Технический анализ конфигурации разрешения и частоты кадров в модулях эндоскопической визуализации. При промышленном контроле и медицинской эндоскопии клиенты часто предъявляют особые требования.

При промышленном контроле и медицинской эндоскопии клиенты часто предъявляют явные требования к гибкому контролю над параметрами захвата изображений. В последнее время часто задаваемый технический вопрос касается того, можно ли настроить модули на более низкое разрешение или частоту кадров, если в каталоге указан максимум 1936×1080 при 60 кадрах в секунду, и могут ли клиенты регулировать скорость захвата с помощью программного обеспечения. Этот запрос по существу касается границ производительности модуля, выходящих за рамки стандартных спецификаций и разрешений на настройку пользователя. Ниже приводится систематическое объяснение этой проблемы с трех сторон: характеристики датчика, поддержка драйверов и управление программным обеспечением. Судя по фундаментальным характеристикам датчиков изображения, большинство микросхем КМОП-сенсоров спроектированы с возможностью выдачи нескольких разрешений и частот кадров. Эта гибкость достигается за счет различных режимов считывания пикселей, таких как уменьшение разрешения за счет пропуска строк во время выборки или регулировка частоты кадров путем изменения частоты строки или периода кадра. Производители датчиков обычно предоставляют набор проверенных рекомендуемых комбинаций параметров, охватывающих несколько рабочих точек, от максимальной производительности до режимов с низким энергопотреблением. Это означает, что сам датчик обладает аппаратной основой для переключения между различными разрешениями и частотой кадров, а не ограничивается одним режимом. Соответственно, во время интеграции модуля программа встроенного ПО обычно сопоставляет несколько режимов вывода датчика со стандартными UVC (класс USB-видео) или дескрипторами формата, совместимыми с протоколом. Когда модуль подключается к хосту через USB, эти дескрипторы передаются операционной системе для распознавания и вызова приложений верхнего уровня. Следовательно, поддерживает ли модуль пониженное разрешение или частоту кадров, зависит от того, включает ли его прошивка информацию о конфигурации для этих режимов и может ли датчик поддерживать стабильное качество изображения и синхронизацию кадров в этих режимах. С точки зрения практического приложения, процесс, в котором клиенты настраивают параметры захвата с помощью AMCap, PotPlayer или специализированного программного обеспечения, разработанного на основе DirectShow, по существу включает в себя хост-приложение, инициирующее запросы согласования формата к модулю. Микропрограмма модуля отвечает на основе списка поддерживаемых форматов. Если прошивка модуля уже включает конфигурации для более низких разрешений или частоты кадров, клиенты могут напрямую выбрать и активировать их в программном интерфейсе. Если в прошивке отсутствует соответствующий режим, эти параметры не появятся в раскрывающемся меню программного обеспечения. Этот механизм подразумевает, что максимальные параметры, перечисленные в спецификации модуля, представляют его производительность в оптимальных условиях, а не являются исчерпывающим описанием ограничений его возможностей. В процессе проектирования и тестирования продуктов компании разработка встроенного ПО для модулей эндоскопов обычно включает набор часто используемых комбинаций разрешения и частоты кадров для удовлетворения потребностей клиентов в различных сценариях применения. Например, модуль с разрешением 1936×1080 при 60 кадрах в секунду может также включать в свою прошивку пониженные режимы, такие как 1280×720 при 60 кадрах в секунду или 640×480 при 120 кадрах в секунду. Это позволяет клиентам выбирать варианты с более низким разрешением, когда необходимо уменьшить пропускную способность данных, увеличить расстояние передачи или уменьшить нагрузку на хост-устройство. Эта философия дизайна направлена ​​на повышение адаптируемости продукта за счет настройки встроенного ПО без увеличения затрат на оборудование. С точки зрения системной интеграции требования клиентов по настройке скорости захвата часто связаны с ограничениями конкретного приложения. В сценариях анализа движения с высокой частотой кадров клиентам может потребоваться уменьшить разрешение, чтобы добиться более высокой частоты кадров. В каналах передачи с ограниченной полосой пропускания клиентам может потребоваться одновременно уменьшить разрешение и частоту кадров, чтобы обеспечить стабильность изображения. В условиях низкой освещенности снижение частоты кадров увеличивает время экспозиции одного кадра и повышает яркость изображения. Поддержка многорежимности модуля позволяет клиентам решать эти разнообразные эксплуатационные требования на одной и той же аппаратной платформе без переключения между различными спецификациями продуктов. Таким образом, модули эндоскопов, на которых указаны характеристики максимального разрешения и частоты кадров, обычно сохраняют способность работать при более низких разрешениях и частотах кадров. Клиенты могут самостоятельно настраивать параметры захвата с помощью универсального программного обеспечения, такого как AMCap. Эта гибкость обусловлена ​​многорежимной конструкцией сенсорного чипа, конфигурацией режима прошивки и стандартным механизмом согласования протокола UVC. Во время фактического использования клиенты могут выбирать из нескольких наборов параметров, поддерживаемых модулем, на основе конкретных требований к размеру изображения, скорости захвата и использованию полосы пропускания в сценариях их приложений, обеспечивая оптимальное соответствие производительности системы.