校正与自动亮度控制硬件系统的研究

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1、天津大学研究生毕业论文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(申请硕士学位)专业：研究生：指导教师：光学工程张树华郁道银教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零零五年一月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

2、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FlashEPROM。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VerilogHDL完成了硬件双线形插值模块，并在Quartus1I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12c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，

3、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一1．60％，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

4、出的延时为40ms，实现了，实时性的要求。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ABSTRACTMedicaIElectronicEndoscope(MEE)iSawidelyusedmedicaIinstrumenttocurevariousdiseases．Becausewide．field1ensareadoptedinM卫E．outputimageshaveseriousdistortion．Software．Iimitedbycomputer’scalculatingspeed．canonlycorrectthedistortionofstat

5、icimagesbuInotthedistortionofdynamicimages．Soweusethehighspeedcharacterofverylargescaleintegration(VLSI)toreachreal-timeneed．Otherwise．duetothecomplexityoftheinsideilluminationofthepatient’Sbody,theresultdependsontheabilityofbri曲tnesscontr01．Ahigh—performanceandcomplete-functionbrightnesscontrolsy

6、stemiSdesigned．Imagedistortioncorrectionincludesspatialcorrectionandgray—levelcorrection．ThispaperiSbasedonthedot—arrayplatecorrectionmethod．Standarddot—arrayplateiSplacedinfrontofMEE．afterwhoseopticalsystemthedistorteddot．arrayplateimageiSreceived．Incomparisonthestandarddot-arrayplateimagewiththe

7、distortedone，thedistortionfunctioncanbefoundtoimplementspatialcorrection．Thecorrectiondatasformtheloop—uDtableandarestoredintotheflashEPROM．TheaccuracyofhardwarecorrectioniSdecidedbytheaccuracyofsoftwarecorrectio