【正文】 圖 內(nèi)窺系統(tǒng)組成示意圖 系統(tǒng)硬件布局 為了將整個(gè)模塊融入內(nèi)窺鏡膠囊的系統(tǒng)中，需要規(guī)劃好元器件的位置和線路，盡量縮小體積，減少干擾。整個(gè)系統(tǒng)中存在著幾個(gè)比較關(guān)鍵的技術(shù)：合理選擇透鏡使得能夠采集到體內(nèi)病變部位高分辨率的清晰圖像，將采集到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行完整和快速的傳輸。 圖像傳感器選型 目前，圖像傳感器只要分為兩種類型： CCD 型和 CMOS 型。 CCD 是由規(guī)則排列的金屬 — 氧化物 — 半導(dǎo)體（ Metal Oxide Semiconductor,MOS）電容陣列組成。 一種結(jié)構(gòu)由行掃描電路、垂直輸出寄存器、感光區(qū)和輸出二極管組成。該 CCD 結(jié)構(gòu)具有單元密度高、電極簡單等優(yōu)點(diǎn)，但增加了存儲(chǔ)器。 CMOS 圖像傳感器 ＊ CMOS 傳感器結(jié)構(gòu)原理 XXXXXX 本科畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文：基于 CMOS 圖像傳感器的內(nèi)窺微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 CMOS 全稱是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體。 CCD 制造工藝較復(fù)雜，采用 CCD 的攝像頭價(jià)格都會(huì)相對(duì)比較貴。由于 CMOS 傳感器集成度高，光電傳感元件與電路之間距離很近，相互之間的光、電、磁干擾較為嚴(yán)重，噪聲對(duì)圖象質(zhì)量影響很大。 （ 1）圖像質(zhì)量要求高的場合選用 CCD 攝像機(jī)。而 CMOS 傳感器不需要復(fù)雜的處理過程，直接將圖像半導(dǎo)體產(chǎn)生的光電信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，因此處理非?？?。相反， CMOS 傳感器靈敏度低， ISO 感光度差，低照時(shí)成像清晰度大大降低。主要考慮的因素有以下幾個(gè)： （ 1）性能要求。下圖是 OV5116 的管腳原理示意圖。對(duì)于無線內(nèi)窺系統(tǒng) ,如果傳感器視角方向跟內(nèi)窺系統(tǒng)軸向方向相同 ,則無線內(nèi)窺系統(tǒng)的最小內(nèi)徑是其對(duì)角線的距離 。用一個(gè) ? F 的電容器連接到模擬地（模擬電源） 8— NC：沒有連接 9— NC:沒有連接 10— CVO： 2X 標(biāo)準(zhǔn)的 NTSC 電視信號(hào)的復(fù)合視頻輸出 11— OVDD：用于視頻輸出的模擬電源（ +5V) 12— EVDD：模擬電源（ +5V） 13— EGND:模擬地 14— SCCBE： SCCB 接口使能信號(hào)，低電平有效 15— VPXONF/LF：有效像素檢測輸出。 下面是本設(shè)計(jì)中所用到的幾個(gè)接口引腳。如圖，在 XCL K1 和 XCL K2 兩端同時(shí)并聯(lián)一個(gè)石英晶體和一個(gè)電阻 R(如 1 MΩ ) ,在石英晶體的兩端再并聯(lián)兩個(gè)串聯(lián)的小電容 C1 、 C2 ,在 C1 和 C2 相連處接地 。②布線條寬窄和線條間距要適中 , 電阻、電容等按照貼片元件的尺寸設(shè)計(jì) ,并保證足夠的強(qiáng)度和良好的工藝性。電磁能是以波的形式向外傳播的，我們稱之為電磁波。 圖 無線通訊的基本模型 無線傳輸子系統(tǒng)的功能是將采集到的圖像信息傳出人體，供體外的信號(hào)處理與儲(chǔ)存設(shè)備利用。無線傳輸子系統(tǒng)的工作原理 天線 圖 天線接收端結(jié)構(gòu)框圖 輸出 圖 無線接收端結(jié)構(gòu)框圖 前面已經(jīng)介紹到，無線傳輸子系統(tǒng)包括發(fā)送端和接收端兩部分。模擬信號(hào)源輸出幅度連續(xù)的信號(hào)，離散信號(hào)源輸出離散的符號(hào)序列或文字。它的特點(diǎn)是其頻譜從零頻附近開始延伸到某個(gè)通常小于幾兆赫的有限值。這里要著重指出的是，調(diào)制在通信系統(tǒng)中所起的重要作用。 發(fā)送端是信息的產(chǎn)生來源，它同時(shí)將信息變換為電信號(hào)。