CN116782037A - 一种低功耗的超高清医用内窥镜摄像头电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低功耗的超高清医用内窥镜摄像头电路，属于医用内窥镜设备领域，该医用内窥镜摄像头电路通过在图像数据解码过程中增加降速编码电路和降速传输电路的方式，在满足超高清图像传输要求的同时降低传输过程对硬件性能的要求，使整个电路***工作在低功耗的状态，从而保证整个摄像头温度适宜，给医生带来舒适的操作体。

Description

一种低功耗的超高清医用内窥镜摄像头电路

技术领域

本发明涉及医用内窥镜领域，具体涉及一种低功耗的超高清医用内窥镜摄像头电路。

背景技术

随着微创手术技术的不断发展，内窥镜手术越来越广泛，内窥镜图像质量对内窥镜手术过程具有重要的影响。目前基于1080P图像传感器的内窥镜摄像***已经普及，但由于人体内组织颜色相近，对图像的精细度和层次感要求很高，所以提高图像的精细度和层次感是内窥镜摄像***发展的一个重要方向。影响图像精细度和层次感的主要因素之一就是图像传感器的像素。图像传感器的像素越高，在相同尺寸图像上的像素就越精细，晶格就越小,显示的图像就越细致。同时提高图像传感器的像素，可以提高图像的垂直分辨率，由于人眼对于图像的垂直分辨率敏感，高垂直分辨率的图像人眼能够识别更多的细节和层次。因此更高像素的内窥镜摄像头将会给医生带来更好的操作体验。按照传统的摄像头硬件架构，高像素图像传感器需要采用高性能的处理器进行数据处理和远距离实时传输，这将导致硬件的整体功耗大幅增加，摄像头温升急剧升高，而医生做手术过程需要长时间手握摄像头，过高的温度将严重影响医生的操作，甚至影响手术效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种低功耗的超高清医用内窥镜摄像头电路，以解决原有医用内窥镜摄像头的硬件电路在超高清应用中升温较高，影响手术使用的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种低功耗的超高清医用内窥镜摄像头电路，包括图像采集单元、图像数据处理单元、控制单元和数据发送单元；

图像数据处理单元包括输入逻辑模块、图像数据转换模块和数据输出模块，输入逻辑模块与图像转换模块电连接，图像数据转换模块与数据输出模块电连接；

数据发送单元包括数据输入模块、串行编码模块和发送驱动模块，发送驱动模块包括预加重子模块，数据输入模块与串行编码模块电连接，串行编码模块与发送驱动模块电连接；

图像采集单元、图像数据处理单元和数据发送单元分别与控制单元电连接，图像采集单元与图像数据处理单元电连接，图像数据处理单元与数据发送单元电连接；

图像数据转换模块包括数据解码子模块、降速编码子模块和降速传输子模块，数据解码子模块与降速编码子模块电连接，降速编码子模块与降速传输子模块电连接，数据解码子模块用于完成数据解码和拆分，降速编码子模块用于适配降速传输对数据重新编码，降速传输子模块为分立的速率不高于500Mbps的缓冲模块，图像数据经数据解码子模块解码后，发送至降速编码子模块完成降速编码，然后将数据发送至降速传输子模块；

发送驱动模块还包括数据均衡子模块，数据均衡子模块与预加重子模块电连接，数据均衡子模块用于提高数据传输稳定性，数据均衡子模块将图像数据进行均衡处理后再发送至预加重子模块。

本发明的有益效果在于：通过在图像数据转换解码过程中增加降速编码电路和降速传输电路的方式，在满足超高清图像传输要求的同时降低传输过程对硬件性能的要求，使各组成模块的功耗较低，整个电路***工作保持在低功耗的状态，可以稳定转换和传输像素不低于3840*2160的图像数据，使摄像头总体功耗可以控制在2.7W以内，从而在提高摄像头像素改善图像的精细度和层次感的同时使摄像头表面温度维持在41℃以内，给医生带来了舒适的操作体验。

附图说明

图1低功耗的超高清医用内窥镜摄像头电路示意图；

图2图像数据处理单元示意图；

图3数据发送单元示意图；

图4图像数据转换模块示意图；

图5发送驱动单元示意图；

图6为本发明实施列的图像传感器子模块；

图7为本发明实施列的输入逻辑模块；

图8为本发明实施列的降速传输子模块；

图9为本发明实施列的数据输入模块；

图10为本发明实施列的串行编码模块；

图11为本发明实施列的发送驱动模块。

标号说明：

1、图像采集单元；2、图像数据处理单元；3、控制单元；4、数据发送单元；

21、输入逻辑模块；22、图像数据转换模块；23、数据输出模块；

221、数据解码子模块；222、降速编码子模块；223、降速传输子模块；

41、数据输入模块；42、串行编码模块；43、发送驱动模块；

431、数据均衡子模块；432、预加重子模块。

具体实施方式

为了使得本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例的附图，对本发明的实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

