[发明专利]一种医用X射线CCD型数字摄像机

说明书

技术领域

本发明涉及医学X射线成像领域，具体涉及一种医用X射线CCD型数字摄像机。

背景技术

X射线成像技术是医学领域中疾病诊断最常用的技术之一，其发展趋势是成像更快，图像质量更高，操作更方便和全数字化。

目前常用的数字化成像所采用的方法有两种，一种是通过硬件采集图像到计算机中，利用软件进行校正和处理之后进行存储和显示，缺点是无法实现高速实时，而且必须跟主控计算机相连接，设计和使用都不方便，稳定性差；另一种是完全通过硬件实现，速度快而且稳定性好。目前一般采用的硬件实现方法是采用专用芯片设计，缺点是灵活性差，成本高，或者采用MCU加可编程器件的设计，缺点是可扩展性差，设计复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种设计灵活、结构简洁紧凑、使用方便，可靠稳定，成本低，能够完成CCD输出图像的采集、校正、处理、存储、显示和X射线自动曝光增益控制的医用X射线CCD型数字摄像机。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括带有镜头的CCD，CCD的输出端与AD模数转换芯片、CCD前端时序控制芯片相连，AD模数转换芯片和CCD前端时序控制芯片的输出端通过AD驱动模块和CCD时序驱动模块与FPGA相连，FPGA还连接有负责保存FPGA的配置文件并且在摄像机上电时对FPGA进行配置FPGA配置芯片，AD模数转换芯片的数据输出端通过FPGA内部的图像输入接口模块接入到FPGA中，FPGA内的X射线自动曝光增益控制模块完成自动曝光增益控制后由图像采集与校正处理模块和图像存储与显示控制模块处理后输出的图像数据信号和视频显示控制信号通过视频DA转换芯片接入到通过0显示终端和通道1显示终端进行显示，或经LVDS驱动芯片输出数字图像数据由采集卡进行采集，FPGA还通过内部的存储控制器模块与存储器组相连，通过DA转换芯片光藕芯片和X射线机接口相连，通过RS232转换芯片与主控设备接口及驱动镜头的镜头马达相连接。

