Hvad er DSP-kortet i endoskopsystemer?

Et endoskopsystem er mere end blot et lille kamera i spidsen af ​​et fleksibelt rør. Bag kulisserne behandler et dedikeret printkort de rå billeddata fra endoskopkameramodulet, konverterer det til et synligt videosignal og håndterer ofte lagrings- og visningsfunktioner. Dette kort kaldes almindeligvis et DSP-kort (Digital Signal Processor-kort). I denne artikel forklarer vi, hvad et DSP-kort gør, hvorfor det er vigtigt for moderne endoskopsystemer, og hvordan det adskiller sig fra blot at bruge et USB-kameramodul.

Hvad er et DSP Board?

Et DSP-kort er et elektronisk kredsløb, der tager det rå digitale output fra en modulkamerasensor og udfører billedbehandling i realtid. Sensoren inde i et endoskopkameramodul fanger Bayer-mønster eller rå RGB-data. Disse rådata er ikke direkte synlige; det skal være afmosaikeret, hvidbalanceret, farvekorrigeret og ofte komprimeret. DSP-kortet håndterer disse opgaver og udsender et standardvideoformat såsom HDMI, composite video (CVBS) eller USB-video.

I ældre endoskopsystemer var DSP-kortet en stor, separat boks. I dag kan den være så lille som et frimærke og integreret i kamerahuset eller hovedprocessorenheden. For et 4k-endoskopkameramodul skal DSP-kortet være kraftigt nok til at behandle 4K-video med 30 eller 60 billeder i sekundet.

Nøglefunktioner på et DSP-kort

1. Rå billedbehandling – Konverterer de rå Bayer-data fra CMOS-sensoren til et fuldfarvebillede. Dette inkluderer demosaicing, farveinterpolation og hvidbalance.

2. Billedforbedring – Anvender skarphed, støjreduktion, kontrastjustering og kantforbedring for at forbedre den visuelle kvalitet.

3. Videokodning – Komprimerer videostrømmen (f.eks. H.264 eller H.265) til optagelse eller streaming.

4. On-Screen Display (OSD) – Overlejrer tekst, trådkors, tidsstempler eller målegrafik på livevideoen.

5. Outputformatering – Konverterer den behandlede video til en standardgrænseflade: HDMI, SDI, USB (UVC) eller analog (CVBS).

6. Lagerstyring – Styrer lagring af billeder eller videoklip på et microSD-kort, USB-drev eller intern hukommelse.

Hvorfor ikke bruge et simpelt USB-kameramodul?

Mange forbruger-USB-endoskoper bruger et USB-kameramodul, der inkorporerer en lille DSP (eller en bridge-chip med grundlæggende behandling) direkte på kamerakortet. Dette er tilstrækkeligt til billige inspektionskameraer, fordi værtscomputeren (pc, bærbar eller smartphone) håndterer den tunge videobehandling. Men til professionelle eller medicinske endoskopsystemer tilbyder et dedikeret DSP-kort flere fordele:

• Ingen afhængighed af ekstern pc – Systemet kan udsende til en selvstændig skærm uden en computer.

• Lavere latenstid – Behandling udføres i hardware, ikke på et generelt operativsystem.

• Avancerede funktioner – Måleværktøjer, billedfrysning, PIP (picture-in-picture) og optagelse er indbygget i DSP-kortet.

• Konsekvent ydeevne – Ikke påvirket af værtens CPU-belastning eller driveropdateringer.

Et brugerdefineret endoskopkameramodul parret med et dedikeret DSP-kort er standardtilgangen til medicinske laparoskoper, industrielle boreskoper og high-end videoendoskoper.

DSP-kort vs. USB-kameramodul til endoskopi

Komponenter af et typisk endoskop DSP-kort

Et moderne DSP-kort til et endoskopkameramodul indeholder:

• Billedprocessor – En dedikeret ISP-chip (f.eks. fra Ambarella, Novatek eller Nextchip).

• Mikrocontroller – Styrer knapindgange, OSD-menuer og overordnet systemkontrol.

• Videoencoder – Hardware H.264/H.265 encoder til optagelse.

• Hukommelse – SDRAM til rammebuffring; flash til firmware.

• Udgangsgrænseflader – HDMI, CVBS, USB (enhed eller vært) og nogle gange Ethernet.

• Lagerplads – microSD-kortstik.

• Strømforsyning – Regulatorer til kameramodulet og DSP.

