮器的無(wú)線膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng).pdf

1、隨著消化道疾病逐漸成為困擾人們健康的一大主要原因，消化道疾病的檢測(cè)技術(shù)也隨之快速發(fā)展。無(wú)線膠囊內(nèi)窺鏡克服了傳統(tǒng)探頭內(nèi)窺鏡檢測(cè)過(guò)程及其痛苦、存在創(chuàng)傷等弊病，成為消化道疾病的檢測(cè)和治療的發(fā)展趨勢(shì)。自2000年Given Image公司推出全球第一款無(wú)線膠囊內(nèi)窺鏡，無(wú)線膠囊內(nèi)窺鏡在姿態(tài)控制、膠囊定位、能量供給、圖像采集等各方面都有很大的發(fā)展。但無(wú)線內(nèi)窺鏡應(yīng)用于消化道疾病診斷和治療還需要進(jìn)一步提高其功能性和性能。
　　本文依托于國(guó)家自然科

2、學(xué)基金項(xiàng)目（No.31271069）、國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金(No.30800235)和上海交通大學(xué)醫(yī)工（理）交叉基金（No.YG2013MS24），針對(duì)無(wú)線膠囊內(nèi)窺鏡圖像采集和能量供給兩個(gè)方面進(jìn)行了深入研究，研制出一種基于FPGA硬件JPEG壓縮器的無(wú)線膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)原型樣機(jī)。該系統(tǒng)一方面通過(guò)采用體外無(wú)線供能的方式，消除現(xiàn)有無(wú)線膠囊內(nèi)窺鏡工作時(shí)間短的缺陷，另一方面通過(guò)FPGA內(nèi)部集成硬件JPEG壓縮器，提高了無(wú)線膠囊內(nèi)窺鏡的圖像采集

3、幀率，能夠達(dá)到8~10幀的采集幀率。理論上可用于消化道連續(xù)視頻采集，為研制診療膠囊系統(tǒng)提供了可靠試驗(yàn)平臺(tái)。
　　論文從以下幾個(gè)方面對(duì)無(wú)線膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)進(jìn)行了闡述：
　　首先針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)如圖像采集、無(wú)線傳輸和能量供給等進(jìn)行理論分析，提出合理的設(shè)計(jì)方案。
　　其次根據(jù)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，從硬件和軟件方面詳細(xì)介紹無(wú)線膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。硬件部分設(shè)計(jì)要包括體內(nèi)圖像膠囊和便攜式接收器的設(shè)計(jì)以及無(wú)線供能的實(shí)現(xiàn)。按照功能模

4、塊進(jìn)行劃分，具體介紹了CMOS圖像采集模塊、NRF無(wú)線傳輸模塊、SD卡存儲(chǔ)模塊、FT245_USB傳輸模塊和無(wú)線供能模塊等主要模塊。軟件部分從三大部分體內(nèi)圖像膠囊控制系統(tǒng)、便攜式接收器軟件系統(tǒng)和PC端MFC應(yīng)用軟件進(jìn)行介紹。并具體介紹了系統(tǒng)內(nèi)部模塊實(shí)現(xiàn)和控制流程。
　　針對(duì)無(wú)線膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵算法：基于 FPGA的JPEG壓縮算法，本文從算法原理和F P GA實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述。算法具體涉及了二維離散余弦變換器、頻