CN116260959A - 图像信号传输电路、图像采集传输系统及内窥镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种图像信号传输电路、图像采集传输系统及内窥镜。图像信号传输电路用于将图像采集模块所采集的数据传输给芯片，图像信号传输电路包括控制模块、差分转换模块和模数转换模块，各个模块依次相连；差分转换模块将输入其中的信号由单端信号转换为差分信号后输出到模数转换模块，模数转换模块对输入其中的图像信号和同步信号进行处理，并最终输出N个数字图像信号、采样时钟信号和同步信号至芯片中，芯片对输入其中的各个信号进行处理，进行输出显示。与现有技术相比，本发明的图像信号传输电路通过差分传输提高传输质量，对输入其中的图像信号进行过采样并输出数据，芯片通过对数据进行分析，可实现无损伤降噪，保证输出图像的质量。

Description

图像信号传输电路、图像采集传输系统及内窥镜

技术领域

本发明涉及视频传输成像领域，尤其涉及一种图像信号传输电路、图像采集传输系统及内窥镜。

背景技术

医用光学内窥镜已经在医疗领域获得了广泛的应用，3D内窥镜为医生提供了视觉上的景深，方便了操作，提高了医生的手术效率，针对不同的使用场景，3D内窥镜的实现方法也有多种多样。

不过3D内窥镜一般需要采用数字传输的高清图像传感器，以保证图像传输过程不易被干扰，图像质量好，但传感器往往尺寸较大。而在一些实际应用中，需要把镜体的尺寸控制在一定范围以内，这时就需采用尺寸小的摄像头模组，但小尺寸的图像传感器的图像分辨率低，采用模拟信号传输图像，传输过程容易被干扰，无法用于3D成像。

有鉴于此，确有必要提供一种图像信号传输电路、视频信号采集系统及内窥镜，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够将输入的图像信号高质量的传输至芯片中的图像信号传输电路。

为实现上述目的，本发明提供了一种图像信号传输电路，用于将图像采集模块所采集的数据传输给芯片，包括：

所述图像采集模块接收像素时钟信号，采集并输出图像信号和同步信号；

控制模块，与所述图像采集模块相连，接收并控制所述图像信号和所述同步信号的传输；

差分转换模块，与所述控制模块连接，用于将接收到的所述图像信号和所述同步信号由单端信号转换为差分信号；

模数转换模块，包括同步检测电路、锁相环和模数转换器，所述模数转换器包括输入端和输出端，所述同步检测电路的一端与所述差分转换模块连接并摄取所述同步信号，另一端与所述锁相环和所述芯片连接并输出所述同步信号，所述锁相环与所述模数转换器的输入端和所述芯片连接并产生和输出N倍于像素时钟信号的采样时钟信号，其中N≥4，所述模数转换器的输入端还与所述差分转换模块连接并接收所述图像信号，所述模数转换器的输出端与所述芯片连接，所述模数转换器依据所述采样时钟信号将所述图像信号转换为N个数字图像信号后输出至芯片中。

作为本发明的进一步改进，所述差分转换模块包括单端转差分放大器，所述单端转差分放大器与所述控制模块连接，用于将接收到的所述图像信号和所述同步信号由单端信号转化为差分信号。

作为本发明的进一步改进，所述差分转换模块还包括差分放大器，所述差分放大器一端与所述单端转差分放大器连接并接收所述图像信号和所述同步信号，另一端与所述同步检测电路和所述模数转换器的输入端连接，所述差分放大器对所述图像信号和所述同步信号进行增益。

作为本发明的进一步改进，所述差分转换模块还包括数字电位器，所述数字电位器的一端与所述芯片连接，另一端与所述差分放大器连接，所述数字电位器控制所述差分放大器对所述图像信号和所述同步信号进行增益。

作为本发明的进一步改进，所述控制模块包括模拟开关，所述模拟开关的一端与所述图像采集模块连接，另一端与所述差分转换模块和所述芯片连接，所述模拟开关控制所述图像信号和所述同步信号的传输。

