数字成像系统【117414】数字成像系统介绍
超声内镜数字成像系统
目录第一章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.1.1超声内镜发展[6]~[9] (1)1.1.2医用超声内镜产品现状 (2)1.2医用超声内镜成像系统的基本原理 (3)1.3课题研究内容 (4)第二章超声内镜数字成像系统原理及设计方案 (5)2.1 超声内镜数字成像系统原理 (5)2.1.1超声波的特征参数[11]~[15] (5)2.1.2医学超声扫描成像原理 (6)2.1.3超声内镜数字成像系统的数据处理 (7)2.1.4超声内镜数字成像系统的图像变换与插值 (12)2.2超声内镜数字成像系统整体设计方案 (16)2.2.1 系统的功能需求与性能指标 (16)2.2.2超声内镜数字成像系统方案设计 (17)2.3 本章小结 (18)第三章超声内镜数字成像系统的硬件设计 (19)3.1硬件模块设计 (19)3.1.1电源模块 (19)3.1.2时钟与AD电路模块 (20)3.1.3DA电路模块 (21)3.1.4双SRAM缓存模块 (22)3.1.5USB2.0接口模块 (23)3.2 高速电路设计 (24)3.3.1传输线效应 (24)3.3.2信号完整性 (24)3.3.3高速电路布局布线 (25)3.3本章小结 (27)第四章超声内镜数字成像系统的软件设计 (28)4.1数字成像系统程序设计 (28)4.1.1 FPGA设计流程 (28)4.1.2系统整体时序分析 (29)4.1.3程序模块化划分 (30)4.1.4读写SRAM状态机设计与仿真 (31)4.1.5兼容多种探头的数据处理流程设计 (34)4.1.6CORDIC算法流程 (35)4.1.7增益补偿程序设计 (37)4.2USB2.0程序设计与驱动生成 (37)4.2.1USB2.0通讯协议设计 (37)4.2.2USB2.0固件程序设计与测试 (38)4.2.1 USB2.0固件驱动的生成 (39)4.2.2 USB2.0驱动加载过程与通信接口介绍 (42)4.3本章小结 (46)第五章超声内镜数字成像系统调试与实验 (47)5.1多探头数据处理切换实验 (47)5.2 CORDIC与插值算法成像实验 (48)5.3分段增益补偿调试 (50)5.4超声内镜数字成像系统成像实验 (51)5.4.1实验系统平台搭建 (51)5.4.2旁瓣抑制算法实验结果 (52)5.5本章小结 (53)第六章总结与展望 (54)6.1完成工作总结 (54)6.2进一步工作展望 (54)参考文献 (55)发表论文和参加科研情况说明 (59)致谢 (60)第一章绪论在我国, 胃癌在由恶性肿瘤引起的死亡原因中居首位，且占到世界上胃癌总发病人数的47%，其诊断与治疗在世界上也一直是肿瘤领域的研究热点[1][2]。
医学影像学的数字成像
医学影像学的数字成像数字成像在医学影像学领域中起着重要的作用。
它通过数字技术将医学图像转化为数字形式，并借助计算机进行存储、处理和分析。
数字成像的发展既提高了医学影像的质量和可靠性，又为医生提供了更多的诊断和治疗手段。
本文将重点介绍医学影像学的数字成像技术及其在临床实践中的应用。
一、数字成像技术的发展历程数字成像技术经历了长期的发展过程。
最早的医学影像学检查方法是常规的X射线检查，然而，由于X射线图像质量不高且无法准确测量，这种方法的应用受到了限制。
20世纪70年代，计算机断层扫描（CT）技术的发展促进了数字成像技术的进一步研究。
1980年代，磁共振成像（MRI）和正电子发射断层扫描（PET）等新的成像技术的出现为数字成像技术的发展提供了更多的可能性。
随着计算机处理能力的提高和数字成像技术的不断创新，如今医学影像学的数字成像技术已经成为临床诊疗不可或缺的一部分。
二、数字成像技术的原理和类型数字成像技术主要包括计算机断层扫描（CT）、磁共振成像（MRI）、正电子发射断层扫描（PET）、超声成像和核医学影像等。
这些成像技术都是借助于不同的物理原理实现对人体内部结构和功能的非侵入性检测。
每种成像技术都有其特定的优点和局限性，医生需要根据患者的具体情况选择合适的成像技术。
三、数字成像技术在临床实践中的应用1. 诊断与治疗数字成像技术在医学影像学的临床应用中起到了至关重要的作用。
医生可以通过观察和分析数字成像图像来诊断和评估疾病的发展和治疗效果。
例如，在CT扫描中，医生可以通过观察不同组织的密度变化来诊断肿瘤等疾病。
