本文關鍵詞：基于FPGA硬件JPEG壓縮器的無線膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)

  更多相關文章： 無線膠囊內(nèi)窺鏡 便攜式接收器 JPEG壓縮算法 FPGA 無線供能

【摘要】：隨著消化道疾病逐漸成為困擾人們健康的一大主要原因,消化道疾病的檢測技術也隨之快速發(fā)展。無線膠囊內(nèi)窺鏡克服了傳統(tǒng)探頭內(nèi)窺鏡檢測過程及其痛苦、存在創(chuàng)傷等弊病,成為消化道疾病的檢測和治療的發(fā)展趨勢。自2000年Given Image公司推出全球第一款無線膠囊內(nèi)窺鏡,無線膠囊內(nèi)窺鏡在姿態(tài)控制、膠囊定位、能量供給、圖像采集等各方面都有很大的發(fā)展。但無線內(nèi)窺鏡應用于消化道疾病診斷和治療還需要進一步提高其功能性和性能。本文依托于國家自然科學基金項目(No.31271069)、國家自然科學基金青年基金(No.30800235)和上海交通大學醫(yī)工(理)交叉基金(No.YG2013MS24),針對無線膠囊內(nèi)窺鏡圖像采集和能量供給兩個方面進行了深入研究,研制出一種基于FPGA硬件JPEG壓縮器的無線膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)原型樣機。該系統(tǒng)一方面通過采用體外無線供能的方式,消除現(xiàn)有無線膠囊內(nèi)窺鏡工作時間短的缺陷,另一方面通過FPGA內(nèi)部集成硬件JPEG壓縮器,提高了無線膠囊內(nèi)窺鏡的圖像采集幀率,能夠達到8~10幀的采集幀率。理論上可用于消化道連續(xù)視頻采集,為研制診療膠囊系統(tǒng)提供了可靠試驗平臺。論文從以下幾個方面對無線膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)進行了闡述:首先針對整個系統(tǒng)涉及的關鍵技術如圖像采集、無線傳輸和能量供給等進行理論分析,提出合理的設計方案。其次根據(jù)系統(tǒng)方案設計,從硬件和軟件方面詳細介紹無線膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的實現(xiàn)。硬件部分設計要包括體內(nèi)圖像膠囊和便攜式接收器的設計以及無線供能的實現(xiàn)。按照功能模塊進行劃分,具體介紹了CMOS圖像采集模塊、NRF無線傳輸模塊、SD卡存儲模塊、FT245_USB傳輸模塊和無線供能模塊等主要模塊。軟件部分從三大部分體內(nèi)圖像膠囊控制系統(tǒng)、便攜式接收器軟件系統(tǒng)和PC端MFC應用軟件進行介紹。并具體介紹了系統(tǒng)內(nèi)部模塊實現(xiàn)和控制流程。針對無線膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)涉及的關鍵算法:基于FPGA的JPEG壓縮算法,本文從算法原理和FPGA實現(xiàn)兩個方面進行了詳細闡述。算法具體涉及了二維離散余弦變換器、頻率量化器、游程編碼器、變長編碼器、哈弗曼編碼器等子模塊。最后對系統(tǒng)進行試驗測試,開展了三個實驗:無線供能實驗、JPEG壓縮驗證實驗和圖像采集實驗。經(jīng)實驗,無線供能模塊最大能夠?qū)崿F(xiàn)1000mw的能量供給,JPEG壓縮器最大能夠?qū)崿F(xiàn)95%的壓縮比,整個系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)8~10fps的圖像采集幀率。
【關鍵詞】：無線膠囊內(nèi)窺鏡 便攜式接收器 JPEG壓縮算法 FPGA 無線供能
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH776.1;TN791
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 課題研究背景與意義12-14
• 1.2 無線膠囊內(nèi)窺鏡的研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 無線膠囊內(nèi)窺鏡的主動控制技術14-16
