Hva er DSP-kortet i endoskopsystemer?

Et endoskopsystem er mer enn bare et lite kamera på tuppen av et fleksibelt rør. Bak kulissene behandler et dedikert kretskort de rå bildedataene fra endoskopkameramodulen, konverterer dem til et synlig videosignal og håndterer ofte lagrings- og visningsfunksjoner. Dette kortet kalles vanligvis et DSP-kort (Digital Signal Processor-kort). I denne artikkelen forklarer vi hva et DSP-kort gjør, hvorfor det er viktig for moderne endoskopsystemer, og hvordan det skiller seg fra å bruke en USB-kameramodul.

Hva er et DSP-kort?

Et DSP-kort er en elektronisk krets som tar den rå digitale utgangen fra en modulkamerasensor og utfører bildebehandling i sanntid. Sensoren inne i en endoskopkameramodul fanger Bayer-mønster eller rå RGB-data. Disse rådataene er ikke direkte synlige; den må være demosaisert, hvitbalansert, fargekorrigert og ofte komprimert. DSP-kortet håndterer disse oppgavene, og sender ut et standard videoformat som HDMI, komposittvideo (CVBS) eller USB-video.

I eldre endoskopsystemer var DSP-kortet en stor, separat boks. I dag kan den være så liten som et frimerke og integrert i kamerahuset eller hovedprosessorenheten. For en 4K-endoskopkameramodul må DSP-kortet være kraftig nok til å behandle 4K-video med 30 eller 60 bilder per sekund.

Nøkkelfunksjoner til et DSP-kort

1. Rå bildebehandling – Konverterer rå Bayer-data fra CMOS-sensoren til et fullfargebilde. Dette inkluderer demosaicing, fargeinterpolasjon og hvitbalanse.

2. Bildeforbedring – Bruker skarphet, støyreduksjon, kontrastjustering og kantforbedring for å forbedre visuell kvalitet.

3. Videokoding – Komprimerer videostrømmen (f.eks. H.264 eller H.265) for opptak eller streaming.

4. On-Screen Display (OSD) – Overlegg tekst, trådkors, tidsstempler eller målegrafikk på den direktesendte videoen.

5. Utgangsformatering – Konverterer den behandlede videoen til et standardgrensesnitt: HDMI, SDI, USB (UVC) eller analog (CVBS).

6. Lagringskontroll – Administrerer lagring av bilder eller videoklipp på et microSD-kort, USB-stasjon eller internminne.

Hvorfor ikke bruke en enkel USB-kameramodul?

Mange USB-endoskoper bruker en USB-kameramodul som har en liten DSP (eller en brobrikke med grunnleggende prosessering) direkte på kamerakortet. Dette er tilstrekkelig for rimelige inspeksjonskameraer fordi vertsdatamaskinen (PC, bærbar PC eller smarttelefon) håndterer den tunge videobehandlingen. For profesjonelle eller medisinske endoskopsystemer tilbyr imidlertid et dedikert DSP-kort flere fordeler:

• Ingen avhengighet av ekstern PC – Systemet kan sende ut til en frittstående skjerm uten en datamaskin.

• Lavere ventetid – Behandlingen gjøres i maskinvare, ikke på et generellt operativsystem.

• Avanserte funksjoner – Måleverktøy, bildefrysing, PIP (bilde-i-bilde) og opptak er innebygd i DSP-kortet.

• Konsekvent ytelse – Ikke påvirket av vertens CPU-belastning eller driveroppdateringer.

En tilpasset endoskopkameramodul sammen med et dedikert DSP-kort er standardtilnærmingen for medisinske laparoskoper, industrielle boreskoper og avanserte videoendoskoper.

DSP-kort vs. USB-kameramodul for endoskopi

Komponenter av et typisk endoskop DSP-kort

Et moderne DSP-kort for en endoskopkameramodul inneholder:

• Bildeprosessor – En dedikert ISP-brikke (f.eks. fra Ambarella, Novatek eller Nextchip).

• Mikrokontroller – Administrerer knappeinnganger, OSD-menyer og generell systemkontroll.

• Videokoder – Maskinvare H.264/H.265-koder for opptak.

• Minne – SDRAM for rammebuffring; flash for fastvare.

• Utgangsgrensesnitt – HDMI, CVBS, USB (enhet eller vert), og noen ganger Ethernet.

• Lagringsspor – microSD-kortkontakt.

• Strømforsyning – Regulatorer for kameramodulen og DSP.

