Wat is het DSP-bord in endoscoopsystemen?

Een endoscoopsysteem is meer dan alleen een kleine camera aan het uiteinde van een flexibele buis. Achter de schermen verwerkt een speciale printplaat de onbewerkte beeldgegevens van de endoscoopcameramodule, zet deze om in een zichtbaar videosignaal en verzorgt vaak de opslag- en weergavefuncties. Dit bord wordt gewoonlijk een DSP-bord (Digital Signal Processor-bord) genoemd. In dit artikel leggen we uit wat een DSP-bord doet, waarom het essentieel is voor moderne endoscoopsystemen en hoe het verschilt van het simpelweg gebruiken van een USB-cameramodule.

Wat is een DSP-bord?

Een DSP-kaart is een elektronisch circuit dat de ruwe digitale uitvoer van een modulecamerasensor gebruikt en realtime beeldverwerking uitvoert. De sensor in een endoscoopcameramodule legt Bayer-patroon of onbewerkte RGB-gegevens vast. Deze ruwe gegevens zijn niet direct zichtbaar; het moet gedemozeerd, witgebalanceerd, kleurgecorrigeerd en vaak gecomprimeerd zijn. Het DSP-bord voert deze taken uit en voert een standaard videoformaat uit, zoals HDMI, composietvideo (CVBS) of USB-video.

Bij oudere endoscoopsystemen was het DSP-bord een grote, aparte doos. Tegenwoordig kan het zo klein zijn als een postzegel en geïntegreerd in de camerabehuizing of de hoofdprocessoreenheid. Voor een 4K-endoscoopcameramodule moet het DSP-bord krachtig genoeg zijn om 4K-video met 30 of 60 frames per seconde te verwerken.

Sleutelfuncties van een DSP-bord

1. Raw Image Processing – Converteert de onbewerkte Bayer-gegevens van de CMOS-sensor naar een kleurenafbeelding. Dit omvat demozaïek, kleurinterpolatie en witbalans.

2. Beeldverbetering – Past verscherping, ruisonderdrukking, contrastaanpassing en randverbetering toe om de visuele kwaliteit te verbeteren.

3. Videocodering – Comprimeert de videostream (bijvoorbeeld H.264 of H.265) voor opname of streaming.

4. On-Screen Display (OSD) – Plaatst tekst, draadkruisen, tijdstempels of meetgrafieken over de live video.

5. Uitvoerformattering – Converteert de verwerkte video naar een standaardinterface: HDMI, SDI, USB (UVC) of analoog (CVBS).

6. Opslagbeheer – Beheert het opslaan van afbeeldingen of videoclips op een microSD-kaart, USB-station of intern geheugen.

Waarom niet een eenvoudige USB-cameramodule gebruiken?

Veel USB-endoscopen voor consumenten gebruiken een USB-cameramodule die een kleine DSP (of een brugchip met basisverwerking) rechtstreeks op het camerabord bevat. Dit is voldoende voor goedkope inspectiecamera's, omdat de hostcomputer (pc, laptop of smartphone) de zware videoverwerking voor zijn rekening neemt. Voor professionele of medische endoscoopsystemen biedt een speciaal DSP-bord echter verschillende voordelen:

• Geen afhankelijkheid van externe pc – Het systeem kan zonder computer uitvoer naar een zelfstandige monitor uitvoeren.

• Lagere latentie – De verwerking vindt plaats in hardware, niet op een algemeen besturingssysteem.

• Geavanceerde functies – Meetinstrumenten, beeldbevriezing, PIP (picture-in-picture) en opname zijn ingebouwd in de DSP-kaart.

• Consistente prestaties – Wordt niet beïnvloed door de CPU-belasting van de host of driverupdates.

Een op maat gemaakte endoscoopcameramodule gecombineerd met een speciaal DSP-bord is de standaardaanpak voor medische laparoscopen, industriële endoscopen en hoogwaardige video-endoscopen.

DSP-bord versus USB-cameramodule voor endoscopie

Componenten van een typische endoscoop-DSP-kaart

Een modern DSP-bord voor een endoscoopcameramodule bevat:

• Beeldprocessor – Een speciale ISP-chip (bijvoorbeeld van Ambarella, Novatek of Nextchip).

• Microcontroller – Beheert knopinvoer, OSD-menu's en algemene systeembediening.

• Video-encoder – Hardware H.264/H.265-encoder voor opname.

• Geheugen – SDRAM voor framebuffering; flash voor firmware.

• Uitgangsinterfaces – HDMI, CVBS, USB (apparaat of host) en soms Ethernet.

• Opbergsleuf – microSD-kaartsleuf.

• Voeding – Regelaars voor de cameramodule en DSP.

Hoe een DSP-bord werkt met een endoscoopcameramodule

1. De endoscoopcameramodule (die een modulecamerasensor en een lens bevat) verzendt onbewerkte videogegevens via een flexibele kabel – meestal in LVDS- of MIPI CSI-2-formaat.

