作為疾病診療的有效手段,內(nèi)窺鏡可以幫助醫(yī)生精確地發(fā)現(xiàn)病灶并進(jìn)行手術(shù)治療,具有很高的臨床應(yīng)用價(jià)值。隨著4K時(shí)代的到來(lái),將4K技術(shù)應(yīng)用于內(nèi)窺鏡可以使成像更加清晰,色彩更加豐富,讓治療更加精準(zhǔn)有效。但4K圖像具有1080P的4倍數(shù)據(jù)量,實(shí)現(xiàn)4K視頻的實(shí)時(shí)顯示與處理具有很大的挑戰(zhàn)性。本論文研發(fā)了一套基于Core-i7八代處理器,Quadro P1000 GPU的超高清內(nèi)窺鏡軟件系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了 3840*2160分辨率圖像的30fps實(shí)時(shí)采集、解碼、處理與顯示。本文首先基于DirectShow流媒體框架捕獲4K內(nèi)窺鏡的視頻數(shù)據(jù),并將捕獲的MJPEG壓縮數(shù)據(jù)經(jīng)CPU/GPU的異構(gòu)平臺(tái)實(shí)時(shí)解碼,最后將顯存的RGBA數(shù)據(jù)送至OpenGL的紋理內(nèi)存進(jìn)行渲染顯示,圖像的捕獲,JPEG解碼,圖像處理以及顯示框架都經(jīng)過(guò)充分的優(yōu)化以最大限度的降低其延遲。其次為了實(shí)現(xiàn)4K實(shí)時(shí)圖像處理,本文基于Sobel算子在CUDA編程框架上進(jìn)行了優(yōu)化實(shí)驗(yàn),以設(shè)計(jì)與驗(yàn)證CUDA在并行化編程上的優(yōu)化策略,并對(duì)輪廓增強(qiáng)算法從線程配置、內(nèi)存訪問(wèn)模式以及精簡(jiǎn)運(yùn)算操作等方面進(jìn)行了優(yōu)化加速。最后本文設(shè)計(jì)了視頻去噪算法,極大的降低了隨機(jī)噪聲的同... 

【文章來(lái)源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：73 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２擴(kuò)展圖像灰度范圍，減少過(guò)度曝光的圖像區(qū)域??日本的奧林巴斯于２０１５年發(fā)布第一款整合４Ｋ技術(shù)的手術(shù)內(nèi)鏡產(chǎn)品ＶＩＳＥＲＡ??４ＫＵＨＤ，包括攝像系統(tǒng)、超高清氣光源、超高清液晶顯示器以及攝像頭

??的辨認(rèn)，以及操作的準(zhǔn)確性和精確性，總體上光學(xué)成像與手術(shù)的安全性密切相關(guān)。??對(duì)于超高清腹腔鏡，前端的光學(xué)結(jié)構(gòu)部分對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的成像質(zhì)量有著決定性的??影響，為了滿足實(shí)際的醫(yī)學(xué)應(yīng)用需求，其光學(xué)系統(tǒng)需滿足大視嘗小孔徑、光學(xué)??長(zhǎng)度長(zhǎng)和景深大的特性。對(duì)于本論文的４Ｋ腹腔鏡系統(tǒng)，要求視場(chǎng)角為９０°，景??深１５－１００ｍｍ，外徑１０ｍｍ。一個(gè)完整的腹腔鏡光學(xué)系統(tǒng)包物鏡、中繼系統(tǒng)、目鏡，??物鏡實(shí)現(xiàn)體內(nèi)器官的大視場(chǎng)成像功能，中繼系統(tǒng)能延長(zhǎng)光路，并提供轉(zhuǎn)像功能，??目鏡實(shí)現(xiàn)醫(yī)生的目視觀察。圖１．３是一個(gè)最基礎(chǔ)的腹腔鏡光學(xué)系統(tǒng)示意圖［１２］，中??繼系統(tǒng)由于和成像原理關(guān)系不大故未標(biāo)出。??入曈?物鏡?丨：１鏡?出瞳??＇?Ｔ?１?Ｔ＂??－Ｌ?丨?ｎ?ｎ，??圖１．３含有目鏡的腹腔鏡光學(xué)系統(tǒng)示意圖??上述光學(xué)系統(tǒng)是早期人眼直接觀察腹腔鏡所設(shè)計(jì)的，所以在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了目??鏡。而隨著ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等光電成像器件以及高分辨率顯示屏的發(fā)展，采用顯示屏??觀察已是大勢(shì)所趨，并且也從低分辨率逐漸發(fā)展到１０８０Ｐ全高清，如今４Ｋ分辨??率也逐漸開(kāi)始普及。這需要通過(guò)取消目鏡，而將腹腔鏡設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為腹腔鏡物鏡、??中繼系統(tǒng)、等效顯微物鏡三個(gè)部分［１３］，如圖１．４所示：??—次成?二次成?二８：成?四次成?像《??廠?Ｎ．?Ｓｉｆｌ??ｉ???場(chǎng)?ｙ?１?Ｉ?Ｉ?Ｉ?，??Ｉ??＿?額?三組轉(zhuǎn)像系絞?錄物轅??圖１．４顯微物鏡的腹腔鏡光學(xué)系統(tǒng)原理圖??３??

