基于Tegra X1的高清内窥镜图像处理系统硬件设计
发布时间：2021-03-17 20:16
电子内窥镜可以对人体内部器官的组织形态和病变情况进行直接观察,能够有效地辅助医生进行医疗诊断,是现代医疗仪器中的关键设备。随着技术的进步,电子内窥镜在图像分辨率、显示实时性以及图像智能分析处理等方面的需求不断增长。图像处理系统作为电子内窥镜的重要组成部分,能够实现对内窥镜图像的各种处理,其性能指标与电子内窥镜成像效果密切相关。为此,本文研究并开发了基于Tegra X1的高清内窥镜图像处理硬件系统。该系统以嵌入式GPU Tegra X1为核心,进行图像编解码以及定制化的图像分析处理,实现本地存储和网络传输等功能;采用Artix-7 FPGA外扩3G-SDI接口接收和发送1080p60高清内窥镜图像,对图像数据进行预处理,实现内窥镜图像的实时输出显示功能;通过PCI-E总线在FPGA与Tegra X1之间实现图像数据的高带宽传输。此外,系统还扩展了以Cyclone V为核心的专用接口电路用于同内窥镜控制中心进行信息交互。本文研究开发的基于Tegra X1的高清内窥镜图像处理硬件系统已完成样机研制,经过测试,系统的各功能模块工作正常,达到了设计要求。
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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了支持０ｐｅｎＧＬ４．５、ＡＥＰ、〇匕（＾１２八？１和（：１１〇八６．０等高级图形和??计算功能外，还提供超过ＩＴｅｒａＦＬＯＰ的的ＧＰＵ处理性能，具有较强的图像处理??能力；ＴｅｇｒａＸＩ的ＣＰＵ包含４个高性能ＡＲＭ?Ｃｏｒｔｅｘ－Ａ５７内核和４个节能ＡＲＭ??Ｃ〇ｒｔｅｘ－Ａ５３内核，分别用于处理性能要求高的工作负载和性能要求较低的工作负??载。ＣＰＵ通过智能算法分析操作系统提供的工作负载，在高性能和低性能内核之??间动态切换，以提供最佳性能和能效。Ｔｅｇｒａ?ＸＩ处理器内部架构如图２．３所示。??ｎ??图２．３?Ｔｅｇｒａ?ＸＩ处理器内部架构??１４??
浙江大学硕士学位论文?系统总体设计??ＮＶＩＤＩＡ推出的Ｔｅｇｒａ?ＸＩ采用模块的形式，内部集成了?４ＧＢ的ＬＰＤＤＲ４、??１６ＧＢ的ｅＭＭＣ、ＷＩＦＩ模块、蓝牙模块、千兆以太网ＰＨＹ以及电源管理模块等，??支持?５．５Ｖ￣１９．６Ｖ?的电压输入，可以进行?ＵＳＢ２．０／３．０、ＰＣＩｅ、ＳＡＴＡ、ＳＰＩ、Ｉ２Ｃ?等??接口的扩展，满足大多数场合的需要。ＴｅｇｒａＸｌ模块的内部资源以及基本应用扩??展框图如图２．４所示。??Ｊｅｔｓｏｎ?ＴＸ１??■Ｅ２ＺＳ３Ｂ?？?ＶＤＤＪＷ?—３３Ｖ／５Ｖ?卜叫?Ｐｏｗｅｒ?ｉ?ＵＳＢ０?＜?Ｕ??￣ｃ＝＾＝＾?ｒ－—Ｓ．」??「―涵?？ＵＡＲＴｌ?ｊ?上二?臟〕＾?Ｔｙｐｅ?Ａ??Ｉ?■?？ｕｅｔｅｏｔｈ?Ｈ——？ＵＡＲＴ７，?Ｊ?——＾??ｒ—一―＝＝ＥＰ＝＾ｗｉＦｉ／Ｍ〇ｄｅｍ??ｃ〇ｄ？．ＭｆＳｃ＿￣￣ＫＺＳＳＺＤ???＿＿Ｈ——?Ｌｉ?Ｉ?——啦２１?臟：??Ｋｓｐｔａｖ／Ｔｏｕｄ．?■－？?？ｓｐａ?Ｔｅｇｒａ?ＸＩ?１?ｐａｏｍ?’??Ｌ—￣［：：二呻￣￣??■＜?？ＳＰＩＸ??ｊ?ＯＰｔｊ＾?？?．?ＯＳ－ＪＭ??Ｍｉｓｃ?Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ?＾?？?Ｉ２Ｓ１???ｉ?ＤＰＯ??？＊?■?：?，ｄ？＊／Ｗ５Ｍｉ?■?：?１???ｋ?？?６ＰＩＯｓ／Ｃｏｎｔｒｏｌ?１?ＧＰｌＯｊ／ＣｏｎＯｏＴ＜?？ｊｙ：?？？?．?Ｉ??ＷｉＦｉ／Ｍｏｄｅｍ??？?ＣＴＩＯｔ／Ｃｏｎｔｒ＇＾ｒ?ＩＰＤＯＭ－！?ｆ＾ＭＭＣｌＴ?Ｈｃ＇Ｓｍ?＜?Ｃａｍｅｒａ???Ｈ——ＡＵＤｉｏ