一种低功耗的超高清医用内窥镜摄像头电路，包括图像采集单元、图像数据处理单元、控制单元和数据发送单元；

图像数据处理单元包括输入逻辑模块、图像数据转换模块和数据输出模块，输入逻辑模块与图像转换模块电连接，图像数据转换模块与数据输出模块电连接；

数据发送单元包括数据输入模块、串行编码模块和发送驱动模块，发送驱动模块包括预加重子模块，数据输入模块与串行编码模块电连接，串行编码模块与发送驱动模块电连接；

图像采集单元、图像数据处理单元和数据发送单元分别与控制单元电连接，图像采集单元与图像数据处理单元电连接，图像数据处理单元与数据发送单元电连接；

图像数据转换模块包括数据解码子模块、降速编码子模块和降速传输子模块，数据解码子模块与降速编码子模块电连接，降速编码子模块与降速传输子模块电连接，数据解码子模块用于完成数据解码和拆分，降速编码子模块用于适配降速传输对数据重新编码，降速传输子模块为分立的速率不高于500Mbps的缓冲模块，图像数据经数据解码子模块解码后，发送至降速编码子模块完成降速编码，然后将数据发送至降速传输子模块；

发送驱动模块还包括数据均衡子模块，数据均衡子模块与预加重子模块电连接，数据均衡子模块用于提高数据传输稳定性，数据均衡子模块将图像数据进行均衡处理后再发送至预加重子模块。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过在图像数据转换解码过程中增加降速编码电路和降速传输电路的方式，在满足超高清图像传输要求的同时降低传输过程对硬件性能的要求，使各组成模块可采用功耗较低的器件或电路实现，整个电路***工作保持在低功耗的状态，可以稳定转换和传输像素不低于3840*2160的图像数据，使摄像头总体功耗可以控制在2.7W以内，从而在提高摄像头像素改善图像的精细度和层次感的同时使摄像头表面温度维持在41℃以内，给医生带来了舒适的操作体验。

进一步地，图像采集单元包括CMOS图像传感器，CMOS图像传感器的像素大于或者等于3840*2160，CMOS图像传感器的功耗小于或者等于0.6W。

由上述描述可知，图像采集单元采用CMOS图像传感器可以满足超高清图像采集的要求，并能够将功耗控制在0.6W以内，降低摄像头的功耗。

进一步地，图像数据处理单元包括可编程逻辑控制器和分立无源器件，图像数据处理单元的功耗小于或者等于0.6W。

由上述描述可知，图像数据处理单元采用可编程逻辑控制器和分立无源器件实现，可在满足必要的图像处理需要的基础上，尽量减少不必要的功率损耗，并将功耗控制在0.6W以内，降低摄像头的功耗。

进一步地，控制单元为单片机、数字信号处理器或者可编程逻辑控制器，控制单元的功耗小于或者等于0.5W。

由上述描述可知，控制单元可以由单片机、数字信号处理器或者可编程逻辑控制器等多种器件实现，均可使控制单元的工作处于低功耗状态，可以将控制单元的功耗控制在0.5W以内。

进一步地，数据发送单元为时序调理集成电路或者可编程逻辑控制器，数据发送单元的功耗小于或者等于0.8W。

由上述描述可知，数据发送单元由专用集成电路实现或者可编程逻辑控制器件实现，可以完成3米以上的图像数据传输，具有较好的传输距离且能够将功耗控制在0.8W以内，使摄像头总体功耗较低。

为了保持本发明的实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了部分已知功能和已知部件的详细说明。

请参照图，本发明的实施例一为：

一种低功耗的超高清医用内窥镜摄像头电路，包括图像采集单元1、图像数据处理单元2、控制单元3和数据发送单元4。

其中，图像数据处理单元2包括输入逻辑模块21、图像数据转换模块22和数据输出模块23，输入逻辑模块21与图像数据转换模块22电连接，图像数据转换模块22与数据输出模块23电连接。

数据发送单元4包括数据输入模块41、串行编码模块42和发送驱动模块43，发送驱动模块43包括预加重子模块432，数据输入模块41与串行编码模块42电连接，串行编码模块42与发送驱动模块43电连接。

图像采集单元1、图像数据处理单元2和数据发送单元4分别与控制单元3电连接，图像采集单元1与图像数据处理单元2电连接，图像数据处理单元2与数据发送单元4电连接。

图像数据转换模块22包括数据解码子模块221、降速编码子模块222和降速传输子模块223，数据解码子模块221与降速编码子模块222电连接，降速编码子模块222与降速传输子模块223电连接，数据解码子模块221用于完成数据解码和拆分，降速编码子模块222用于适配降速传输对数据重新编码，降速传输子模块223为分立的速率不高于500Mbps的缓冲模块，图像数据经数据解码子模块221解码后，发送至降速编码子模块222完成降速编码，然后将数据发送至降速传输子模块223。

发送驱动模块43还包括数据均衡子模块431，数据均衡子模块431与预加重子模块432电连接，数据均衡子模块431用于提高数据传输稳定性，数据均衡子模块431将图像数据进行均衡处理后再发送至预加重子模块432。