本发明的FPGA还具有图像采集与校正处理模块，图像存储与显示控制模块和NiosII软核微处理器及其接口模块30，NiosII软核微处理器及其接口模块包括微处理NiosII软核、第1接口模块和第2接口模块，其中第1接口模块连接NiosII软核和图像采集与校正处理模块，第2接口模块连接NiosII软核和图像存储与显示控制模块；图像采集与校正处理模块的AD驱动模块，CCD时序驱动模块，图像输入接口模块和X射线自动曝光增益控制模块通过第1接口模块与NiosII软核相连，实现NiosII软核对AD的增益；图像采集与校正处理模块内部还包括第1SDRAM控制器模块，以及依次连接的伽玛校正模块，坏点校正模块，非均匀性校正模块，基于运动估计的自适应图像递归滤波处理模块，图像增强处理模块和图像显示均衡处理模块，上述各个模块通过第1接口模块与NiosII软核相连，实现NiosII软核对各个模块工作情况的监控；坏点校正模块包括依次连接的坏点测试模块，坏点坐标队列模块，坐标比较模块，插值补偿模块和坏点校正控制接口模块，插值补偿模块通过坏点校正控制接口模块与第1接口模块相连接，并由NiosII软核配置接口对是否进行坏点校正做出控制；非均匀性校正模块包括非均匀性校正控制接口模块，非均匀性校正计算模块，横向校正参数产生模块和纵向校正参数产生模块，其中横向校正参数产生模块和纵向校正参数产生模块分别在水平和垂直方向上针对影像增强仪线性加抛物面性的特性所造成的图像失真进行校正，非均匀性校正控制接口模块分别与第1接口模块，非均匀性校正计算模块，横向校正参数产生模块和纵向校正参数产生模块相连接，实现NiosII软核分别对水平方向，垂直方向上的线性校正幅度和抛物面性校正幅度的控制；基于运动估计的自适应图像递归滤波处理模块包括中值滤波模块，运动估计模块，递归滤波处理模块和递归滤波控制接口模块，其中中值滤波模块包括中值计算模块和两个RAM，运动估计模块中包括搜索模块，搜索结果处理模块和RAM组，通过与第1SDRAM控制器模块的通信访问帧缓存数据，采用SAD绝对误差为评判标准，完成全搜索块匹配运动估计算法并输出运动矢量，递归滤波模块包括递归滤波计算模块，滤波控制模块和RAM组，与第1SDRAM控制器模块通信访问帧缓存数据，并利用输入的运动矢量完成递归滤波算法，其中的滤波控制模块完成搜索质量下降时递归滤波输出到中值滤波输出的切换，递归滤波控制接口模块分别与第1接口模块，运动估计模块和递归滤波模块相连接，实现NiosII软核对滤波效果的控制；图像增强处理模块包括增强处理控制接口模块，归一化计算模块，计算单元，RAM和寄存器，增强处理控制接口模块分别与第1接口模块，归一化计算模块和多个计算单元相连接，实现NiosII软核对滤波效果的控制；图像存储与显示控制模块内部包括Overlay字符叠加数据输入管理模块，Overlay数据输出管理模块，Overlay数据叠加模块，图像数据输入存储管理模块，通道0图像数据输出管理和显示控制模块，通道0双线性插值模块，通道0伽玛校正模块，通道1图像数据输出管理和显示控制模块，通道0输出管理模块模块，通道1伽玛校正模块，视频控制信号产生模块和第2SDRAM控制器模块，上述各个模块与第2接口模块相连接，实现NiosII软核对各个模块工作情况的监控；所述的伽玛校正模块包括针对CCD的伽玛校正模块，通道0显示伽玛校正模块和通道1显示伽玛校正模块，其内部使用的LUT查找表由双端口RAM构成，该RAM的写端口直接与NiosII软核的Avalon总线连接，实现NiosII软核对校正幅度的控制；通道0双线性插值模块和通道0输出管理模块包括两个寄存器REG，两个RAM，两个计算单元，两个选择器和双线性插值控制接口模块，选择器输出水平方向上进行插值之后的像素序列，选择器输出垂直方向上进行插值之后的像素序列，双线性插值控制接口模块与选择器和第2接口模块相连接，实现NiosII软核对是否进行双线性插值做出控制；图像数据输入存储管理模块和图像输出管理和显示模块配合，通过与第2SDRAM控制器模块的通信实现图像数据在2SDRAM中的存储，实现与NiosII软核的通信，通过LVDS驱动芯片输出数字图像数据给采集卡，同时通过视频DA转换芯片双通道输出模拟信号给显示终端，并且在双通道显示终端上显示不同的图像以便对比，支持垂直镜像，水平镜像，垂直加水平镜像显示功能；所述的视频控制信号产生模块输出多种制式的视频显示控制信号，适用于不同类型的显示终端；Overlay数据输入存储管理模块通过一个FIFO直接和NiosII软核相连接，FIFO写端口和Avalon总线相连接，读端口和Overlay数据输入存储管理模块相连接，通过NiosII软核输入Overlay数据，通过与第2SDRAM控制器模块的通信实现Overlay数据在2SDRAM中的缓存，配合Overlay输出管理模块输出给Overlay数据叠加控制模块与图像数据进行叠加，最终在显示终端上显示叠加了菜单信息和消隐圆的X射线图像，实现与NiosII软核的通信；NiosII软核通过内部的SDRAM控制器和外部的SDRAM存储器进行通信，通过内部的Flash控制器与Flash存储器进行通信，通过内部的串口控制器和外部的串口进行通信，NiosII软核平台上的软件管理系统完成Flash中摄像机参数配置的存取，提供用户使用界面，通过串口连接主控设备接口，并按照主控设备发送的命令做出相应的工作参数的修改，实现人机交互。