【参考文献】：
期刊论文
[1]直流电源纹波和噪声测量[J]. 席安和. 电子质量. 2018(02)
[2]医用便携式内窥镜关键技术及未来发展方向[J]. 尤若宁,许海树,张明旭,周文光. 医疗卫生装备. 2017(03)
[3]电子内窥镜的研究现状及发展趋势[J]. 张雯雯,周正东,管绍林,余子丽. 中国医疗设备. 2017(01)
[4]医用内窥镜关键技术的研究[J]. 陈庆. 中国医疗设备. 2015(04)
[5]基于多核处理器的高清内窥镜视频处理系统[J]. 何灿,陈耀武. 计算机工程. 2014(11)
[6]消化道内窥镜的发展及趋势[J]. 王晓民,李远洋,王新沛,刘梅,刘斌,刘智. 医疗卫生装备. 2013(01)
[7]IEC浪涌测试标准新发展[J]. 刘维嘉. 电子质量. 2012(12)
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[10]提高抗干扰能力的PCB布局[J]. 陈明文. 科技情报开发与经济. 2011(09)
博士论文
[1]众核GPU体系结构相关技术研究[D]. 陈钢.复旦大学 2011
硕士论文
[1]基于NanEye 2D微型图像传感器的内窥镜成像系统设计[D]. 石汶奇.华中师范大学 2019
[2]基于嵌入式GPU的工业检测智能相机系统硬件设计[D]. 宋俊男.浙江大学 2018
[3]基于深度学习的无线胶囊内窥镜小肠病变自动检测研究[D]. 徐兰猛.杭州电子科技大学 2018
[4]多层PCB层叠结构设计及分析[D]. 井探亮.内蒙古大学 2017
[5]医用电子内窥镜系统的设计与实现[D]. 汪正道.重庆邮电大学 2017
[6]基于嵌入式GPU的数码印花缺陷检测系统硬件设计[D]. 刘铭.浙江大学 2017
[7]高清电子内窥镜嵌入式信号处理技术研究[D]. 叶伟.浙江大学 2013
[8]胶囊内窥图像识别研究[D]. 李凯旋.南方医科大学 2012
[9]高清晰医用电子内窥镜关键技术研究[D]. 叶斌.浙江大学 2011
[10]内窥镜图像高清处理系统硬件设计[D]. 户贯涛.浙江大学 2008
本文编号：3087659
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１高清内窥镜图像处理系统应用场景示意图??内窥镜控制中心接收内窥镜摄像头采集的医学图像数据后对图像进行前端??
了支持０ｐｅｎＧＬ４．５、ＡＥＰ、〇匕（＾１２八？１和（：１１〇八６．０等高级图形和??计算功能外，还提供超过ＩＴｅｒａＦＬＯＰ的的ＧＰＵ处理性能，具有较强的图像处理??能力；ＴｅｇｒａＸＩ的ＣＰＵ包含４个高性能ＡＲＭ?Ｃｏｒｔｅｘ－Ａ５７内核和４个节能ＡＲＭ??Ｃ〇ｒｔｅｘ－Ａ５３内核，分别用于处理性能要求高的工作负载和性能要求较低的工作负??载。ＣＰＵ通过智能算法分析操作系统提供的工作负载，在高性能和低性能内核之??间动态切换，以提供最佳性能和能效。Ｔｅｇｒａ?ＸＩ处理器内部架构如图２．３所示。??ｎ??图２．３?Ｔｅｇｒａ?ＸＩ处理器内部架构??１４??