而MRI则可以更好地展示人体软组织和脑部结构，使医生能够更准确地诊断和治疗患者。
2. 指导手术和介入治疗数字成像技术还可以用于指导手术过程和介入治疗。
例如，医生可以使用CT或MRI图像来制定手术方案，并在手术过程中进行实时引导，使手术更加安全和精确。
此外，通过将数字成像技术与导航系统结合使用，医生可以在介入治疗过程中更好地观察患者内部结构，对病变进行准确定位和治疗。
简述数字成像的原理及应用
简述数字成像的原理及应用1. 原理概述数字成像是一种利用数字技术处理图像的方法，通过将图像转化为离散的数字表示，实现图像的存储、传输、处理和显示。
数字成像的原理主要包括以下几个步骤：1.图像采集：使用光学传感器等设备将场景中的光变换成电信号，将连续的光信号转化为离散的数字信号。
2.数字化：将模拟信号经过采样、量化和编码等处理，将连续的模拟信号转化为离散的数字信号。
采样表示在时间和空间上对信号进行离散的取样，量化表示将每个样本的幅值量化为离散的数值，编码表示将量化后的数值用二进制表示。
3.图像处理：利用数字信号处理的方法对图像进行增强、滤波、分割、特征提取等处理，以改善图像质量或提取需要的信息。
4.图像显示：将经过处理的数字图像转化为可视的图像形式，通过显示器等设备将图像呈现给用户。
2. 数字成像的应用数字成像技术在现代社会中得到了广泛的应用，以下是几个常见领域的应用示例：医学影像学•CT扫描：数字成像技术可将人体内部的断面图像转化为数字信号，通过计算机进行重建和显示，用于检测疾病、观察人体解剖结构等。
•MRI：数字成像技术可将人体内部的多维图像转化为数字信号，通过计算机进行处理和显示，用于观察人体组织的结构、功能和病变情况。
数字摄影与视频•数码相机：数字成像技术实现了传统摄影方式的数字化，利用光学传感器将物体反射的光线转化为数字信号，通过处理和存储，将图像以数字形式保存。
•数字视频摄像机：数字成像技术可将连续的视频信号采样、量化、编码转化为数字信号，实现高清视频的存储和传输。
计算机视觉•图像识别：数字成像技术可对图像进行特征提取和模式匹配，通过计算机算法实现对图像中物体的识别、分类和定位。
•视频监控：数字成像技术可实现对图像的实时采集、处理、传输和显示，用于安防领域的视频监控。
虚拟现实与增强现实•虚拟现实：数字成像技术结合计算机图形学和仿真技术，通过数字图像的显示和交互技术，模拟出虚拟的三维环境，使用户产生身临其境的感觉。
数字成像系统【117410】CMOS image sensor基础
波长
感光过程
• 充电----reset
N P vd
e
• 感光
N P ΔV
• 放电
N P Δ Q = Ne x e x QE Q=VxC ΔV = ΔQ/C
V
读取过程
E->V
Analog Gain
ADC
Total_time = reset_time+exposure_time+readout_time
Crosstalk 对 noise的影响
R‘ =a11×R + a12xG+a13xB
加模型的噪声计算： ADD（N1,N2) =(N1^2+N2^2) ^0.5
N‘ =(a11×R)^2 + (a12xG)^2+(a13xB)^2 负的系数越大SNR越低
/Publications/Papers/2015%20JOS AA%20Color%20Filters.pdf
4.41E-19焦耳
Color filter
E=hc/ λ Total_Power = sum_of (all photons) QE = 1/3 in this case
e
与量子效率QE有关的几个重要概念
• QE是衡量某个颜色通道某个频率/波长的光子转换成电子的效率 • IR cutter----cut near IR QE • Crosstalk • Sensitivity 感光度=QE X Pixel_Size
Full Well
Reset
曝光
读取
时间轴
Sensor动态范围
ee ee ee ee
PCB
1：Full well Capacity 2：Dark Current 3：Fill Factor
数码相机成像系统的规格和原理
数码相机成像系统的规格和原理镜头和焦距数码相机的镜头是决定照片成像质量的关键因素之一。
理论上，只要有一片透镜，相机就可以成像，但当前的数码相机镜头为了避免诸多影响成像质量的因素的干扰，在设计镜头时采用了不同功能的透镜组合。
