[發明專利]一種醫用X射線CCD型數字攝像機

無效

• 申請號: 200810017593.7
• 申請日: 2008-03-04
• 公開（公告）號: CN101254110A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 牟軒沁;牛佳;馬柯;張夷齋;張楠;趙艷
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: A61B6/03
• 分類號: A61B6/03;H04N5/32;H04N5/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 張震國

技術領域

本發明涉及醫學X射線成像領域，具體涉及一種醫用X射線CCD型數字攝像機。

背景技術

X射線成像技術是醫學領域中疾病診斷最常用的技術之一，其發展趨勢是成像更快，圖像質量更高，操作更方便和全數字化。

目前常用的數字化成像所采用的方法有兩種，一種是通過硬件采集圖像到計算機中，利用軟件進行校正和處理之后進行存儲和顯示，缺點是無法實現高速實時，而且必須跟主控計算機相連接，設計和使用都不方便，穩定性差；另一種是完全通過硬件實現，速度快而且穩定性好。目前一般采用的硬件實現方法是采用專用芯片設計，缺點是靈活性差，成本高，或者采用MCU加可編程器件的設計，缺點是可擴展性差，設計復雜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種設計靈活、結構簡潔緊湊、使用方便，可靠穩定，成本低，能夠完成CCD輸出圖像的采集、校正、處理、存儲、顯示和X射線自動曝光增益控制的醫用X射線CCD型數字攝像機。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：包括帶有鏡頭的CCD，CCD的輸出端與AD模數轉換芯片、CCD前端時序控制芯片相連，AD模數轉換芯片和CCD前端時序控制芯片的輸出端通過AD驅動模塊和CCD時序驅動模塊與FPGA相連，FPGA還連接有負責保存FPGA的配置文件并且在攝像機上電時對FPGA進行配置FPGA配置芯片，AD模數轉換芯片的數據輸出端通過FPGA內部的圖像輸入接口模塊接入到FPGA中，FPGA內的X射線自動曝光增益控制模塊完成自動曝光增益控制后由圖像采集與校正處理模塊和圖像存儲與顯示控制模塊處理后輸出的圖像數據信號和視頻顯示控制信號通過視頻DA轉換芯片接入到通過0顯示終端和通道1顯示終端進行顯示，或經LVDS驅動芯片輸出數字圖像數據由采集卡進行采集，FPGA還通過內部的存儲控制器模塊與存儲器組相連，通過DA轉換芯片光藕芯片和X射線機接口相連，通過RS232轉換芯片與主控設備接口及驅動鏡頭的鏡頭馬達相連接。