• 1.2.2 無線膠囊內(nèi)窺鏡的供能研究16-17
• 1.2.3 無線膠囊內(nèi)窺鏡的定位技術研究17
• 1.2.4 提高無線膠囊內(nèi)窺鏡成像質(zhì)量的研究17-18
• 1.3 課題主要研究內(nèi)容18
• 1.4 本文結(jié)構(gòu)18-20
• 第二章 系統(tǒng)方案設計20-27
• 2.1 系統(tǒng)總體設計20
• 2.2 圖像采集方案20-21
• 2.3 數(shù)字圖像壓縮解決方案21-23
• 2.4 無線通信方案23-24
• 2.5 系統(tǒng)能量供給方案設計24-25
• 2.6 低功耗方案25-26
• 2.7 微型化方案26-27
• 第三章 系統(tǒng)硬件設計27-40
• 3.1 體內(nèi)圖像膠囊硬件設計27-32
• 3.1.1 FPGA核心控制模塊設計27-28
• 3.1.2 CMOS圖像采集模塊28-30
• 3.1.3 NRF無線傳輸模塊30-31
• 3.1.4 電源管理模塊31-32
• 3.2 便攜式圖像接收器硬件設計32-36
• 3.2.1 STM32核心控制模塊32-33
• 3.2.2 SD卡存儲模塊33-34
• 3.2.3 LCD觸屏顯示控制模塊34
• 3.2.4 FT245_USB傳輸模塊34-35
• 3.2.5 電源管理模塊35-36
• 3.3 無線供能模塊設計36-39
• 3.3.1 無線供能模原理概述36-38
• 3.3.2 無線供能模塊電路設計38-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第四章 系統(tǒng)軟件設計40-53
• 4.1 軟件總體設計40-41
• 4.2 圖像膠囊內(nèi)部軟件模塊41-45
• 4.2.1 CMOS圖像采集控制器42-43
• 4.2.2 NRF無線收發(fā)控制器43-45
• 4.3 便攜式接收器軟件模塊45-49
• 4.3.1 ucos-ii操作系統(tǒng)46
• 4.3.2 FATFS文件系統(tǒng)及其移植46-47
• 4.3.3 用戶任務設計47-49
• 4.4 基于MFC的應用軟件49-52
• 4.4.1 VS2010與MFC49-50
• 4.4.2 FT245_USB數(shù)據(jù)讀寫50
• 4.4.3 ACCESS數(shù)據(jù)庫存儲50-52
• 4.4.4 應用程序操作流程52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 第五章 基于FPGA的JPEG壓縮算法硬件實現(xiàn)53-71
• 5.1 JPEG壓縮算法描述53-62
• 5.1.1 算法總體結(jié)構(gòu)53-54
• 5.1.2 圖像預處理54-55
• 5.1.3 二維離散余弦變化55-57
• 5.1.4 頻率量化57-58
• 5.1.5 差分編碼58
• 5.1.6 游程編碼58-59
• 5.1.7 變長編碼59-60
• 5.1.8 哈弗曼編碼60-62
• 5.2 JPEG算法在FPGA中實現(xiàn)62-70
• 5.2.1 輸入預處理器62-65
• 5.2.2 JEPG壓縮核65-68
• 5.2.3 輸出控制器68
• 5.2.4 復位控制器68-69
• 5.2.5 邏輯綜合69-70
• 5.3 本章小結(jié)70-71
• 第六章 系統(tǒng)實驗測試71-77
• 6.1 JPEG壓縮算法驗證實驗71-74
• 6.1.1 壓縮算法評價標準71-72
• 6.1.2 壓縮實驗及其結(jié)果分析72-74
• 6.2 圖像采集實驗74-75
• 6.3 無線供能模塊驗證實驗75-77
• 第七章 總結(jié)與展望77-79
• 7.1 系統(tǒng)工作總結(jié)77-78
• 7.2 工作展望78-79
• 參考文獻79-86
• 致謝86-87
• 攻讀碩士學位期間已發(fā)表或錄用的論文87-88
• 攻讀碩士學位期間申請專利88-89
• 攻讀碩士學位期間科技競賽獲獎89-90
• 附件90