Hvordan et DSP-kort fungerer med en endoskopkameramodul

1. Endoskopkameramodulen (som inneholder en modulkamerasensor og en linse) sender rå videodata over en fleksibel kabel – vanligvis i LVDS- eller MIPI CSI-2-format.

2. DSP-kortet mottar disse rådataene. Den utfører først svartnivåkorreksjon, defekt pikselkorreksjon og linseskyggekorreksjon.

3. De rå Bayer-dataene demoseres til RGB, og konverteres deretter til YUV-fargerom.

4. Bildeforbedring (skarping, støyreduksjon, kontrast) brukes.

5. OSD-grafikk er overlagt.

6. Den endelige videoen kodes (hvis det tas opp) og sendes ut til skjermen (HDMI, CVBS) eller til en vertsdatamaskin via USB.

7. Brukerkontroller (knapper, joystick, berøringsskjerm) leses av mikrokontrolleren, som justerer parametere (zoom, lysstyrke, fargemodus).

DSP-kort for 4K-endoskopkameramoduler

En 4K-endoskopkameramodul krever et DSP-kort som kan håndtere 4K-oppløsning ved 30 eller 60 fps. Datahastigheten er enorm – omtrent 12 Gbps for ukomprimert 4K ved 30 fps. Derfor må DSP ha:

• En MIPI-mottaker med høy båndbredde (4 baner, hver 1,5 Gbps eller mer).

• En kraftig ISP-kjerne med 4K demosaicing og skalering.

• Rask minne (DDR3 eller DDR4) til å buffere rammer.

• H.265-koder for effektiv lagring.

Flere brikkesett fra Ambarella (f.eks. S5L, H22), Novatek eller Hisilicon brukes ofte i profesjonelle 4K-endoskopsystemer.

Tilpasset endoskopkameramodul og DSP-integrasjon

For OEM-kunder kan en tilpasset endoskopkameramodul pares med et spesifikt innstilt DSP-kort. Produsenten kan justere:

• Hvitbalansekurver for den spesielle LED-belysningen.

• Støyreduksjonsstyrke basert på sensorens støyprofil.

• OSD-menyoppsett og måleverktøy.

• Utgangsoppløsning og bildefrekvens.

Denne integrasjonen sikrer at hele systemet – fra spissen til skjermen – er optimalisert for den tiltenkte kliniske eller industrielle applikasjonen.

Når ville du brukt en USB-kameramodul i stedet?

Hvis endoskopsystemet allerede inkluderer en PC eller et nettbrett (f.eks. for bildearkivering, telemedisin eller AI-analyse), kan en USB-kameramodul være mer praktisk. USB-modulen har en liten innebygd brobrikke som sender ut UVC-video, og verts-PCen håndterer all prosessering, opptak og måling. Dette reduserer maskinvarekostnadene og kompleksiteten. Imidlertid ofrer du lav ventetid og uavhengighet fra en datamaskin.

Sincere's Endoscope DSP Solutions

Hos Sincere designer og produserer vi både endoskopkameramoduler og ledsagende DSP-kort. Vårt produktspekter inkluderer:

• Frittstående DSP-kort for 1080p og 4k endoskopkameramodul, med HDMI- og CVBS-utganger.

• USB-kameramodulbaserte løsninger for PC-tilkoblede systemer.

• Egendefinert endoskopkameramodul sammenkoblet med tilpasset DSP-fastvare (OSD, måleverktøy, brukergrensesnitt).

Vi kan også integrere en modulkamerasensor etter eget valg (Sony IMX, OmniVision) med et DSP-kort skreddersydd for ditt kliniske eller industrielle miljø.

Konklusjon

Et DSP-kort er hjernen til et endoskopsystem. Den tar råvideo fra endoskopkameramodulen, behandler den til et bilde av høy kvalitet, legger til grafikk og sender ut til en skjerm eller opptaker. For profesjonelle medisinske og industrielle endoskoper tilbyr et dedikert DSP-kort lav ventetid, avanserte funksjoner og uavhengighet fra en PC. En 4k-endoskopkameramodul krever en kraftig DSP som er i stand til å håndtere enorme datahastigheter. Mens en USB-kameramodul er et enklere, rimeligere alternativ for forbruker- eller semiprofesjonell bruk, leverer en tilpasset endoskopkameramodul sammen med et spesialbygd DSP-kort ytelsen og påliteligheten som kreves i operasjonsrom og fabrikkgulv.

Hvis du trenger en tilpasset endoskopkameramodul eller et komplett endoskopsystem med et DSP-kort, kontakt Sincere. Vi tilbyr ende-til-ende design- og produksjonstjenester.