透镜的制作工艺及透镜组合的设计方案的优劣是相机成像质量优秀与否的关键。
焦距是镜头的一项重要指标。
数码相机的镜头实际上是一组透镜，当平行光线穿过透镜时，将会聚到一个点上，这个点叫做焦点，而焦点到透镜中心的距离就称为焦距。
焦距短的镜头称为广角镜头，能获得更宽广的视野；焦距长的镜头称为长焦镜头，能像望远镜一样，拍摄更远处的被摄对象。
定焦与变焦数码相机的镜头根据焦距能否变化分为定焦镜头和变焦镜头两种。
消费级数码相机大多采用变焦镜头，目前主流实用型相机镜头的常规变焦比已经从3倍光学变焦逐渐提升到30倍以上的光学变焦。
在专业领域，数码单反相机配备了庞大的镜头群，定焦镜头是其重要的组成部分。
定焦镜头的成像素质相比变焦镜头更为优秀，镜头的畸变更小，这符合高端摄影师的要求。
但定焦头在拍摄时的方便程度难以和变焦镜头相比，影友们在选购时要权衡考虑。
特殊功能镜头镜头根据焦距段的变化和特殊用途，有很多分类方法，按特殊用途可分为微距镜头、鱼眼镜头、移轴镜头等。
微距镜头可以在很近的距离内拍摄体积小巧的物体，常用于拍摄昆虫、花草、静物等题材。
消费级数码相机一般都带有微距模式，启用此功能后，普通镜头也可以发挥出微距镜头的威力。
鱼眼镜头其实是一种超广角镜头，不同于一般广角镜头的是，它人画面产生极其夸张的变形效果，使照片带有极强的趣味性和视觉冲击力。
对焦机构拍摄对象和镜头的距离有远近之分，要想让影像通过镜头后在固定位置呈现清晰的影像，相机就需要进行对焦操作。
传统相机的对焦操作是改变胶片和镜片之间的距离，如果这个过程由相机完成，称为自动对焦，如果这个过程由人工完成，则称为手动对焦。
数码相机的对焦方式与传统相机的对焦方式没有本质上的区别，只是相机内成像的部分由胶片变为了感光元件而已。
数码成像技术的原理与应用
数码成像技术的原理与应用随着时代的发展，数码成像技术成为了一种越来越普遍的技术，我们不仅可以看到各类设备中广泛使用的数字成像技术，同时也可以看到这些技术在我们日常生活中的应用。
那么，什么是数码成像技术，它的原理是什么，又有怎样的应用呢？一、数码成像技术的原理数码成像技术是通过将拍摄到的物体或场景中的光线转化为数字信号，并通过图像处理的方式将转化后的数字信号重新还原成图像或视频。
在这个过程中，相机或其他数字成像设备的传感器扮演着关键的角色。
相机传感器通常包括了一系列的光敏元件，每一个光敏元件都会记录下它所处位置的光线信息，并将这个信息转化为数字信号。
除了传感器以外，数字成像还需要使用数码信号处理器。
数码信号处理器会接收并解释传感器所记录下的信息，并将其转化为可观看的图像或视频。
在数码成像技术中，数码信号处理器的处理能力十分重要。
较为先进的数码信号处理器可以帮助我们消除噪点、改善图像质量，并提高图像或视频的分辨率。
随着技术的发展，我们能够看到越来越先进、更具性能的数码信号处理器的出现。
二、数码成像技术的应用如今，数字成像技术已经得到了广泛应用。
以下几个领域是数字成像技术的主要应用领域：1. 摄影学数字相机是数字成像技术在摄影学领域的应用之一。
随着数字相机技术的发展，我们现在能够方便地使用数字相机来捕捉高质量的图像和视频。
相较于传统相机，数字相机能够快速记录下光线信息，并通过图像处理技术来改善图像的质量。
因此，在如今的摄影学领域中，数字相机成为了一种越来越受欢迎的技术。
2. 医学数码成像技术在医学领域得到了广泛应用，其中包括了“数字胸片”和“数字放射学技术”的使用。
这些技术使得医生们能够更快、更准确地进行诊断。
同时，数字成像技术的可以将图像信息传输到其他地方，从而使得医生们能够更容易地进行远程诊断和病例交流。
3. 安防数字成像技术已经被广泛地用于安防行业中。
随着数码信号处理器的发展，如今我们能够使用高清晰度的摄像头来捕捉高质量的图像和视频。
数字成像原理
数字成像原理数字成像是一种通过数字技术将物体的光学图像转化为数字信号的过程。
数字成像原理是基于光学成像原理和数字信号处理原理相结合的技术。
它的出现改变了传统光学成像的方式，使得图像的获取、存储和处理更加灵活和高效。
光学成像原理是数字成像的基础，它是利用光学系统将物体上的信息转化为光学信号的过程。
光学系统包括透镜、光圈、感光元件等组成，通过透镜将物体上的光反射或透射到感光元件上，形成光学图像。
光圈的作用是调节光线的进入量，控制图像的清晰度和深度。
感光元件可以是CCD（电荷耦合器件）或CMOS（互补金属氧化物半导体）图像传感器，它们可以将光学信号转化为电信号。
