Làm thế nào để bạn giảm độ trễ trong hình ảnh nội soi?

Giới thiệu
Trong nội soi, mỗi mili giây đều quan trọng. Khi bác sĩ phẫu thuật hướng dẫn mô-đun máy ảnh nội soi y tế xuyên qua mô mỏng manh hoặc người kiểm tra điều hướng ống nội soi bên trong động cơ phản lực, độ trễ đáng chú ý giữa việc di chuyển đầu dò và nhìn thấy hình ảnh trên màn hình có thể gây mất phương hướng hoặc sai sót. Độ trễ đó là độ trễ . Việc giảm thiểu là điều cần thiết để kiểm soát thời gian thực và phối hợp tay-mắt. Bài viết này giải thích độ trễ xuất phát từ đâu trong mô-đun máy ảnh nội soi và cách giảm thiểu độ trễ.

Độ trễ trong hình ảnh nội soi là gì?
Độ trễ là thời gian từ khi thay đổi cảnh (ví dụ: camera di chuyển) đến khi thay đổi đó xuất hiện trên màn hình. Nó bao gồm:

• Tiếp xúc và đọc cảm biến

• Xử lý tín hiệu hình ảnh (ISP)

• Truyền dữ liệu

• Hiển thị hiển thị

Đối với một ống nội soi có độ phân giải cao điển hình , tổng độ trễ thường dao động từ 30 ms đến hơn 100 ms. Dưới 30 mili giây là phù hợp cho các tác vụ thời gian thực; trên 50 ms trở nên đáng chú ý.

Nguồn gốc của độ trễ và cách khắc phục chúng

1. Chọn kết quả đọc cảm biến nhanh
Mô -đun camera cảm biến là nút cổ chai đầu tiên. Cảm biến màn trập lăn đọc các hàng một cách tuần tự – khung hình 1080p đầy đủ có thể mất 20–30 mili giây. Để giảm độ trễ :

• Sử dụng màn trập toàn cầu mô-đun máy ảnh cmos – tất cả các pixel được chụp cùng một lúc, tốc độ đọc dưới 5 mili giây.

• Kích hoạt vùng quan tâm (ROI) – chỉ đọc một khu vực nhỏ, giảm đáng kể thời gian đọc.

• Chọn một cảm biến có đồng hồ pixel nhanh và nhiều làn (ví dụ: MIPI 4 làn).

Đối với mô-đun máy ảnh nội soi y tế , nên sử dụng màn trập toàn cầu khi kiểm tra mô chuyển động.

2. Tối ưu hóa đường dẫn
ISP ISP tích hợp (chỉnh màu, giảm nhiễu, làm sắc nét) sẽ tăng thêm độ trễ. Để cắt nó:

• Bỏ qua các khối không cần thiết – ví dụ: bỏ qua tính năng giảm nhiễu tạm thời nếu cảnh tĩnh.

• Sử dụng cấu hình ISP đơn giản – chỉ demosaic và gamma.

• Di chuyển ISP đến một máy chủ mạnh mẽ – nếu máy chủ có CPU dự phòng, hãy xử lý dữ liệu thô ở đó.

Đối với mô-đun máy ảnh ai , hãy cung cấp dữ liệu thô của Bayer trực tiếp vào bộ tăng tốc AI, bỏ qua hoàn toàn ISP.

3. Sử dụng giao diện có độ trễ thấp

• MIPI CSI‑2 – Tốt nhất cho độ trễ thấp. Không có chi phí giao thức, ghi trực tiếp vào bộ nhớ. Độ trễ điển hình <5 ms.

• USB (UVC) – Thêm vài mili giây. Sử dụng USB 3.0 (đồng bộ nhanh hơn) và giảm độ sâu bộ đệm.

• WiFi – Tránh sử dụng trong thời gian thực; thêm 20–100 ms.

Đối với máy nội soi độ nét cao được kết nối với máy tính xách tay, có thể chấp nhận USB 3.0. Đối với các hệ thống nhúng, hãy sử dụng MIPI.

4. Giảm độ trễ hiển thị
Bản thân màn hình sẽ thêm độ trễ. Sử dụng:

• Màn hình loại chơi game có thời gian phản hồi 1–5 ms.

• HDMI/DisplayPort trực tiếp – tránh các bộ chuyển đổi USB sang HDMI.

• Tắt xử lý hậu kỳ trên màn hình (làm mịn chuyển động, v.v.).

