Что такое плата DSP в эндоскопических системах?

Система эндоскопов — это больше, чем просто крошечная камера на кончике гибкой трубки. За кулисами специальная монтажная плата обрабатывает необработанные данные изображения с модуля камеры эндоскопа, преобразует их в видимый видеосигнал и часто выполняет функции хранения и отображения. Эту плату обычно называют платой DSP (плата процессора цифровых сигналов). В этой статье мы объясняем, что делает плата DSP, почему она важна для современных эндоскопических систем и чем она отличается от простого использования USB-модуля камеры.

Что такое плата DSP?

Плата DSP — это электронная схема, которая принимает необработанный цифровой сигнал от датчика камеры модуля и выполняет обработку изображения в реальном времени. Датчик внутри модуля камеры эндоскопа фиксирует шаблон Байера или необработанные данные RGB. Эти необработанные данные нельзя просмотреть напрямую; он должен быть демозаичным, сбалансированным по белому, скорректированным по цвету и часто сжатым. Плата DSP выполняет эти задачи, выводя стандартный видеоформат, такой как HDMI, композитное видео (CVBS) или USB-видео.

В старых эндоскопических системах плата DSP представляла собой большой отдельный блок. Сегодня он может быть размером с почтовую марку и встроен в корпус камеры или основной процессор. Для модуля камеры эндоскопа 4K плата DSP должна быть достаточно мощной для обработки видео 4K со скоростью 30 или 60 кадров в секунду.

Ключевые функции платы DSP

1. Обработка необработанного изображения — преобразует необработанные данные Байера с датчика CMOS в полноцветное изображение. Сюда входит демозаика, цветовая интерполяция и баланс белого.

2. Улучшение изображения . Применяет резкость, шумоподавление, регулировку контрастности и улучшение краев для улучшения визуального качества.

3. Кодирование видео — сжимает видеопоток (например, H.264 или H.265) для записи или потоковой передачи.

4. Экранное меню (OSD) — накладывает текст, перекрестие, временные метки или графику измерений на живое видео.

5. Форматирование вывода — преобразует обработанное видео в стандартный интерфейс: HDMI, SDI, USB (UVC) или аналоговый (CVBS).

6. Управление хранилищем — управляет сохранением изображений или видеоклипов на карту microSD, USB-накопитель или внутреннюю память.

Почему бы не использовать простой USB-модуль камеры?

Во многих потребительских USB-эндоскопах используется USB-модуль камеры, включающий небольшой DSP (или мостовой чип с базовой обработкой) непосредственно на плате камеры. Этого достаточно для недорогих инспекционных камер, поскольку тяжелую обработку видео выполняет главный компьютер (ПК, ноутбук или смартфон). Однако для профессиональных или медицинских эндоскопических систем специальная плата DSP дает несколько преимуществ:

• Отсутствие зависимости от внешнего ПК – система может выводить изображение на автономный монитор без компьютера.

• Меньшая задержка — обработка выполняется аппаратно, а не в операционной системе общего назначения.

• Расширенные функции — инструменты измерения, стоп-кадра, PIP (картинка в картинке) и запись встроены в плату DSP.

• Стабильная производительность — не зависит от загрузки процессора хоста или обновлений драйверов.

Специальный модуль камеры эндоскопа в сочетании со специальной платой DSP является стандартным подходом для медицинских лапароскопов, промышленных бороскопов и видеоэндоскопов высокого класса.

Плата DSP и модуль USB-камеры для эндоскопии

Компоненты типичной платы DSP эндоскопа

Современная плата DSP для модуля камеры эндоскопа содержит:

• Процессор изображений — специальный чип интернет-провайдера (например, от Ambarella, Novatek или Nextchip).

• Микроконтроллер — управляет вводом кнопок, экранным меню и общим управлением системой.

• Видеокодер — аппаратный кодер H.264/H.265 для записи.

• Память – SDRAM для буферизации кадров; прошивка для прошивки.

• Выходные интерфейсы — HDMI, CVBS, USB (устройство или хост), а иногда и Ethernet.

• Слот для хранения данных – разъем для карты microSD.

• Электропитание – Регуляторы модуля камеры и DSP.

Как плата DSP работает с модулем камеры эндоскопа

1. Модуль камеры эндоскопа (содержащий датчик камеры и объектив) отправляет необработанные видеоданные по гибкому кабелю — обычно в формате LVDS или MIPI CSI‑2.

