[发明专利]一种基于FPGA的超细电子内镜高清插值模块与方法

说明书

本发明提供一种基于FPGA的超细电子内镜高清插值模块与方法。本模块包括由FPGA芯片和片外存储器RAM集成的FPGA系统，FPGA芯片连接超细电子内窥镜和高清医用监视器。本方法包括，将超细电子内窥镜采集到的低质视频图像传输存储在FPGA系统的缓存中，然后利用高清插值方法包括色彩插值和缩放插值，恢复视频图像的色彩并提高视频图像的分辨率，针对绿色分量的色彩恢复，在梯度插值的基础上加上待插值点周边像素点的色差差异，根据梯度和色差差异选择插值的梯度方向；最后将处理过的视频图像输出到医用高清监视器上。

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的超细电子内镜高清插值模块与方法。能够满足超细电子内镜的应用需求。

背景技术

医用电子内镜是一种能够直接窥视人体内部器官和组织的医疗仪器，经由人体的天然孔道或者是手术形成的小切口进入人体体内。由于其创口微小、感染风险低、术后恢复速度快等优点，医用电子内镜的使用范围和需求越来越大。

随着微创手术的发展，人们希望手术创口更小使得术后恢复速度更快，所以医用电子内镜也朝着超细化的方向发展。为了获得更小的尺寸，通常的做法是缩小电子内镜中采用的传感器尺寸以及采用单一的CCD/CMOS传感器进行图像采集。但在尺寸缩减的同时也导致获得的图像质量也受到了影响，主要包括色彩失真、图像分辨率低等问题。

由于医用电子内窥镜使用场景的限制，从内窥镜图像采集到医用监视器显示必须是实时的，因此一般效果较好的色彩恢复以及超分辨率的方法难以满足要求，所以采用色彩插值以及缩放插值的方法来实现色彩恢复和视频缩放。FPGA由于其高速的运算能力以及可并行的运算优势，常用于图像处理领域。

本发明采用FPGA对超细电子内镜采集得到的视频图像进行实时的高清插值处理，使得医生能够在高清医用监视器上观察到清晰、色彩真实的图像，帮助医生进行更好的诊断、治疗。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种基于FPGA的超细电子内窥镜的超清插值模块和方法，本发明算法比一般的双线性方法有着更好的效果，并且时间复杂度低，能够实时处理显示超细电子内镜采集到的视频图像。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种基于FPGA的超细电子内镜高清插值模块，其包括由FPGA芯片和片外存储RAM集成的FPGA系统，其特征在于：所述FPGA芯片连接一个超细电子内镜和一个高清医用监视器，实时处理和输出：将FPGA系统中的处理过程分为三个步骤的流水线操作：第一个周期从输入设备读入第一帧图像并缓存到片外存储RAM中；第二个周期对片外存储RAM缓存的图像进行高清超值，并继续从输入设备读入第二帧图像并缓存到片外RAM中，第三个周期向高清医用监视器输出处理后的图像，插值处理第二帧图像，同时读取第三帧图像并缓存到片外RAM。根据此流程循环往复直到停止视频输入并完成全部输出。

一种高清插值方法，包括基于色差的色彩插值和线性近似双三次插值，具体步骤如下：

一种色彩插值方法，包括以下具体步骤：

步骤1，根据超细电子内窥镜获得Bayer格式视频图像，获得待插值区域的5×5像素模板，该模板包括待插值像素点及其5×5领域内的其他像素点；

步骤2，若待插值像素点的行列地址奇偶性相同，则采用线性插值恢复待插值点缺失的RGB颜色分量；若待插值像素点的行列地址奇偶性不同，则进入步骤3；

步骤3，针对缺失的红/蓝分量，计算对角线的梯度值得到待插值点的红/蓝分量；

步骤4，针对缺失的绿色分量，计算待插值点的水平梯度和垂直梯度以及左、右对角线四个点的色差值，根据左、右对角线四个点的色差值计算得到待插值点5×5领域内的水平和垂直方向的色差；