??的辨認(rèn)，以及操作的準(zhǔn)確性和精確性，總體上光學(xué)成像與手術(shù)的安全性密切相關(guān)。??對(duì)于超高清腹腔鏡，前端的光學(xué)結(jié)構(gòu)部分對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的成像質(zhì)量有著決定性的??影響，為了滿足實(shí)際的醫(yī)學(xué)應(yīng)用需求，其光學(xué)系統(tǒng)需滿足大視嘗小孔徑、光學(xué)??長(zhǎng)度長(zhǎng)和景深大的特性。對(duì)于本論文的４Ｋ腹腔鏡系統(tǒng)，要求視場(chǎng)角為９０°，景??深１５－１００ｍｍ，外徑１０ｍｍ。一個(gè)完整的腹腔鏡光學(xué)系統(tǒng)包物鏡、中繼系統(tǒng)、目鏡，??物鏡實(shí)現(xiàn)體內(nèi)器官的大視場(chǎng)成像功能，中繼系統(tǒng)能延長(zhǎng)光路，并提供轉(zhuǎn)像功能，??目鏡實(shí)現(xiàn)醫(yī)生的目視觀察。圖１．３是一個(gè)最基礎(chǔ)的腹腔鏡光學(xué)系統(tǒng)示意圖［１２］，中??繼系統(tǒng)由于和成像原理關(guān)系不大故未標(biāo)出。??入曈?物鏡?丨：１鏡?出瞳??＇?Ｔ?１?Ｔ＂??－Ｌ?丨?ｎ?ｎ，??圖１．３含有目鏡的腹腔鏡光學(xué)系統(tǒng)示意圖??上述光學(xué)系統(tǒng)是早期人眼直接觀察腹腔鏡所設(shè)計(jì)的，所以在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了目??鏡。而隨著ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等光電成像器件以及高分辨率顯示屏的發(fā)展，采用顯示屏??觀察已是大勢(shì)所趨，并且也從低分辨率逐漸發(fā)展到１０８０Ｐ全高清，如今４Ｋ分辨??率也逐漸開(kāi)始普及。這需要通過(guò)取消目鏡，而將腹腔鏡設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為腹腔鏡物鏡、??中繼系統(tǒng)、等效顯微物鏡三個(gè)部分［１３］，如圖１．４所示：??—次成?二次成?二８：成?四次成?像《??廠?Ｎ．?Ｓｉｆｌ??ｉ???場(chǎng)?ｙ?１?Ｉ?Ｉ?Ｉ?，??Ｉ??＿?額?三組轉(zhuǎn)像系絞?錄物轅??圖１．４顯微物鏡的腹腔鏡光學(xué)系統(tǒng)原理圖??３??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]醫(yī)療內(nèi)窺鏡影像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 余杰華.  現(xiàn)代信息科技. 2018(06)
[2]基于再模糊理論的無(wú)參考圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)[J]. 王紅玉,馮筠,牛維,卜起榮,賀小偉.  儀器儀表學(xué)報(bào). 2016(07)
[3]在VB中基于VFW視頻捕獲技術(shù)的研究[J]. 王瑜.  電腦知識(shí)與技術(shù). 2015(31)
[4]基于CUDA和OpenGL互操作的彩色圖像Sobel邊緣檢測(cè)[J]. 李馳新,蘭聰花.  計(jì)算機(jī)科學(xué). 2015(S1)
[5]無(wú)參考圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)綜述[J]. 王志明.  自動(dòng)化學(xué)報(bào). 2015(06)
[6]醫(yī)用內(nèi)窺鏡關(guān)鍵技術(shù)的研究[J]. 陳慶.  中國(guó)醫(yī)療設(shè)備. 2015(04)
[7]BM3D視頻去噪算法實(shí)現(xiàn)與評(píng)估[J]. 李政,劉文江,戎蒙恬,劉太智.  信息技術(shù). 2012(04)
[8]CUDA和OpenGL互操作的實(shí)現(xiàn)及分析[J]. 劉進(jìn)鋒,郭雷.  微型機(jī)與應(yīng)用. 2011(23)
[9]基于GPU的快速Sobel邊緣檢測(cè)算法[J]. 左顥睿,張啟衡,徐勇,趙汝進(jìn).  光電工程. 2009(01)
[10]一種自適應(yīng)的時(shí)空視頻去噪算法[J]. 凌波,葉秀清,顧偉康,杜歆.  電子與信息學(xué)報(bào). 2008(10)

博士論文
[1]視頻圖像降噪關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 譚洪濤.重慶大學(xué) 2010

碩士論文
[1]全高清腹腔鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 高豐.長(zhǎng)春理工大學(xué) 2019
[2]高清內(nèi)窺鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 付艷麗.長(zhǎng)春理工大學(xué) 2018
[3]高清電子醫(yī)用內(nèi)窺鏡圖像增強(qiáng)技術(shù)研究[D]. 章科建.浙江大學(xué) 2018
[4]基于FFmpeg的高清實(shí)時(shí)直播系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 席文強(qiáng).長(zhǎng)安大學(xué) 2017
[5]基于TegraX1的超高清電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[D]. 呂志暢.浙江大學(xué) 2017
[6]基于嵌入式移動(dòng)GPU的圖像編解碼并行優(yōu)化[D]. 龔若皓.西南交通大學(xué) 2015
[7]基于GPU的高性能計(jì)算研究與應(yīng)用[D]. 張唯唯.南京航空航天大學(xué) 2015
[8]圖像和視頻去噪算法的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 張超.復(fù)旦大學(xué) 2014
[9]基于USB接口的高清電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 姚陳昀.浙江大學(xué) 2014
[10]通用GPU計(jì)算技術(shù)在高性能計(jì)算平臺(tái)上的應(yīng)用研究[D]. 沈玉琳.蘭州大學(xué) 2012



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