本發明的FPGA還具有圖像采集與校正處理模塊，圖像存儲與顯示控制模塊和NiosII軟核微處理器及其接口模塊30，NiosII軟核微處理器及其接口模塊包括微處理NiosII軟核、第1接口模塊和第2接口模塊，其中第1接口模塊連接NiosII軟核和圖像采集與校正處理模塊，第2接口模塊連接NiosII軟核和圖像存儲與顯示控制模塊；圖像采集與校正處理模塊的AD驅動模塊，CCD時序驅動模塊，圖像輸入接口模塊和X射線自動曝光增益控制模塊通過第1接口模塊與NiosII軟核相連，實現NiosII軟核對AD的增益；圖像采集與校正處理模塊內部還包括第1SDRAM控制器模塊，以及依次連接的伽瑪校正模塊，壞點校正模塊，非均勻性校正模塊，基于運動估計的自適應圖像遞歸濾波處理模塊，圖像增強處理模塊和圖像顯示均衡處理模塊，上述各個模塊通過第1接口模塊與NiosII軟核相連，實現NiosII軟核對各個模塊工作情況的監控；壞點校正模塊包括依次連接的壞點測試模塊，壞點坐標隊列模塊，坐標比較模塊，插值補償模塊和壞點校正控制接口模塊，插值補償模塊通過壞點校正控制接口模塊與第1接口模塊相連接，并由NiosII軟核配置接口對是否進行壞點校正做出控制；非均勻性校正模塊包括非均勻性校正控制接口模塊，非均勻性校正計算模塊，橫向校正參數產生模塊和縱向校正參數產生模塊，其中橫向校正參數產生模塊和縱向校正參數產生模塊分別在水平和垂直方向上針對影像增強儀線性加拋物面性的特性所造成的圖像失真進行校正，非均勻性校正控制接口模塊分別與第1接口模塊，非均勻性校正計算模塊，橫向校正參數產生模塊和縱向校正參數產生模塊相連接，實現NiosII軟核分別對水平方向，垂直方向上的線性校正幅度和拋物面性校正幅度的控制；基于運動估計的自適應圖像遞歸濾波處理模塊包括中值濾波模塊，運動估計模塊，遞歸濾波處理模塊和遞歸濾波控制接口模塊，其中中值濾波模塊包括中值計算模塊和兩個RAM，運動估計模塊中包括搜索模塊，搜索結果處理模塊和RAM組，通過與第1SDRAM控制器模塊的通信訪問幀緩存數據，采用SAD絕對誤差為評判標準，完成全搜索塊匹配運動估計算法并輸出運動矢量，遞歸濾波模塊包括遞歸濾波計算模塊，濾波控制模塊和RAM組，與第1SDRAM控制器模塊通信訪問幀緩存數據，并利用輸入的運動矢量完成遞歸濾波算法，其中的濾波控制模塊完成搜索質量下降時遞歸濾波輸出到中值濾波輸出的切換，遞歸濾波控制接口模塊分別與第1接口模塊，運動估計模塊和遞歸濾波模塊相連接，實現NiosII軟核對濾波效果的控制；圖像增強處理模塊包括增強處理控制接口模塊，歸一化計算模塊，計算單元，RAM和寄存器，增強處理控制接口模塊分別與第1接口模塊，歸一化計算模塊和多個計算單元相連接，實現NiosII軟核對濾波效果的控制；圖像存儲與顯示控制模塊內部包括Overlay字符疊加數據輸入管理模塊，Overlay數據輸出管理模塊，Overlay數據疊加模塊，圖像數據輸入存儲管理模塊，通道0圖像數據輸出管理和顯示控制模塊，通道0雙線性插值模塊，通道0伽瑪校正模塊，通道1圖像數據輸出管理和顯示控制模塊，通道0輸出管理模塊模塊，通道1伽瑪校正模塊，視頻控制信號產生模塊和第2SDRAM控制器模塊，上述各個模塊與第2接口模塊相連接，實現NiosII軟核對各個模塊工作情況的監控；所述的伽瑪校正模塊包括針對CCD的伽瑪校正模塊，通道0顯示伽瑪校正模塊和通道1顯示伽瑪校正模塊，其內部使用的LUT查找表由雙端口RAM構成，該RAM的寫端口直接與NiosII軟核的Avalon總線連接，實現NiosII軟核對校正幅度的控制；通道0雙線性插值模塊和通道0輸出管理模塊包括兩個寄存器REG，兩個RAM，兩個計算單元，兩個選擇器和雙線性插值控制接口模塊，選擇器輸出水平方向上進行插值之后的像素序列，選擇器輸出垂直方向上進行插值之后的像素序列，雙線性插值控制接口模塊與選擇器和第2接口模塊相連接，實現NiosII軟核對是否進行雙線性插值做出控制；圖像數據輸入存儲管理模塊和圖像輸出管理和顯示模塊配合，通過與第2SDRAM控制器模塊的通信實現圖像數據在2SDRAM中的存儲，實現與NiosII軟核的通信，通過LVDS驅動芯片輸出數字圖像數據給采集卡，同時通過視頻DA轉換芯片雙通道輸出模擬信號給顯示終端，并且在雙通道顯示終端上顯示不同的圖像以便對比，支持垂直鏡像，水平鏡像，垂直加水平鏡像顯示功能；所述的視頻控制信號產生模塊輸出多種制式的視頻顯示控制信號，適用于不同類型的顯示終端；Overlay數據輸入存儲管理模塊通過一個FIFO直接和NiosII軟核相連接，FIFO寫端口和Avalon總線相連接，讀端口和Overlay數據輸入存儲管理模塊相連接，通過NiosII軟核輸入Overlay數據，通過與第2SDRAM控制器模塊的通信實現Overlay數據在2SDRAM中的緩存，配合Overlay輸出管理模塊輸出給Overlay數據疊加控制模塊與圖像數據進行疊加，最終在顯示終端上顯示疊加了菜單信息和消隱圓的X射線圖像，實現與NiosII軟核的通信；NiosII軟核通過內部的SDRAM控制器和外部的SDRAM存儲器進行通信，通過內部的Flash控制器與Flash存儲器進行通信，通過內部的串口控制器和外部的串口進行通信，NiosII軟核平臺上的軟件管理系統完成Flash中攝像機參數配置的存取，提供用戶使用界面，通過串口連接主控設備接口，并按照主控設備發送的命令做出相應的工作參數的修改，實現人機交互。