Eine technische Analyse der Konfigurierbarkeit von Auflösung und Bildrate in endoskopischen Bildgebungsmodulen. Bei industriellen Inspektions- und medizinischen Endoskopieanwendungen haben Kunden häufig spezifische Anforderungen, z

Bei industriellen Inspektions- und medizinischen Endoskopieanwendungen haben Kunden häufig explizite Anforderungen an eine flexible Steuerung der Bilderfassungsparameter. Eine in letzter Zeit häufig gestellte technische Frage betrifft, ob Module auf niedrigere Auflösungen oder Bildraten konfiguriert werden können, wenn im Katalog ein Maximum von 1936×1080@60fps angegeben ist, und ob Kunden die Aufnahmegeschwindigkeiten per Software anpassen können. Diese Untersuchung befasst sich im Wesentlichen mit den Leistungsgrenzen des Moduls, die über Standardspezifikationen und Benutzerkonfigurierbarkeitsberechtigungen hinausgehen. Im Folgenden wird dieses Problem anhand der drei Dimensionen Sensoreigenschaften, Treiberunterstützung und Softwaresteuerung systematisch erläutert. Aufgrund der grundlegenden Eigenschaften von Bildsensoren sind die meisten CMOS-Sensorchips so konzipiert, dass sie mehrere Auflösungen und Bildraten ausgeben können. Diese Flexibilität wird intern durch verschiedene Pixel-Auslesemodi erreicht – beispielsweise durch Reduzierung der Auflösung durch Überspringen von Zeilen während der Abtastung oder durch Anpassen der Bildrate durch Ändern der Zeilenfrequenz oder Bildperiode. Sensorhersteller bieten in der Regel eine Reihe validierter empfohlener Parameterkombinationen an, die mehrere Betriebspunkte abdecken, von maximaler Leistung bis hin zu Energiesparmodi. Dies bedeutet, dass der Sensor selbst über die Hardware-Grundlage verfügt, um zwischen verschiedenen Auflösungen und Bildraten zu wechseln, anstatt auf einen einzigen Modus beschränkt zu sein. Während der Modulintegration ordnet das Firmware-Programm in der Regel die verschiedenen Ausgabemodi des Sensors standardmäßigen UVC- (USB Video Class) oder protokollkompatiblen Formatdeskriptoren zu. Wenn das Modul über USB eine Verbindung zu einem Host herstellt, werden diese Deskriptoren an das Betriebssystem gemeldet, damit übergeordnete Anwendungen sie erkennen und aufrufen können. Ob ein Modul eine reduzierte Auflösung oder Bildrate unterstützt, hängt daher davon ab, ob seine Firmware Konfigurationsinformationen für diese Modi enthält und ob der Sensor in diesen Modi eine stabile Bildqualität und Bildsynchronisation aufrechterhalten kann. Aus praktischer Anwendungsperspektive besteht der Prozess, bei dem Kunden die Erfassungsparameter über AMCap, PotPlayer oder eine auf DirectShow basierende Spezialsoftware anpassen, im Wesentlichen darin, dass die Hostanwendung Formatverhandlungsanfragen an das Modul initiiert. Die Modul-Firmware antwortet basierend auf der Liste der unterstützten Formate. Sollten in der Modul-Firmware bereits Konfigurationen für niedrigere Auflösungen oder Bildraten enthalten sein, können Kunden diese direkt innerhalb der Softwareoberfläche auswählen und aktivieren. Wenn der Firmware der entsprechende Modus fehlt, werden diese Optionen nicht im Software-Dropdown-Menü angezeigt. Dieser Mechanismus impliziert, dass die in der Modulspezifikation aufgeführten maximalen Parameter seine Leistung unter optimalen Bedingungen darstellen und keine umfassende Beschreibung seiner Leistungsgrenzen darstellen. Im Produktdesign- und Testprozess des Unternehmens umfasst die Firmware-Entwicklung für Endoskopmodule typischerweise eine Reihe häufig verwendeter Auflösungs- und Bildratenkombinationen, um Kundenanforderungen in verschiedenen Anwendungsszenarien abzudecken. Beispielsweise kann ein Modul mit einer Nennleistung von 1936 x 1080 bei 60 fps auch herabgestufte Modi wie 1280 x 720 bei 60 fps oder 640 x 480 bei 120 fps in seiner Firmware enthalten. Dies ermöglicht es Kunden, Optionen mit niedrigerer Auflösung auszuwählen, wenn sie die Datenbandbreite reduzieren, die Übertragungsentfernung verlängern oder die Verarbeitungslast auf dem Host-Gerät verringern müssen. Diese Designphilosophie zielt darauf ab, die Produktanpassungsfähigkeit durch Firmware-Konfiguration zu verbessern, ohne die Hardwarekosten zu erhöhen. Aus Sicht der Systemintegration sind Kundenanforderungen zur Anpassung der Erfassungsgeschwindigkeit häufig an spezifische Anwendungsbeschränkungen gebunden. In Bewegungsanalyseszenarien mit hoher Bildrate müssen Kunden möglicherweise die Auflösung reduzieren, um höhere Bildraten zu erreichen. Bei Übertragungsverbindungen mit eingeschränkter Bandbreite müssen Kunden möglicherweise gleichzeitig Auflösung und Bildrate reduzieren, um die Bildstabilität sicherzustellen. In Umgebungen mit geringer Beleuchtung verlängert die Reduzierung der Bildrate die Einzelbildbelichtungszeit, um die Bildhelligkeit zu verbessern. Die Multi-Mode-Unterstützung des Moduls ermöglicht es Kunden, diese unterschiedlichen Betriebsanforderungen auf derselben Hardwareplattform zu erfüllen, ohne zwischen verschiedenen Produktspezifikationen wechseln zu müssen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Endoskopmodule, die mit maximalen Auflösungs- und Bildratenspezifikationen gekennzeichnet sind, in der Regel weiterhin in der Lage sind, mit niedrigeren Auflösungen und Bildraten zu arbeiten. Kunden können die Erfassungsparameter mithilfe einer universellen Software wie AMCap unabhängig anpassen. Diese Flexibilität ergibt sich aus dem Multimode-Design des Sensorchips, der Konfiguration des Firmware-Modus und dem Standard-Aushandlungsmechanismus des UVC-Protokolls. Während der tatsächlichen Nutzung können Kunden basierend auf den spezifischen Anforderungen an Bildgröße, Aufnahmegeschwindigkeit und Bandbreitennutzung in ihren Anwendungsszenarien aus mehreren vom Modul unterstützten Parametersätzen auswählen und so eine optimale Anpassung der Systemleistung erreichen.