【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。整個系統(tǒng)中存在著幾個比較關(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，但增加了存儲器。 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 )論文：基于 CMOS 圖像傳感器的內(nèi)窺微機電系統(tǒng)設(shè)計 10 CMOS 全稱是互補金屬氧化物半導體。 CCD 制造工藝較復雜，采用 CCD 的攝像頭價格都會相對比較貴。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、磁干擾較為嚴重，噪聲對圖象質(zhì)量影響很大。 （ 1）圖像質(zhì)量要求高的場合選用 CCD 攝像機。而 CMOS 傳感器不需要復雜的處理過程，直接將圖像半導體產(chǎn)生的光電信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，因此處理非?？?。相反， CMOS 傳感器靈敏度低， ISO 感光度差，低照時成像清晰度大大降低。主要考慮的因素有以下幾個： （ 1）性能要求。下圖是 OV5116 的管腳原理示意圖。對于無線內(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)徑是其對角線的距離 。用一個 ? 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 標準的 NTSC 電視信號的復合視頻輸出 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，低電平有效 15— VPXONF/LF：有效像素檢測輸出。 下面是本設(shè)計中所用到的幾個接口引腳。如圖，在 XCL K1 和 XCL K2 兩端同時并聯(lián)一個石英晶體和一個電阻 R(如 1 MΩ ) ,在石英晶體的兩端再并聯(lián)兩個串聯(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 ,并保證足夠的強度和良好的工藝性。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，供體外的信號處理與儲存設(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。模擬信號源輸出幅度連續(xù)的信號，離散信號源輸出離散的符號序列或文字。它的特點是其頻譜從零頻附近開始延伸到某個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，它同時將信息變換為電信號。對于脈沖調(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)計中注意幾點原則 : 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)字信號的變化很小，即噪聲也小，不致于對模擬地產(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)部電壓參考標準水平。鑒于所設(shè)計的內(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)計方案。 （ 4）低照度環(huán)境下宜使用 CCD 攝像機。所有電荷由單一通道輸出，當數(shù)據(jù)量大時就容易發(fā)生 信號擁堵。新一代的 CCD 將多 CCD 和低功耗作為改進目標； 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、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 存儲器 時序控制 控制電路 控制寄存器 第三章 圖像采集模塊設(shè)計 11 傳感器在節(jié)能方面具有很大優(yōu)勢，對于電量本來就不足的手機來說更具優(yōu)勢。在無源像素傳感器的像素單元中包括一個光二極管(PhotoDiode)和一個 MOS 管， MOS 管作為行選 (RowSeleet)開關(guān) .在有源像素單元中，除一個光二極管外，還包括一個重置 (Reset)MOS 管、一個源極跟隨器 (Source Follower) MOS管和一個行選 MOS 管。接著這一行電荷信號在讀出移位寄存器中向右移位到輸出器件，形成視頻信號輸出。在水平消隱周期內(nèi)，存儲區(qū)的整個電荷圖像向下移動，每次總是將存儲區(qū)最底部一行的電荷信號移到水平讀出器，該行電荷在讀出移位寄存器中向右移動以視頻信號輸出。 b．面型 CCD圖像傳感器 面型 CCD 圖像傳感器由感光區(qū)、信號存儲區(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 — 半導體）光敏元陣列：電荷耦合器件是在半導體硅片上制作成百上千（萬）個光敏元，一個光敏元又稱一個像素，在半導體硅平面上光敏元按線陣 或 第三章 圖像采集模塊設(shè) 計 9 面陣有規(guī)則地排列。 XXXXXX 本科畢業(yè) (設(shè)計 )論文：基于 CMOS 圖像傳感器的內(nèi)窺微機電系統(tǒng)設(shè)計 8 第三章 圖像采集模塊設(shè)計 如前所述，圖像采集模塊部分是本課題設(shè)計的核心，因此，對于各方面的考慮都不能馬虎。 經(jīng)過反復的比較，初步選擇如下的系統(tǒng)布局。因此，本設(shè)計采用被動式方案，以簡化系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)，降低設(shè)計難度。這是內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的兩個基本功能。 由于起步時間較短，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行拍攝，圖像分辨率，功耗，價格等，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，視野進一步擴大，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，光導式纖維內(nèi)窺鏡，電子式內(nèi)窺鏡三個時期。目前對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)窺鏡對病變部位進行檢查。 學生簽名： 年 月 日 畢 業(yè) 設(shè) 計 （論 文） 任 務 書 院（系）： 專業(yè)： 班級： 學生： 學號： 一、畢業(yè)設(shè)計（論文）課題 基于 CMOS 圖像傳感器的內(nèi)窺微機電系統(tǒng)設(shè)計 二、畢業(yè)設(shè)計（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 （ 論 文 ） 進 行 地 點 四、畢業(yè)設(shè)計（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)都帶有引導插管，