對(duì)于脈沖調(diào)制，通常也分為兩種方式：用連續(xù)型的調(diào)制信號(hào)去改變脈沖參數(shù)的脈沖型調(diào)制和用連續(xù)調(diào)制信號(hào)的數(shù)字化形式（通過模 /數(shù)轉(zhuǎn)換）去形成一些脈沖的脈沖編碼調(diào)制（脈沖數(shù)字調(diào)制）。在接收端，首先由接收天線將收到的電磁波還原為與發(fā)送端相似的高頻電流，然后經(jīng)過檢波，取出原來的信號(hào)波形，這就完成了無線通信。 無線傳輸技術(shù)的原理 首先介紹一下無線傳輸?shù)幕驹?。圖像傳感器的 PCB 的線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中注意幾點(diǎn)原則 : ①走線盡量少拐彎 ,力求線條簡單明了 。但是考慮到本系統(tǒng)采用了模擬傳感器，其數(shù)字信號(hào)的變化很小，即噪聲也小，不致于對(duì)模擬地產(chǎn)生很大的影響，因此數(shù)字地和模擬地可合在一起，這樣接線也比較方便。 0： AGC 增益 1X4X 1： AGC 增益 1X8X 24— PWDN：掉電模式選擇 0：關(guān) 1：開 25— FASTB： AEC/AGC 模式選擇。 OV 7 9 3 04 3 2 1 28 27 261920212223242512 13 14 15 16 17 18567891011FA S T BP W D NFOD D /H G A INV H S /M IRG A M M AFS 1D G N DNCV R E QV R C H GNCNCC V OO V D DBKLTABRTAVDDAGNDAWB1SSIODSIOCEVDDEGNDSCCBEVPXONFLPXCLK1XCLK2DVDD 圖 OV7930 示意圖 查閱資料，得知各引腳功能如下： 1— AGND：模擬地 2— AVDD：模擬電源 3— ABRT：自動(dòng)亮度控制 ON/OFF 4— BKLT：背光選擇 0：關(guān) 1：開 5— NC：沒有連接 6— VREQ：內(nèi)部電壓參考標(biāo)準(zhǔn)水平。鑒于所設(shè)計(jì)的內(nèi)窺系統(tǒng)作業(yè)環(huán)境是在人體內(nèi)，因此要求系統(tǒng)的尺寸盡量小。 根據(jù)上面三個(gè)因素，查閱相關(guān)資訊初步將范圍選擇在比較常用的由美國 Ominivision 公司生產(chǎn)的 OV5116， OV7910， OV7930 這三種圖像傳感器。綜合以上各個(gè)方面的考慮，如開篇題目所示采用基于模擬式 CMOS 傳感器的設(shè)計(jì)方案。 （ 4）低照度環(huán)境下宜使用 CCD 攝像機(jī)。所有電荷由單一通道輸出，當(dāng)數(shù)據(jù)量大時(shí)就容易發(fā)生 信號(hào)擁堵。新一代的 CCD 將多 CCD 和低功耗作為改進(jìn)目標(biāo)； CMOS 系列則開始朝大尺寸與高速影像處理晶片相結(jié)合、借由后續(xù)的影像處理修正噪點(diǎn)、提升畫質(zhì)的方向發(fā)展。 （ 4）耗電量方面： CCD 傳感器電荷耦合器大多需要三組電源供電，耗電量較大； CMOS傳感器只需使用 一個(gè)電源，耗電量非常小，僅為 CCD 電荷耦合器的 1/8 到 1/10， CMOS 光 電影 像 感 光元件 可編程增益放大器 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換器 輸 出 存儲(chǔ)器 時(shí)序控制 控制電路 控制寄存器 第三章 圖像采集模塊設(shè)計(jì) 11 傳感器在節(jié)能方面具有很大優(yōu)勢，對(duì)于電量本來就不足的手機(jī)來說更具優(yōu)勢。在無源像素傳感器的像素單元中包括一個(gè)光二極管(PhotoDiode)和一個(gè) MOS 管， MOS 管作為行選 (RowSeleet)開關(guān) .在有源像素單元中，除一個(gè)光二極管外，還包括一個(gè)重置 (Reset)MOS 管、一個(gè)源極跟隨器 (Source Follower) MOS管和一個(gè)行選 MOS 管。接著這一行電荷信號(hào)在讀出移位寄存器中向右移位到輸出器件，形成視頻信號(hào)輸出。在水平消隱周期內(nèi)，存儲(chǔ)區(qū)的整個(gè)電荷圖像向下移動(dòng)，每次總是將存儲(chǔ)區(qū)最底部一行的電荷信號(hào)移到水平讀出器，該行電荷在讀出移位寄存器中向右移動(dòng)以視頻信號(hào)輸出。 