如图6所示，图像采集单元1由输出像素不低于3840*2160的图像传感器和***驱动电路组成；如图7所示，输入逻辑模块21由分立的可接受速率大于1.5Gbps图像数据的差分电路组成，数据解码子模块221和降速编码子模块222由可编程逻辑器件实现；如图8所示，降速传输子模块223由时序逻辑电路和RAM存储器实现；如图9所示，数据输入模块41由可接受速率不高于500Mbps通讯速率的数据缓冲器电路实现；如图10所示，串行编码模块42由并行输入接口、逻辑控制电路、串行编码器、串行器配合实现；如图11所示，发送驱动模块43由数据均衡器，信号预加重驱动器，输出驱动器，信号侦测器配合实现，控制单元3由低功耗的STM32F单片机实现。

本发明的原理为：通过在图像数据解码过程中增加降速编码电路和降速传输电路的方式，降低传输过程对硬件性能的要求，使各组成模块可采用功耗较低的器件或电路实现，图像采集单元和图像数据处理单元可以均使用功耗在0.6W以内的器件，控制单元可以采用功耗在0.5W以内的器件，数据发送单元可以采用功耗在0.8W内的器件，使摄像头总体功耗可以控制在2.7W以内，整个电路***工作保持在低功耗的状态，并且可以稳定转换和传输像素不低于3840*2160的图像数据，能够满足超高清图像传输要求。

整个摄像头控制过程为：控制单元3对图像采集单元1、图像数据处理单元2、数据发送单元4进行协调控制，图像采集单元1采集患者组织的图像数据，并将图像数据发送至图像数据处理单元2进行处理，处理完毕后将数据发送至数据发送单元4完成串行化和数据加强后将数据发送至远端显示处理。

综上所述，本发明提供的一种低功耗的超高清医用内窥镜摄像头电路，通过在图像数据解码过程中增加降速编码电路和降速传输电路的方式，在满足超高清图像传输要求的同时降低传输过程对硬件性能的要求，整个电路***工作保持在低功耗的状态，可以稳定转换和传输像素不低于3840*2160的图像数据，摄像头总体功耗可以控制在2.7W以内，从而在提高摄像头像素改善图像的精细度和层次感的同时使摄像头表面温度维持在41℃以内，给医生带来了舒适的操作体验。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种低功耗的超高清医用内窥镜摄像头电路，包括图像采集单元、图像数据处理单元、控制单元和数据发送单元；

所述图像数据处理单元包括输入逻辑模块、图像数据转换模块和数据输出模块，所述输入逻辑模块与所述图像转换模块电连接，所述图像数据转换模块与所述数据输出模块电连接；

所述数据发送单元包括数据输入模块、串行编码模块和发送驱动模块，所述发送驱动模块包括预加重子模块，所述数据输入模块与所述串行编码模块电连接，所述串行编码模块与所述发送驱动模块电连接；

所述图像采集单元、所述图像数据处理单元和所述数据发送单元分别与所述控制单元电连接，所述图像采集单元与所述图像数据处理单元电连接，所述图像数据处理单元与所述数据发送单元电连接；

其特征在于，所述图像数据转换模块包括数据解码子模块、降速编码子模块和降速传输子模块，所述数据解码子模块与所述降速编码子模块电连接，所述降速编码子模块与所述降速传输子模块电连接，所述数据解码子模块用于完成数据解码和拆分，所述降速编码子模块用于适配降速传输对数据重新编码，所述降速传输子模块为分立的速率不高于500Mbps的缓冲模块，图像数据经所述数据解码子模块解码后，发送至所述降速编码子模块完成降速编码，然后将数据发送至所述降速传输子模块；

所述发送驱动模块还包括数据均衡子模块，所述数据均衡子模块与所述预加重子模块电连接，所述数据均衡子模块用于提高数据传输稳定性，所述数据均衡子模块将图像数据进行均衡处理后再发送至所述预加重子模块。

2.根据权利要求1所述的一种低功耗的超高清医用内窥镜摄像头电路，其特征在于，所述图像采集单元包括CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器的像素大于或者等于3840*2160，所述CMOS图像传感器的功耗小于或者等于0.6W。

3.根据权利要求1所述的一种低功耗的超高清医用内窥镜摄像头电路，其特征在于，所述图像数据处理单元包括可编程逻辑控制器和分立无源器件，所述图像数据处理单元的功耗小于或者等于0.6W。

4.根据权利要求1所述的一种低功耗的超高清医用内窥镜摄像头电路，其特征在于，所述控制单元为单片机、数字信号处理器或者可编程逻辑控制器，所述控制单元的功耗小于或者等于0.5W。

5.根据权利要求1所述的一种低功耗的超高清医用内窥镜摄像头电路，其特征在于，所述数据发送单元为时序调理集成电路或者可编程逻辑控制器，所述数据发送单元的功耗小于或者等于0.8W。