工业内窥镜的视频图像采集与处理系统实现

1、工业内窥镜的视频图像采集与处理系统实现胡贻荟(浙江大学 生物医学工程与仪器科学学院,浙江 杭州 310027摘 要 工业内窥镜视频图象采集系统,是通过专用的视频图像采集卡将内窥镜图像输入计算机,并实现了视频图象的实时显示、处理和保存。为此,对系统实现中的若干问题进行了讨论和说明。 关键词 计算机应用;视频图像采集;应用;显示模式;图象存贮;色键中图分类号 TP391.41 文献标识码 A 文章编号 1003188X(2004040017503工业内窥镜可用于高温、有毒、核辐射及人眼无法直接观察到的场所的检查和观察。对于内燃机、航空发动机、管道、机械零件等,可在不需拆卸或破坏组装及设备停止运行的

2、情况下,实现无损检测。工业内窥镜还可与照相机、摄像机或电子计算机耦接,组成照相、摄像和图像处理系统,从而进行视场目标的监视、记录、贮存和图象分析1。传统的 内窥镜图像一旦形成,影像质量不易改变,当质量达不到要求时很难处理。采集后图像的保存、存贮和传输也会遇到很多不便。本系统将计算机视频采集与处理技术与工业内窥镜相结合,利用计算机丰富的软硬件资源,突破了传统内窥镜的限制,实现了传统的内窥镜向数字化模式的转化。1 系统概述1.1 系统连接 为了使计算机能得到内窥镜图像,必须利用数字图像采集系统将图像输入计算机。本系统以PC 机作为数据采集平台,将视频信号经内窥镜监视器的视频输出端口(复合视频端口或

3、S 端子输出,通过视频图像采集卡将视频信号采入计算机,然后对所采集的数据进行处理和保存2。系统连接图如图1所示。图1 系统连接图1.2 系统功能本系统实现的基本功能为:支持不同制式视频信号输入;能够调整图像采集显示分辨率;可真彩色、黑白采集两用;实时对动态视频图象进行亮度、对比度、色度、饱和度以及画面大小比例的调节;外触发采集功能;多视频源切换显示;手动和自动采集图像;实现mask 色键功能。 1.3 系统原理(1 视频采集。视频采集是将视频信号转换成PC 机可以使用的数字格式。专业视频图像采集卡是将视频信号经过A/D 转换后,经过PCI 总线实时传到内存进行处理同时在PC 显示器上显示,视频

4、率原理图如图2所示。图2 视频卡原理图本系统采用的视频图象采集卡中,从电视监视器过来的视频信号(允许多路信号经视频连接线送入Video0-VideoX 中的一路,多路选择器根据PC 送来的指令选择其中需要的一路信号,经A/D 转换,量化成数字信号,经PCI 接口,送入PC 的内存,同时在PC 的显示器上实时显示。视频采集卡借用了PC 的内存,图象处理运算在主机内存中进行,处理速度较高3。(2 采集和存贮。明确图象的采集、存贮、显示之间的关系,是理解整个系统工作原理的重点,其基本结构如图3所示。图Sample Rect 为A/D 采样空间的大小,其输出可以进行硬件比例变换。由图象采集卡的硬件所收

5、稿日期 2003-03-02作者简介 胡贻荟(1978-,女,湖北黄陂人,在读硕士,主要研究方向为数字视频数字高频处理。决定,系统对它不能调节。Video Rect为硬件比例变换的输出,是系统实际得到图像的象素数目,取决于硬件比例变换,它和Sample Rect可以相同或缩小。Overlay Rect:是PC显示器上看到的图象范围。Capture Rect:采到内存的一帧图像的大小。Capture Rect和Overlay Rect的是任意可变的,但它们的大小实际上是由Video Rect所控制。在系统中,Capture Rect、Overlay Rect和Video Rect 是相同的。由于

6、PCI总线为32bit,所以这些窗口的象素宽度应是4的倍数。图3 采集、显示、存贮对照在本系统中,最多可以采集到的图象为768×576,即Video Rect和Capture Rect可以最大达到的象素数目。Overlay Rect在此基础上可以缩放,但是这样的缩放只在PC显示器上表现,与实际采集的像素数目无关。图像采集卡所采集的每帧图象数据存放在PC 的内存中,用来存放图像数据的内存大小由用户自定义,内存一经开辟就被锁定。每次可以采集并存放到内存中的总帧数是不固定的,如用户开辟了16M的内存,所采集的图像为392×396像素,24位真彩色,存为BMP图像,则Capture

