内視鏡イメージングモジュールにおける解像度とフレームレートの設定可能性の技術分析産業用検査および医療用内視鏡アプリケーションでは、顧客は多くの場合、特定の要件を持っています。

産業用検査および医療内視鏡アプリケーションでは、多くの場合、顧客は画像キャプチャ パラメータを柔軟に制御するための明確な要件を持っています。最近よく寄せられる技術的な質問は、カタログで最大 1936×1080@60fps と指定されている場合に、モジュールの解像度やフレーム レートを低く設定できるかどうか、また顧客がソフトウェアでキャプチャ速度を調整できるかどうかに関するものです。この調査は基本的に、標準仕様とユーザー構成権限を超えたモジュールのパフォーマンス境界に対処します。以下では、この問題をセンサー特性、ドライバーサポート、ソフトウェア制御の 3 つの側面から体系的に説明します。イメージ センサーの基本的な特性から、ほとんどの CMOS センサー チップは複数の解像度とフレーム レートを出力できるように設計されています。この柔軟性は、サンプリング中に行をスキップして解像度を下げたり、ライン周波数やフレーム周期を変更してフレーム レートを調整したりするなど、さまざまなピクセル読み出しモードを通じて内部的に実現されます。通常、センサーのメーカーは、最大パフォーマンスから低電力モードに至るまで、複数の動作ポイントをカバーする検証済みの推奨パラメータの組み合わせを提供しています。これは、センサー自体が、単一のモードに限定されるのではなく、異なる解像度とフレーム レートを切り替えるためのハードウェア基盤を備えていることを意味します。これに関連して、モジュールの統合中に、ファームウェア プログラムは通常、センサーの複数の出力モードを標準 UVC (USB ビデオ クラス) またはプロトコル互換のフォーマット記述子にマッピングします。モジュールが USB 経由でホストに接続すると、これらの記述子がオペレーティング システムに報告され、上位層アプリケーションが認識して呼び出すことができます。したがって、モジュールが低減された解像度またはフレーム レートをサポートするかどうかは、ファームウェアにこれらのモードの構成情報が含まれているかどうか、およびセンサーがこれらのモードで安定した画質とフレーム同期を維持できるかどうかによって決まります。実際のアプリケーションの観点から見ると、顧客が AMCap、PotPlayer、または DirectShow に基づいて開発された特殊なソフトウェアを介してキャプチャ パラメータを調整するプロセスには、基本的にホスト アプリケーションがモジュールへのフォーマット ネゴシエーション要求を開始することが含まれます。モジュール ファームウェアは、サポートされている形式リストに基づいて応答します。モジュールのファームウェアに低解像度またはフレーム レートの構成がすでに含まれている場合、お客様はソフトウェア インターフェイス内でそれらを直接選択してアクティブ化できます。ファームウェアに対応するモードがない場合、これらのオプションはソフトウェアのドロップダウン メニューに表示されません。このメカニズムは、モジュール仕様にリストされている最大パラメータが最適な条件下でのパフォーマンスを表すものであり、機能制限の包括的な説明ではないことを意味します。同社の製品設計およびテストプロセスでは、内視鏡モジュールのファームウェア開発には通常、さまざまなアプリケーションシナリオにわたる顧客のニーズに対応するために、一般的に使用される一連の解像度とフレームレートの組み合わせが組み込まれています。たとえば、1936×1080@60fps で定格されているモジュールには、ファームウェアに 1280×720@60fps や 640×480@120fps などのダウングレード モードが含まれている場合があります。これにより、データ帯域幅の削減、伝送距離の延長、またはホスト デバイスの処理負荷の軽減が必要な場合に、顧客は低解像度のオプションを選択できるようになります。この設計理念は、ハードウェアのコストを増加させることなく、ファームウェア構成を通じて製品の適応性を高めることを目的としています。システム統合の観点から見ると、キャプチャ速度の調整に対する顧客の要件は、多くの場合、特定のアプリケーションの制約に関連付けられています。高フレーム レートのモーション分析シナリオでは、より高いフレーム レートを達成するために解像度を下げる必要がある場合があります。帯域幅に制約のある伝送リンクでは、画像の安定性を確保するために、解像度とフレーム レートの両方を同時に下げる必要がある場合があります。低照度環境では、フレーム レートを下げると 1 フレームの露光時間が長くなり、画像の明るさが向上します。モジュールのマルチモード サポートにより、お客様は、異なる製品仕様を切り替えることなく、同じハードウェア プラットフォーム上でこれらの多様な運用要求に対処できるようになります。要約すると、最大解像度とフレーム レートの仕様がラベル付けされた内視鏡モジュールは、通常、より低い解像度とフレーム レートで動作する機能を保持します。お客様は、AMCap などの汎用ソフトウェアを使用して、キャプチャ パラメータを個別に調整できます。この柔軟性は、センサー チップのマルチモード設計、ファームウェア モード構成、および UVC プロトコルの標準ネゴシエーション メカニズムから生まれています。実際の使用中に、顧客はアプリケーション シナリオにおける画像サイズ、キャプチャ速度、帯域幅使用量などの特定の要件に基づいて、モジュールでサポートされている複数のパラメータ セットから選択し、最適なシステム パフォーマンスのマッチングを実現できます。