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李韙韜,王惠南;膠囊內(nèi)窺鏡的研究進展[J];醫(yī)療設備信息;2005年02期

2 張艷輝;黃戰(zhàn)華;;膠囊內(nèi)窺鏡技術的研究進展[J];現(xiàn)代儀器;2006年04期

3 李弋可;王文興;顏國正;;消化道膠囊內(nèi)窺鏡的磁引導驅(qū)動[J];北京生物醫(yī)學工程;2008年04期

4 辛文輝;顏國正;王文興;;膠囊內(nèi)窺鏡無線供能模塊的研制[J];上海交通大學學報;2010年08期

5 任紅蕪;;膠囊內(nèi)窺鏡動力裝置的幾種設想[J];科技信息;2011年02期

6 顧衛(wèi)忠;;無線膠囊內(nèi)窺鏡的研究進展和討論[J];中國醫(yī)療設備;2011年08期

7 趙杰;李華峰;;膠囊內(nèi)窺鏡[J];數(shù)字技術與應用;2011年11期

8 劉剛;顏國正;劉華;朱柄全;;間歇工作圖像膠囊內(nèi)窺鏡的設計與實驗[J];光學精密工程;2012年10期

9 葉波;孫珍軍;鄧超;程興國;彭菊紅;張鴻海;劉勝;;膠囊內(nèi)窺鏡主動控制研究[J];湖北大學學報(自然科學版);2014年01期

10 張煒;李潔;陳英俊;黃平;;被動式膠囊內(nèi)窺鏡在小腸內(nèi)運動的力學分析[J];工程設計學報;2006年05期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 聶澤東;王磊;;可吞咽式電子膠囊的發(fā)展與展望[A];第十屆中國科協(xié)年會論文集（三）[C];2008年

2 關玉霞;陸秋香;;膠囊內(nèi)窺鏡的臨床應用及護理[A];全國內(nèi)科護理學術交流暨專題講座會議論文匯編[C];2003年

3 李國麗;李劍平;王群京;胡存剛;韓衛(wèi)星;詹月紅;;膠囊內(nèi)窺鏡的驅(qū)動磁場二維仿真及實驗研究[A];計算機技術與應用進展——全國第17屆計算機科學與技術應用（CACIS）學術會議論文集（上冊）[C];2006年

4 劉建青;黃平;徐強;;無線膠囊內(nèi)窺鏡CMOS攝像模塊的設計與制作[A];2009年廣東先進制造技術(佛山)活動周文集[C];2009年

5 王桂萍;;介紹膠囊內(nèi)窺鏡的檢查及檢查前中后的護理[A];全國內(nèi)科護理學術交流暨專題講座會議論文匯編[C];2003年

6 鄧干臻;;微型膠囊內(nèi)鏡探查犬降結(jié)腸[A];中國畜牧獸醫(yī)學會——第三屆中國獸醫(yī)臨床大會論文集[C];2012年

7 劉建青;黃平;徐強;;無線膠囊內(nèi)窺鏡CMOS攝像模塊的設計與制作[A];2009海峽兩岸機械科技論壇論文集[C];2009年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 電腦報 陳平;小膠囊 大智慧[N];電腦報;2009年

2 本報記者 郭偉;膠囊內(nèi)窺鏡：藏著攝像頭的小“藥丸”[N];河北日報;2010年

3 崔文昊;膠囊內(nèi)窺鏡技術中國專利申請分析[N];中國知識產(chǎn)權報;2013年

4 本報記者 章迪思;體內(nèi)偵察兵不懼“斷電”[N];解放日報;2010年

5 李寶洪;神奇的膠囊內(nèi)窺鏡[N];湖北日報;2001年

6 記者 李志峰;我市金山科技集團躋身中國民企雙50強[N];重慶日報;2008年

7 張清楠;膠囊內(nèi)窺鏡領域中國專利申請態(tài)勢分析[N];中國知識產(chǎn)權報;2013年

8 記者 張衛(wèi)華;光電子創(chuàng)造人體“導彈”[N];湖北日報;2012年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 郝海青;膠囊內(nèi)窺鏡的三維磁耦合感應式無線電能傳輸技術研究[D];華南理工大學;2015年

2 周曲;無線膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)及內(nèi)窺圖像反降晰研究[D];上海交通大學;2007年

3 潘國兵;無線膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)及內(nèi)窺圖像中出血智能識別研究[D];上海交通大學;2010年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陸瑞毓;膠囊內(nèi)窺鏡電路設計與主動控制研究[D];華中科技大學;2007年

2 沈健;膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的研究[D];南京航空航天大學;2006年

3 高鳴源;磁導式膠囊內(nèi)窺鏡力學建模與系統(tǒng)研制[D];華中科技大學;2010年

4 胡程志;微型膠囊內(nèi)窺鏡電磁驅(qū)動設計與主動控制研究[D];華中科技大學;2010年

5 徐金馗;微型圖像膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)研究[D];上海交通大學;2007年

6 陳振知;磁驅(qū)動式主動控制膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的研制[D];華中科技大學;2011年

7 梁華錦;膠囊內(nèi)窺鏡驅(qū)動系統(tǒng)的設計與研究[D];華南理工大學;2012年

8 邱祥玲;無線膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的研究[D];上海交通大學;2010年

9 韋雪玲;膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)無線通信技術研究[D];上海交通大學;2015年

10 楊扎史;基于無線供能的膠囊內(nèi)窺鏡圖像采集系統(tǒng)[D];上海交通大學;2015年

，

本文編號：916514