2. Плата DSP получает эти необработанные данные. Сначала он выполняет коррекцию уровня черного, коррекцию дефектных пикселей и коррекцию затенения объектива.

3. Необработанные данные Байера преобразуются в RGB, а затем преобразуются в цветовое пространство YUV.

4. Применяется улучшение изображения (резкость, шумоподавление, контрастность).

5. Графика OSD накладывается.

6. Итоговое видео кодируется (при записи) и выводится на дисплей (HDMI, CVBS) или на главный компьютер через USB.

7. Элементы управления пользователя (кнопки, джойстик, сенсорный экран) считываются микроконтроллером, который регулирует параметры (масштаб, яркость, цветовой режим).

Платы DSP для модулей эндоскопических камер 4K

Для модуля эндоскопической камеры 4K требуется плата DSP, способная обрабатывать разрешение 4K со скоростью 30 или 60 кадров в секунду. Скорость передачи данных огромна — около 12 Гбит/с для несжатого 4K при 30 кадрах в секунду. Таким образом, ЦСП должен иметь:

• Приемник MIPI с высокой пропускной способностью (4 линии, каждая 1,5 Гбит/с или более).

• Мощное ядро ​​ISP с демозаикой и масштабированием 4K.

• Быстрая память (DDR3 или DDR4) для буферизации кадров.

• Кодер H.265 для эффективного хранения.

Несколько наборов микросхем от Ambarella (например, S5L, H22), Novatek или Hisilicon обычно используются в профессиональных эндоскопических системах 4K.

Пользовательский модуль камеры эндоскопа и интеграция DSP

OEM-заказчики могут использовать специальный модуль камеры эндоскопа в сочетании со специально настроенной платой DSP. Производитель может регулировать:

• Кривые баланса белого для конкретного светодиодного освещения.

• Уровень шумоподавления основан на профиле шума датчика.

• Макет экранного меню и инструменты измерения.

• Выходное разрешение и частота кадров.

Такая интеграция гарантирует, что вся система – от наконечника до дисплея – оптимизирована для предполагаемого клинического или промышленного применения.

Когда вместо этого вы бы использовали модуль USB-камеры?

Если ваша эндоскопическая система уже включает в себя ПК или планшет (например, для архивирования изображений, телемедицины или анализа искусственного интеллекта), модуль USB-камеры может оказаться более удобным. Модуль USB имеет небольшой встроенный мостовой чип, который выводит видео UVC, а всю обработку, запись и измерение выполняет главный компьютер. Это снижает стоимость и сложность оборудования. Однако вы жертвуете низкой задержкой и независимостью от компьютера.

Эндоскопические DSP-решения от искренних компаний

В компании Sure мы разрабатываем и производим как модули камер эндоскопов, так и сопутствующие платы DSP. В наш ассортимент продукции входят:

• Автономные платы DSP для модуля эндоскопической камеры 1080p и 4K с выходами HDMI и CVBS.

• Решения на основе модуля USB-камеры для систем, подключенных к ПК.

• Специальный модуль камеры эндоскопа в сочетании со специальной прошивкой DSP (экранное меню, инструменты измерения, пользовательский интерфейс).

Мы также можем интегрировать модульный датчик камеры по вашему выбору (Sony IMX, OmniVision) с платой DSP, адаптированной к вашей клинической или промышленной среде.

Заключение

Плата DSP — это мозг эндоскопической системы. Он берет необработанное видео с модуля камеры эндоскопа, преобразует его в высококачественное изображение, добавляет графику и выводит на дисплей или записывающее устройство. Для профессиональных медицинских и промышленных эндоскопов специальная плата DSP обеспечивает низкую задержку, расширенные функции и независимость от ПК. Модуль эндоскопической камеры 4K требует мощного DSP, способного обрабатывать огромные скорости передачи данных. Модуль USB-камеры является более простой и недорогой альтернативой для потребительского или полупрофессионального использования, а специальный модуль камеры эндоскопа в сочетании со специальной платой DSP обеспечивает производительность и надежность, необходимые в операционных и заводских цехах.

Если вам нужен специальный модуль эндоскопической камеры или полная эндоскопическая система с платой DSP, свяжитесь с искренним. Мы предоставляем комплексные услуги по проектированию и производству.