数字信号处理原理是数字成像的关键，它是将光学信号转化为数字信号并进行处理的过程。
数字信号处理可以分为两个阶段：模数转换和数字图像处理。
模数转换是将连续的光学信号转化为离散的数字信号的过程，这一过程通常通过A/D转换器来实现。
数字图像处理是对数字信号进行处理和分析的过程，它可以包括图像增强、图像滤波、图像压缩等操作。
数字信号处理的目的是提取和增强图像的特征，使得图像更加清晰、准确和易于理解。
数字成像的优点在于它可以实现图像的数字化存储和传输。
数字图像可以通过计算机存储在硬盘或其他存储介质上，方便快捷地进行管理和检索。
而且数字图像可以通过网络进行传输，使得图像的共享和交流更加方便。
此外，数字成像还可以通过数字图像处理技术对图像进行增强和分析，得到更多的信息和知识。
数字成像在许多领域有着广泛的应用。
在医学领域，数字成像可以用于医学影像诊断，如X光片、CT扫描、MRI等。
在工业领域，数字成像可以用于产品质量检测和无损检测。
在安防领域，数字成像可以用于监控和识别。
在航天领域，数字成像可以用于航天探测和遥感。
在娱乐领域，数字成像可以用于电影制作和游戏设计。
数字成像的应用还在不断扩展和深化，将为人类的生活和工作带来更多的便利和创新。
数字成像原理是一种将光学图像转化为数字信号的技术，它结合了光学成像原理和数字信号处理原理。
数字成像技术的原理和应用
数字成像技术的原理和应用1. 引言随着科技的不断进步，数字成像技术在许多领域得到了广泛的应用。
数字成像技术通过将模拟信号转换为数字信号，实现了图像的捕捉、存储和处理。
本文将介绍数字成像技术的原理和应用。
2. 数字成像技术的原理数字成像技术的原理可以分为图像采集、数字化和图像处理三个步骤。
2.1 图像采集图像采集是指通过光学传感器将光信号转换为电信号。
常见的图像采集装置包括CCD（电荷耦合器件）和CMOS（互补金属氧化物半导体）传感器。
CCD传感器通过将光信号转换为电荷量，再将电荷量转换为电压信号。
CMOS传感器则直接将光信号转换为电压信号。
2.2 数字化数字化是将模拟信号转换为数字信号的过程。
在图像采集装置中，模拟信号已经转换为电信号，接下来需要将电信号转换为数字信号。
这个过程通常通过模数转换器（ADC）来完成。
ADC将连续的电信号转换为离散的数字信号，用于后续的存储和处理。
2.3 图像处理图像处理是指对数字图像进行增强、压缩、恢复等操作的过程。
常见的图像处理算法包括滤波、边缘检测、图像分割等。
图像处理技术可以提取图像中的特征信息，用于后续的分析和应用。
3. 数字成像技术的应用数字成像技术在许多领域都有广泛的应用。
以下列举了几个常见的应用领域。
3.1 医学影像在医学领域，数字成像技术被广泛应用于X射线、超声、磁共振等医学影像的获取和处理。
通过数字成像技术，医生可以获得清晰的影像，从而进行疾病的诊断和治疗。
3.2 远程监控数字成像技术也被广泛应用于远程监控系统中。
通过数字化的视频信号，可以将监控画面传输到远程终端，实现对远程场景的实时监控和录像等功能。
3.3 计算机视觉计算机视觉是指使计算机系统具备对图像、视频等视觉数据进行理解和处理的能力。
数字成像技术为计算机视觉提供了图像采集和处理的基础。
计算机视觉在人脸识别、目标检测、图像搜索等方面有广泛的应用。
3.4 虚拟现实虚拟现实是一种能够模拟现实场景的计算机技术。
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数字成像系统应用
监控相 机
机器视 觉
PC 摄 像头 数码相 机 无人机 照相机 手机照 相机
运动相 机
太空照 相 微波成 像
医学照 相
行车记 录仪
成像系统组成
闪光灯
sensor Lens IRIS IR 快 门
处理器/操作系统 显示
Images signal processor
存储
actuators 机器视觉 光源 自然光 人造光 闪光灯 光学 镜头 IR 机械 对焦马达 机械快门 电机光圈 Zoom马达 半导体 sensor ISP DSP VPU/Encoder 处理器 AE+AWB+AF+Tuning postprocessing Storage
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• 成像系统驱动工程师 • 成像系统应用开发工程师 • 成像系统软件架构师 • 成像图像硬件架构师 • ISP 算法开发工程师 • 图像质量Tuning工程师 • 成像系统测试工程师 • 想了解成像工业的学生