2. Het DSP-bord ontvangt deze ruwe gegevens. Het voert eerst zwartniveaucorrectie, defecte pixelcorrectie en lensschaduwcorrectie uit.

3. De onbewerkte Bayer-gegevens worden omgezet in RGB en vervolgens geconverteerd naar de YUV-kleurruimte.

4. Er wordt beeldverbetering (verscherping, ruisonderdrukking, contrast) toegepast.

5. OSD-afbeeldingen zijn overlay.

6. De uiteindelijke video wordt gecodeerd (bij opname) en uitgevoerd naar het beeldscherm (HDMI, CVBS) of naar een hostcomputer via USB.

7. Gebruikersbedieningen (knoppen, joystick, aanraakscherm) worden gelezen door de microcontroller, die de parameters aanpast (zoom, helderheid, kleurmodus).

DSP-kaarten voor 4K-endoscoopcameramodules

Een 4K-endoscoopcameramodule vereist een DSP-kaart die een 4K-resolutie bij 30 of 60 fps kan verwerken. De datasnelheid is enorm: ongeveer 12 Gbps voor ongecomprimeerde 4K bij 30 fps. Daarom moet de DSP beschikken over:

• Een MIPI-ontvanger met hoge bandbreedte (4 rijstroken, elk 1,5 Gbps of meer).

• Een krachtige ISP-kern met 4K-demosaicing en -schaling.

• Snel geheugen (DDR3 of DDR4) om frames te bufferen.

• H.265-encoder voor efficiënte opslag.

Verschillende chipsets van Ambarella (bijv. S5L, H22), Novatek of Hisilicon worden vaak gebruikt in professionele 4K-endoscoopsystemen.

Aangepaste endoscoopcameramodule en DSP-integratie

Voor OEM-klanten kan een op maat gemaakte endoscoopcameramodule worden gecombineerd met een specifiek afgestemd DSP-bord. De fabrikant kan het volgende aanpassen:

• Witbalanscurven voor de specifieke LED-verlichting.

• De sterkte van de ruisonderdrukking is gebaseerd op het ruisprofiel van de sensor.

• OSD-menu-indeling en meethulpmiddelen.

• Uitvoerresolutie en framesnelheid.

Deze integratie zorgt ervoor dat het hele systeem – van de tip tot het display – geoptimaliseerd is voor de beoogde klinische of industriële toepassing.

Wanneer zou u in plaats daarvan een USB-cameramodule gebruiken?

Als uw endoscoopsysteem al een pc of tablet bevat (bijvoorbeeld voor beeldarchivering, telegeneeskunde of AI-analyse), kan een USB-cameramodule handiger zijn. De USB-module heeft een kleine ingebouwde bridge-chip die UVC-video uitvoert, en de host-pc verzorgt alle verwerking, opname en metingen. Dit vermindert de hardwarekosten en complexiteit. U offert echter een lage latentie en onafhankelijkheid van een computer op.

De Endoscoop DSP-oplossingen van Sincere

Bij Sincere ontwerpen en produceren we zowel endoscoopcameramodules als bijbehorende DSP-kaarten. Ons assortiment omvat:

• Standalone DSP-kaarten voor 1080p- en 4K-endoscoopcameramodule, met HDMI- en CVBS-uitgangen.

• Op USB-cameramodule gebaseerde oplossingen voor systemen die op een pc zijn aangesloten.

• Aangepaste endoscoopcameramodule gecombineerd met aangepaste DSP-firmware (OSD, meetinstrumenten, gebruikersinterface).

We kunnen ook een module camerasensor naar keuze (Sony IMX, OmniVision) integreren met een DSP-bord op maat van uw klinische of industriële omgeving.

Conclusie

Een DSP-bord is het brein van een endoscoopsysteem. Het neemt onbewerkte video van de endoscoopcameramodule, verwerkt deze tot een beeld van hoge kwaliteit, voegt grafische afbeeldingen toe en voert deze uit naar een beeldscherm of recorder. Voor professionele medische en industriële endoscopen biedt een speciaal DSP-bord een lage latentie, geavanceerde functies en onafhankelijkheid van een pc. Een 4K-endoscoopcameramodule vereist een krachtige DSP die enorme datasnelheden kan verwerken. Hoewel een USB-cameramodule een eenvoudiger en goedkoper alternatief is voor consumenten- of semi-professioneel gebruik, levert een op maat gemaakte endoscoopcameramodule in combinatie met een speciaal gebouwde DSP-kaart de prestaties en betrouwbaarheid die vereist zijn in operatiekamers en fabrieksvloeren.

Heeft u een op maat gemaakte endoscoopcameramodule of een compleet endoscoopsysteem met DSP-bord nodig, neem dan contact op met Sincere. Wij bieden end-to-end ontwerp- en productiediensten.