5. Hợp lý hóa bộ đệm phần mềm Phần mềm máy
chủ thường đệm một số khung hình. Để giảm độ trễ:

• Yêu cầu một bộ đệm duy nhất (V4L2 trên Linux, MF_READWRITE trên Windows).

• Sử dụng kết xuất được tăng tốc phần cứng (OpenGL, DirectX) thay vì kết xuất phần mềm.

• Đối với mô-đun máy ảnh ai , hãy chạy suy luận AI trên cùng một GPU hiển thị video – tránh sao chép khung hình.

6. Sử dụng Tăng tốc phần cứng cho AI
Một mô-đun máy ảnh ai gửi khung hình lên đám mây sẽ làm tăng thêm độ trễ mạng hơn 100 ms. Sử dụng trình tăng tốc AI trên thiết bị (Google Coral, NVIDIA Jetson) để xử lý ở tốc độ dây, giữ độ trễ dưới 50 mili giây.

7. Đo độ trễ của bạn
Sử dụng camera tốc độ cao để ghi lại cả đầu ống nội soi và màn hình. Đếm số khung hình giữa một chuyển động vật lý (ví dụ: đèn LED nhấp nháy) và sự xuất hiện của nó trên màn hình. Mục tiêu:

• Mô-đun camera nội soi y tế : <30 ms

• Borescope công nghiệp : <50 ms

• Mô-đun camera AI có khả năng phát hiện: <100 ms (bao gồm cả suy luận)

Ví dụ trường hợp

• Mô-đun máy ảnh nội soi y tế – Nhà sản xuất máy nội soi đã cắt giảm độ trễ từ 80 mili giây xuống 25 mili giây bằng cách chuyển từ màn trập lăn (30 mili giây) sang màn trập toàn cầu (5 mili giây) và sử dụng MIPI thay vì USB.

• Máy nội soi độ nét cao – Nhà sản xuất ống nội soi đã giảm độ trễ từ 70 mili giây xuống 40 mili giây bằng cách tắt tính năng giảm tiếng ồn trên máy (tiết kiệm 15 mili giây) và sử dụng màn hình có độ trễ thấp (tiết kiệm 15 mili giây).

• Mô-đun camera AI – Hệ thống phát hiện polyp thời gian thực đã chuyển hoạt động suy luận từ PC từ xa sang bộ tăng tốc AI trên camera, giảm độ trễ từ 120 mili giây xuống 45 mili giây.

Mô-đun máy ảnh nội soi có độ trễ thấp của Chân thành
Tại Chân thành, chúng tôi thiết kế các sản phẩm mô-đun máy ảnh nội soi với độ trễ là thông số chính:

• Mô-đun camera nội soi – Cảm biến màn trập toàn cầu, giao diện MIPI, tối ưu hóa ISP tùy chỉnh.

• Máy nội soi độ phân giải cao – mô-đun 1080p và 4K với tốc độ đọc nhanh.

• Giảm độ trễ – Cài đặt bộ đệm phù hợp và đường dẫn bỏ qua.

• Mô-đun máy ảnh Ai – Bộ tăng tốc AI trên mô-đun cho khả năng suy luận dưới 50 ms.

• Mô-đun máy ảnh Cmos – Cảm biến Sony IMX với chế độ đọc nhanh.

• Mô-đun camera nội soi y tế – Có thể khử trùng, độ trễ thấp dành cho phẫu thuật.

• Mô-đun camera cảm biến – Lựa chọn cảm biến tùy chỉnh để đáp ứng ngân sách độ trễ của bạn.

Tóm tắt
Để giảm độ trễ trong chụp ảnh nội soi, hãy tấn công mọi giai đoạn: đọc cảm biến, ISP, giao diện, màn hình và phần mềm. Chọn mô-đun máy ảnh cmos có màn trập toàn cầu. Thích MIPI hơn USB. Hợp lý hóa hoặc giảm tải ISP. Sử dụng trình giám sát có độ trễ thấp và giảm thiểu tình trạng giật phần mềm. Đối với mô-đun camera ai , khả năng tăng tốc trên thiết bị sẽ loại bỏ độ trễ mạng. Cho dù bạn cần mô-đun camera nội soi y tế để phẫu thuật hay máy nội soi độ phân giải cao để kiểm tra, độ trễ thấp hơn sẽ cải thiện độ an toàn và hiệu quả.

Hãy liên hệ với Chân thành để thảo luận về các yêu cầu về mô-đun máy ảnh nội soi có độ trễ thấp của bạn .