數(shù)字式膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)及圖像插值算法研究.pdf

1、消化道疾病日益成為健康的重大威脅，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，5%~10%的人在一生中的某一時(shí)期患過(guò)胃腸病。傳統(tǒng)的消化道疾病檢測(cè)手段如胃鏡、腸鏡等，侵入人體內(nèi)部，給患者帶來(lái)很大的痛苦，并且檢測(cè)范圍有限，不能檢測(cè)小腸，需要改進(jìn)。隨著微電子技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)成為新型的消化道疾病診療手段，膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)使用的體內(nèi)圖像膠囊體積小，可由患者口服吞入，從肛門(mén)排出，診療過(guò)程中痛苦小，無(wú)副作用，可以檢測(cè)整個(gè)消化道，圖像分辨率高，圖像采集過(guò)

2、程平穩(wěn)，是消化道疾病無(wú)創(chuàng)診療方向重要的研究課題。以色列Given Imaging公司于2001年首先生產(chǎn)出第一套檢查消化道的膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)--M2A膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)體內(nèi)圖像膠囊尺寸為Φ11mm×30mm，重約3.7g，依靠消化道的蠕動(dòng)在消化道中前行，可以工作6～8小時(shí)，能夠拍攝小腸圖像，該系統(tǒng)免除了傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡檢測(cè)手段帶來(lái)的痛苦和副作用，可以檢測(cè)傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡檢測(cè)手段的檢測(cè)盲區(qū)，檢測(cè)整個(gè)消化道，受到了廣泛的歡迎。自此之后，世界各國(guó)也開(kāi)展

3、了該類(lèi)檢測(cè)設(shè)備的研究。
　　現(xiàn)有膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)采集的圖像分辨率低、幀率低，傳輸?shù)襟w外的圖像是模擬式圖像，傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中抗干擾能力弱，系統(tǒng)急需改進(jìn)升級(jí)。本文受?chē)?guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：31170968）、上海市科委項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：14441902800和15441903100）資助，針對(duì)現(xiàn)有膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的限制與不足，提出一種新型的數(shù)字式膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用無(wú)線(xiàn)方式供能，體內(nèi)圖像膠囊使用新型的高分辨率圖像傳感器OV693

4、0和模數(shù)轉(zhuǎn)換器OV420，采集分辨率為400×400、幀率為30幀/秒的數(shù)字式圖像，膠囊向體外傳輸壓縮后的數(shù)字式圖像數(shù)據(jù)，傳輸過(guò)程抗干擾能力好，數(shù)字式圖像方便后續(xù)的圖像處理，如模式識(shí)別、智能檢測(cè)等。具體的研究?jī)?nèi)容有幾下幾點(diǎn)：
　　1.同時(shí)使用白光和紫外光作為光源。白光和紫外光輪流開(kāi)啟，白光用于常規(guī)檢測(cè)，紫外光用于早期癌變檢測(cè)，癌變階段判斷。
　　2.采用新型的圖像傳感器OV6930和模數(shù)轉(zhuǎn)換器OV420。圖像分辨率為400×

5、400，圖像幀率是30幀/秒，輸出十位的數(shù)字式圖像。傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間，MCU和模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間采用SCCB協(xié)議通信。
　　3.采取一系列措施降低體內(nèi)膠囊向體外傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)量：圖像在膠囊內(nèi)部壓縮；圖像在體外解壓縮并插值。
　　4.優(yōu)化JPEG-LS算法，提高壓縮比，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。主要的優(yōu)化方法有：降低游長(zhǎng)編碼的進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)；忽略每一行的開(kāi)始和結(jié)束的像素；優(yōu)化預(yù)測(cè)器的計(jì)算公式；擴(kuò)大預(yù)測(cè)器使用的像素的范圍等。
　　5.提出