浙江大学硕士学位论文?系统总体设计??ＮＶＩＤＩＡ推出的Ｔｅｇｒａ?ＸＩ采用模块的形式，内部集成了?４ＧＢ的ＬＰＤＤＲ４、??１６ＧＢ的ｅＭＭＣ、ＷＩＦＩ模块、蓝牙模块、千兆以太网ＰＨＹ以及电源管理模块等，??支持?５．５Ｖ￣１９．６Ｖ?的电压输入，可以进行?ＵＳＢ２．０／３．０、ＰＣＩｅ、ＳＡＴＡ、ＳＰＩ、Ｉ２Ｃ?等??接口的扩展，满足大多数场合的需要。ＴｅｇｒａＸｌ模块的内部资源以及基本应用扩??展框图如图２．４所示。??Ｊｅｔｓｏｎ?ＴＸ１??■Ｅ２ＺＳ３Ｂ?？?ＶＤＤＪＷ?—３３Ｖ／５Ｖ?卜叫?Ｐｏｗｅｒ?ｉ?ＵＳＢ０?＜?Ｕ??￣ｃ＝＾＝＾?ｒ－—Ｓ．」??「―涵?？ＵＡＲＴｌ?ｊ?上二?臟〕＾?Ｔｙｐｅ?Ａ??Ｉ?■?？ｕｅｔｅｏｔｈ?Ｈ——？ＵＡＲＴ７，?Ｊ?——＾??ｒ—一―＝＝ＥＰ＝＾ｗｉＦｉ／Ｍ〇ｄｅｍ??ｃ〇ｄ？．ＭｆＳｃ＿￣￣ＫＺＳＳＺＤ???＿＿Ｈ——?Ｌｉ?Ｉ?——啦２１?臟：??Ｋｓｐｔａｖ／Ｔｏｕｄ．?■－？?？ｓｐａ?Ｔｅｇｒａ?ＸＩ?１?ｐａｏｍ?’??Ｌ—￣［：：二呻￣￣??■＜?？ＳＰＩＸ??ｊ?ＯＰｔｊ＾?？?．?ＯＳ－ＪＭ??Ｍｉｓｃ?Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ?＾?？?Ｉ２Ｓ１???ｉ?ＤＰＯ??？＊?■?：?，ｄ？＊／Ｗ５Ｍｉ?■?：?１???ｋ?？?６ＰＩＯｓ／Ｃｏｎｔｒｏｌ?１?ＧＰｌＯｊ／ＣｏｎＯｏＴ＜?？ｊｙ：?？？?．?Ｉ??ＷｉＦｉ／Ｍｏｄｅｍ??？?ＣＴＩＯｔ／Ｃｏｎｔｒ＇＾ｒ?ＩＰＤＯＭ－！?ｆ＾ＭＭＣｌＴ?Ｈｃ＇Ｓｍ?＜?Ｃａｍｅｒａ???Ｈ——ＡＵＤｉｏ
【参考文献】：
期刊论文
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[2]医用便携式内窥镜关键技术及未来发展方向[J]. 尤若宁,许海树,张明旭,周文光. 医疗卫生装备. 2017(03)
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博士论文
[1]众核GPU体系结构相关技术研究[D]. 陈钢.复旦大学 2011
硕士论文
[1]基于NanEye 2D微型图像传感器的内窥镜成像系统设计[D]. 石汶奇.华中师范大学 2019
[2]基于嵌入式GPU的工业检测智能相机系统硬件设计[D]. 宋俊男.浙江大学 2018
[3]基于深度学习的无线胶囊内窥镜小肠病变自动检测研究[D]. 徐兰猛.杭州电子科技大学 2018
[4]多层PCB层叠结构设计及分析[D]. 井探亮.内蒙古大学 2017
[5]医用电子内窥镜系统的设计与实现[D]. 汪正道.重庆邮电大学 2017
[6]基于嵌入式GPU的数码印花缺陷检测系统硬件设计[D]. 刘铭.浙江大学 2017
[7]高清电子内窥镜嵌入式信号处理技术研究[D]. 叶伟.浙江大学 2013
[8]胶囊内窥图像识别研究[D]. 李凯旋.南方医科大学 2012
[9]高清晰医用电子内窥镜关键技术研究[D]. 叶斌.浙江大学 2011
[10]内窥镜图像高清处理系统硬件设计[D]. 户贯涛.浙江大学 2008
本文编号：3087659
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