本培训涵盖的内容：
• • • • • • • • • • • • 数字成像系统介绍 CMOS image sensor基础 • • 镜头光学基础 颜色科学基础 • ISP 信号处理基础 • 3A概述 • 黑电平与线性化 • Green Imbalance • 坏点消除 • Vignetting与Color shading • SNR 与Raw Denoise Dynamic Range与Tone Mapping • • MTF与Demosaic • 色彩空间与色彩重建 Color Correction Matrix与3D LUT • • Gamma与对比度增强 • Sharpening • Color Space Conversion • 空域去噪 • 时域去噪 Color Aberrance Correction and • • Depurple ISP 的统计信息 自动曝光 自动白平衡 自动对焦 闪光灯 HDR Exif 和DNG Encoder 图像防抖 图像质量评价工具与方法 画质调优
数字成像系统
数字成像系统概论
Maver Hale Waihona Puke iang讲师的CSDN博客地址
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•exposure •colour •contrast •sharpness •Noise •Dynamic range •etc
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成像系统的实时控制----3A
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数字成像系统暨Image signal processor原理培训 大户成像公众号,知乎专栏<all in camera>
内容目录
1. 数字成像系统介绍 2. CMOS image sensor基础 3. 光学基础 4. 颜色科学基础 5. ISP 信号处理基础 6. 3A概述 7. 黑电平与线性化 8. Green Imbalance 9. 坏点消除 10. Vignetting与Color shading 11. SNR 与Raw Denoise 12. Dynamic Range与Tone Mapping 13. MTF与Demosaic 14. 色彩空间与色彩重建 15. Color Correction Matrix与3D LUT 16. Gamma与对比度增强 17. Sharpening 18. Color Space Conversion 19. 空域去噪 20. 时域去噪 21. Color Aberrance Correction and Depurple 22. ISP 的统计信息 23. 自动曝光 24. 自动白平衡 25. 自动对焦 26. 闪光灯 27. HDR 28. Exif 和DNG 29. Encoder 30. 图像防抖 31. 图像质量评价工具与方法 32. 画质调优
成像系统仿真
• 实时仿真系统
/scooby/scooby2.php
• 离线仿真系统 RAW/DNG
成像系统的评价
• System latency
•Shutter lag •Auto focus latency •Camera start up •Shot to shot •Photo Gallery •etc
成像系统的两条基本主线
• 图像重建----清晰勾画出正确的景物 光学缺陷与局限：MTF，像差，场曲，vignetting/luma shading, glare， Geometry Distortion，etc 半导体缺陷与局限：smear/blooming, defect pixel, sensitivity, dynamic range,green imbalance noise：temperal noise,fix pattern noise,color noise,spatial noise,etc • 色彩重建----还原出准确丰富的色彩 光学缺陷与局限: Color shading, chromatic aberration, purple fringe，etc 半导体缺陷与局限:cross talk, black level, linearity,etc