b．面型 CCD圖像傳感器 面型 CCD 圖像傳感器由感光區(qū)、信號(hào)存儲(chǔ)區(qū)和輸出轉(zhuǎn)移部分組成。 CCD 基本結(jié)構(gòu)分為以下兩部分： （ 1） MOS（金屬 — 氧化物 — 半導(dǎo)體）光敏元陣列：電荷耦合器件是在半導(dǎo)體硅片上制作成百上千（萬）個(gè)光敏元，一個(gè)光敏元又稱一個(gè)像素，在半導(dǎo)體硅平面上光敏元按線陣 或 第三章 圖像采集模塊設(shè) 計(jì) 9 面陣有規(guī)則地排列。 XXXXXX 本科畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文：基于 CMOS 圖像傳感器的內(nèi)窺微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 第三章 圖像采集模塊設(shè)計(jì) 如前所述，圖像采集模塊部分是本課題設(shè)計(jì)的核心，因此，對(duì)于各方面的考慮都不能馬虎。 經(jīng)過反復(fù)的比較，初步選擇如下的系統(tǒng)布局。因此，本設(shè)計(jì)采用被動(dòng)式方案，以簡化系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)，降低設(shè)計(jì)難度。這是內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的兩個(gè)基本功能。 由于起步時(shí)間較短，此類設(shè)備在技術(shù)上尚有很多難題需要解決，以內(nèi)窺鏡為例，如何讓其停留在某一指定位置進(jìn)行拍攝，圖像分辨率，功耗，價(jià)格等，都是需要解決的問題。這些照片通過膠囊內(nèi)部的天線發(fā)射至外部接收裝置。傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡使用插入導(dǎo)管的方式，存在著諸多弊端，例如操作困難；屬于有創(chuàng)檢測，給病人帶來了很大的肉體痛苦；診察范圍有限，僅限于診斷上消化道及大腸的病變，而對(duì)小腸疾病的診斷存在很大的盲區(qū)。但在國家相關(guān)政策的扶持下，也取得不少的成果。一種適用于圖像檢測的膠囊內(nèi)窺鏡。目前這種無線電膠囊已廣泛應(yīng)用于消化道內(nèi)的 PH 值，壓力，溫度，酶活性以及出血部位的測定。 這得追溯到上世紀(jì)八十年代。 1967 年 Machida 公司采用外部冷 光源，使光亮度大增，可發(fā)現(xiàn)小病灶，視野進(jìn)一步擴(kuò)大，可以觀察到十二指腸。所以內(nèi)窺鏡的發(fā)展離不開光源的進(jìn)展。 內(nèi)窺系統(tǒng)發(fā)展的歷史 縱觀內(nèi)窺鏡的發(fā)展歷史，主要經(jīng)歷了舊式內(nèi)窺鏡，光導(dǎo)式纖維內(nèi)窺鏡，電子式內(nèi)窺鏡三個(gè)時(shí)期。目前對(duì)于這類疾病最常用也是最直接的診查措施就是采用醫(yī)用內(nèi)窺鏡對(duì)病變部位進(jìn)行檢查。 學(xué)生簽名： 年 月 日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論 文） 任 務(wù) 書 院（系）： 專業(yè)： 班級(jí)： 學(xué)生： 學(xué)號(hào)： 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題 基于 CMOS 圖像傳感器的內(nèi)窺微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作自 2020 年 3 月 18 日起至 2020 年 5 月 31 日止 三 、 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 進(jìn) 行 地 點(diǎn) 四、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容要求 已知條件： OV511 OV79 OV6920 圖像傳感器，無線攝像頭等。 主要介紹一種無線膠囊內(nèi)窺鏡診斷系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu)。由于這類內(nèi)窺鏡系統(tǒng)都帶有引導(dǎo)插管，