Sådan fungerer et DSP-kort med et endoskopkameramodul

1. Endoskopkameramodulet (som indeholder en modulkamerasensor og en linse) sender rå videodata over et fleksibelt kabel – normalt i LVDS- eller MIPI CSI-2-format.

2. DSP-kortet modtager disse rådata. Den udfører først sortniveaukorrektion, defekt pixelkorrektion og linseskyggekorrektion.

3. De rå Bayer-data fjernes til RGB og konverteres derefter til YUV-farverum.

4. Billedforbedring (skærpning, støjreduktion, kontrast) anvendes.

5. OSD-grafik er overlejret.

6. Den endelige video kodes (hvis der optages) og udsendes til skærmen (HDMI, CVBS) eller til en værtscomputer via USB.

7. Brugerkontroller (knapper, joystick, berøringsskærm) læses af mikrocontrolleren, som justerer parametre (zoom, lysstyrke, farvetilstand).

DSP-kort til 4K-endoskopkameramoduler

Et 4K-endoskopkameramodul kræver et DSP-kort, der er i stand til at håndtere 4K-opløsning ved 30 eller 60 fps. Datahastigheden er massiv - omkring 12 Gbps for ukomprimeret 4K ved 30 fps. Derfor skal DSP'en have:

• En MIPI-modtager med høj båndbredde (4 baner, hver 1,5 Gbps eller mere).

• En kraftfuld ISP-kerne med 4K-demosaicing og skalering.

• Hurtig hukommelse (DDR3 eller DDR4) til buffer rammer.

• H.265 encoder til effektiv opbevaring.

Adskillige chipsæt fra Ambarella (f.eks. S5L, H22), Novatek eller Hisilicon er almindeligt anvendt i professionelle 4K endoskopsystemer.

Brugerdefineret endoskopkameramodul og DSP-integration

For OEM-kunder kan et brugerdefineret endoskopkamera modul parres med et specifikt tunet DSP-kort. Producenten kan justere:

• Hvidbalancekurver til den pågældende LED-belysning.

• Støjreduktionsstyrke baseret på sensorens støjprofil.

• OSD-menulayout og måleværktøjer.

• Outputopløsning og billedhastighed.

Denne integration sikrer, at hele systemet – fra spidsen til displayet – er optimeret til den påtænkte kliniske eller industrielle anvendelse.

Hvornår ville du bruge et USB-kameramodul i stedet?

Hvis dit endoskopsystem allerede indeholder en pc eller en tablet (f.eks. til billedarkivering, telemedicin eller AI-analyse), kan et USB-kameramodul være mere praktisk. USB-modulet har en lille indbygget bridge-chip, der udsender UVC-video, og værts-pc'en håndterer al behandling, optagelse og måling. Dette reducerer hardwareomkostninger og kompleksitet. Men du ofrer lav latenstid og uafhængighed af en computer.

Sincere's Endoscope DSP Solutions

Hos Sincere designer og fremstiller vi både endoskopkameramoduler og ledsagende DSP-kort. Vores produktsortiment omfatter:

• Standalone DSP-kort til 1080p- og 4k-endoskopkameramodul med HDMI- og CVBS-udgange.

• USB-kameramodulbaserede løsninger til pc-tilsluttede systemer.

• Brugerdefineret endoskopkameramodul parret med brugerdefineret DSP-firmware (OSD, måleværktøjer, brugergrænseflade).

Vi kan også integrere en modulkamerasensor efter eget valg (Sony IMX, OmniVision) med et DSP-kort, der er skræddersyet til dit kliniske eller industrielle miljø.

Konklusion

Et DSP-kort er hjernen i et endoskopsystem. Det tager rå video fra endoskopkameramodulet, behandler det til et billede i høj kvalitet, tilføjer grafik og output til en skærm eller optager. Til professionelle medicinske og industrielle endoskoper tilbyder et dedikeret DSP-kort lav latenstid, avancerede funktioner og uafhængighed af en pc. Et 4k endoskop kameramodul kræver en kraftig DSP, der er i stand til at håndtere enorme datahastigheder. Mens et USB-kameramodul er et enklere, billigere alternativ til forbruger- eller semiprofessionel brug, leverer et brugerdefineret endoskopkameramodul parret med et specialbygget DSP-kort den ydeevne og pålidelighed, der kræves i operationsstuer og fabriksgulve.

Hvis du har brug for et brugerdefineret endoskopkameramodul eller et komplet endoskopsystem med et DSP-kort, så kontakt Sincere. Vi leverer end-to-end design- og fremstillingstjenester.