7、 Rect大小为392×396,每帧所占字节数为456kB。一次最多可以自动采集并存贮道内存中35帧图像。(3 显示模式。为满足工业上的不同需求,本系统采用Overlay 和Preview两种显示模式。Overlay显示模式,是将Video Rect中送来的当前帧数据原封不动地送入Overlay Rect,在屏幕上显示。Overlay Rect显示的图像同Capture Rect中存贮的图像可以不同。而Preview显示模式,是将VideoRect中送来的当前帧信号按所选择的采样模式送往Capture Rect中存贮,然后将内存Capture Rect中的数据送往Overlay Re

8、ct进行显示,即OverlayRect显示的图像同CaptureRect中存贮的图像是相同的。一般来说,Overlay显示模式是实时的显示,显示速度能达到NESC和PAL制的要求甚至更快;而Preview显示模式最多可以达到25帧/s。当显示速度快于制式的要求时,系统采用重复显示当前帧的方法使显示画面连贯。本系统可以实现黑白8bit、彩色16bit和24bit 等3种模式的图像采集。但是,这个采样的位数主要是对Capture Rect来说的,Video Rect 中的图像数据忠于原视频信号的像素比特位,而在Overlay显示模式中,只有Overlay Rect忠于Video Rect中送来的图

9、象数据,Capture Rect忠于采样的模式。2 系统实现用户开辟内存缓冲区,独立于系统运行。系统流程图如图4所示,各种初始化参数则通过程序修改系统注册表完成。图4 系统程序流程图3 结论本系统在实际应用中得到各方面的好评,图像清晰操作简便。系统移植性好,能够在其他工业领域得到更广泛的运用。 参考文献 1 H Kato,J P Barron.Electronic Video Endosco-picM.Switzerland: Hardwood,1993.2 赵少华,黄瑞光.图像监控系统视频采集压缩卡的实现J.电讯技术,2000,(6:68-71.3 孙正,郁道银,江洁.基于PCI总线的电子内

10、窥镜CCD视频实时采集系统J.光电子激光,2002,13(5:518-522.4 A.Murat Tekalp.数字视频处理 Digital VideoProcessingM.北京:电子工业出版社,1998. 5 Rafeal .C.Gonzalez,Richard.E.Woods.DigitalImage ProcessingM.北京:电子工业出版社,2002. A Practical System of Video Image Capture and Processing for Industry Electronic EndoscopeHU Yi-hui(Biomedical and I

11、nstrument Department, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China Abstract This paper introduces the study, principle and implementation of a practical system of video image capture and processing for industry electronic endoscope. By a special video image card, the system capture the video image an

12、d pass all the data into computer, and then accomplishes the real-time display, processing and storage of the video image data.Key words computer applicatim; video image capture; application; display mode; image storage; key color(上接第126页(command"region""l""" (setq e10(

13、entlast (setq j 1(while(<=j z (setq i 1 (while(<=i 10(command"rotate"e10""p0 pj (setq yd(* r pj(/pi 180i (setq pt(polar pt0 0 yd (command"copy"e0 ""pt0 pt (command"region""l""" (setq e1(entlast(command"subtract"e10

14、""e1"" (setq i (+i 1 (setq j (+ j 1(command"extrude"e10""h 0 (setq e5(entlast (command"erase"e0""(command"cylinder"p0(/ z j 2 h (setq e4(entlast(command"subtract"e5""e4""图4为两种齿轮造型方法齿轮轮齿齿廓部分的对照图。左边为渐开线

15、函数法,造型中忽略了齿根圆弧;右边为展成法,带有齿根圆弧,仿真地创建了齿轮轮齿部分的造型。图3 展成法齿轮程序运行后的效果图 图4 对照图4 结束语本文运用渐开线函数及展成法两种建模方法,通过Visual Lisp 编程实现了三维渐开线圆柱齿轮的立体造型,经渲染后的渐开线齿轮造型在课件、电子教案及动画中获得了较好的应用。 参 考 文 献 1 郭朝勇.AutoCAD2002定制与开发M .北京:清华大学出版社,2002.2 张国宝.AutoCAD2002入门与提高M .北京:人民邮电出版社,2002.3 姜 勇.AutoCAD2000三维造型高级培训教材M .北京:人民邮电出版社,2001.(上

16、接第174页The Application of Self-fluxing Alloy Powdersin Agricultural MachineJIA Xiao-yan, YAO Guan-xin(School of Materials and Engineering ,Jiangsu University, Zhenjiang 212013, ChinaAbstract By using of the technology of spray-welding, the wear-resistant coating used in agricultural machines was produced. The composition of spray-welding powders was designed by equality method. The microstructure and properties of the coating was investigated and analyzed. The result shows that the coating has good abra