医用电子内窥镜畸变实时校正系统的视频控制

摘要：为进一步研究和分析内窥镜实施矫正系统并探索内窥镜畸变问题，本文重点加强了对电子内窥镜畸变原理的阐述，同时阐述了实际运用的原理。为能够完成灰度以及像素点几何位置的校正，采用了点阵样版矫正法。在本文中，系统采用点阵样板矫正方法，以找到理想像和实际像的关系，完成对像素点几何位置和灰度的矫正。其控制中心采用FP-GA，再对I2C 串行总线通信进行设计，协调编码器和解码器的同步控制，以实现内窥镜畸变实时矫正功能。

关键词：医用电子内窥镜 畸变 实时矫正系统 视频控制

中图分类号：TH773 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）06-0002-01

1 系统的原理与实现

畸变属于单色像差，它是指轴外点在镜像上的实际成像和理想成像的高度差。而畸变矫正，主要就是指将退化的图像进行恢复。

在实际的应用过程中，必须要对已经畸形的实际成像做好转变工作，转变的前提就是要做好多项式的拟合工作，这是转变的关键一步，通过转变，其能得到理想中的成像效果。对畸形的成像进行矫正主要有两个方面，第一是对几何位置进行矫正，其主要是对像素坐标空间进行利用，该像素空间具有几何法对原图像进行转变的主要特点，像素点和畸变点是已经被知晓的，对这两点的对应关系进行利用，多项式的系数能有效的完成拟合工作，在恢复畸变点的变换过程中，获得的系数主要起着重要的奠基作用。在经过几何的校正之后，数据已经发生了改变，不具备之前整数的特性，这就需要进一步的灰度校正。第二，灰度校正，通过对灰度插值进行利用能够完成该点的灰度计算工作，通过对这个灰度值进行有效的应用，原图像中的像素点的填充工作也能顺利完成。

在所有的样本中，点阵样本是比较符合标准的一个，其主要由原点的组成，通过对原点记性有规律的排列，来完成样本。其实在一般情况下，光学系统本身就具有畸变的特性，对点阵样本进行使用的过程中，光学系统产生的图像已经出席那里偏差，因为其本身就具有灵变性，与之前的实心圆已经大不相同，系统的光学中心的估算工作离不开畸变圆点的中心，这就需要用圆近似重心的点来对它进行替代。之后将光学的中心作为基点，选取的几个圆点中心坐标，形成一定的对应关系，对样本理想进行利用，从而对设计参数和光学系统的放大率进行充分的利用，可以得出样板理想像，所得出的像具有不失真的主要特点，理想像和实际像的拟合工作也非常重要，需要得出两者的函数关系，并且对三次样条插值多项式进行利用。通过该函数能够完成几何位置的矫正工作，灰度校正的方法也具有多样性的特点，除了接插值以外，还有双线性内插和高阶插值等，但是因为前两种方法容易受到实际的要求，难以突破FPGA运算速度的束缚，所以在实际采用中，主要是采用阶插值法对灰度进行矫正，校正点的灰度选取具有一定的规则，选取的点要满足离几何校正所得坐标最近。

2 硬件的构成与功能

这里所说的畸变实时矫正系统的功能，其实就是对视频图像的处理，主要是缓存、编码和校正等。复合视频信号从摄像头输出之后，需要经过一系列的处理，将其所产生的噪声进行处理，放大所需的信号，并控制好自动增益等。在经过处理之后，视频信号会被送入相应的解码器，使其转化为数字图像。这些数字图像需要根据具体的情况进行分类，一般分为偶场和奇场，并将数据信号分别储存到到存储器中。同时，还要根据图像的内容和顺序来获取需要校正的地址，将其数据信息读出来之后，存入准备好的储存器之中。同时，还需要将上一场的图像从输出存储器中读取出来，再由解码器来对其进行转化，使原本的图像信号变为复合视频信号，并输入到监视器中显示出来，得到我们所需的数据信息。也可经过A/D转换之后直接存储到计算机中。

3 调试的结果

在医用电子内窥镜畸变实时校正系统完成之后，数字图像的编码、模拟图像的解码以及帧存储器的读写控制都将得到实现，如今已经应用于上消化道电子胃镜样机系统中，其运行相较于传统的系统要安全、可靠、稳定很多。在样机系统中，由于样机不能应用于临床，下面将给出点阵样板经电子内窥镜系统所成图像以及其校正的结果。畸变图像从电子内窥镜中输出后，会直接经过图像采集卡得到新的图像，如图所示（图1）。

而视频信号在从电子内窥镜输出之后，会经由畸变实时校正系统，然后得出采集卡采集出来的校正图像，图像的大小为702×576。

从图1、图2中可以看出 ，畸变图像上弯曲的点列 ，校正后恢复到一条直线上，达到了畸变校正的目的。

4 结语

本文介绍了医用电子内窥镜畸变实时校正系统的原理、构成FPGA设计。FPGA作为系统的视频处理器，采用模块化设计，缩短了设计周期，扩展了它的功能。系统工作在PAL制式下，输出校正图像相对输入畸变图像的延时为40ms ，人眼不能察觉，这就证明：电子内窥镜畸变实时校正系统改善了光学系统的畸变失真，实现了在线实时校正畸变的功能。

参考文献

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