作为本发明的进一步改进，所述控制模块还包括开关同步检测电路，所述开关同步检测电路的一端与所述图像采集模块连接，另一端与所述模拟开关连接，所述开关同步检测电路用于检测帧同步信号。

本发明的另一目的在于提供一种具有上述图像信号传输电路的图像采集传输系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种图像采集传输系统，包括两条上述的图像信号传输电路，还包括所述芯片和所述图像采集模块，所述图像采集模块包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器与其中一条所述图像信号传输电路连接，所述第二传感器与另一条所述图像信号传输电路连接，所述图像采集传输系统还包括像素时钟，所述像素时钟连接并输送像素时钟信号至所述第一传感器和所述第二传感器中。

本发明的另一目的在于提供一种具有上述图像采集传输系统的内窥镜。

为实现上述目的，本发明提供了一种内窥镜，包括上述的图像采集传输系统，

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的图像信号传输电路，通过设置差分转换模块，将输入其中的信号由单端信号转换为差分信号后实现差分传输，同时还设置有模数转换模块，模数转换模块对输入其中的图像信号用N倍于像素时钟频率的采样时钟进行过采样，并最终输出N个数字图像信号、采样时钟信号及同步信号到芯片中，芯片对输入其中的各个信号进行分析，可实现无损伤降噪，保证了图像的质量，最终实现图像的高质量传输。

附图说明

图1是本发明一实施例的图像采集传输系统的结构框图。

1-图像采集模块，2-控制模块，3-差分转换模块，4-模数转换模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

请参阅图1所示，为本发明一优选实施例的图像信号传输电路，用于将图像采集模块所采集的数据传输给芯片，图像采集模块接收像素时钟信号，像素时钟信号驱动图像采集模块采集并输出图像信号和同步信号，图像信号传输电路包括控制模块、差分转换模块和模数转换模块。

其中控制模块与图像采集模块相连，用于接收并控制图像信号和同步信号的传输，差分转换模块与控制模块连接，差分转换模块接收从控制模块中输出的图像信号和同步信号，此时的图像信号和同步信号均为单端信号，差分转换模块将图像信号和同步信号由单端信号转换为差分信号后输出；

模数转换模块，包括同步检测电路、锁相环(PLL)和模数转换器(ADC)，其中模数转换器包括输入端和输出端，同步检测电路的一端与差分转换模块连接并摄取同步信号，另一端与锁相环和芯片连接，同步检测电路将摄取到的同步信号输出到锁相环和芯片中，锁相环与模数转换器的输入端和芯片连接，锁相环接收同步信号后产生N倍于像素时钟信号的采样时钟信号并将采样时钟信号输入到模数转换器中，其中N≥4，模数转换器的输入端还与差分转换模块连接并接收图像信号，模数转换器的输出端与芯片连接，模数转换器依据采样时钟信号对输入的图像信号进行过采样，并输出N个数字图像信号至芯片中。

该图像信号传输电路通过设置于其中的差分转换模块将图像信号和同步信号由单端信号转换为差分信号，进行差分传输，差分信号抗共模干扰能力强，能有效抑制电磁干扰且时序定位准确，能保证信号传输的质量。同时设置的模数转换模块，用N倍于像素时钟信号的采样时钟信号进行过采样，并输出N个数字图像信号到芯片中，其中N≥4，确保至少能输出4个数字图像信号，便于芯片进行分析比对，相较于模拟信号，数字信号能提高动态范围。芯片对接收的同步信号、采样时钟信号及数字图像信号进行分析寻找出N个数字图像信号中没有被噪声干扰的数据，作为像素数据，进行输出显示，通过设置的差分转换模块，可实现无损伤降噪，保证图像传输的质量。

在一些实施例中，差分转换模块包括单端转差分放大器，单端转差分放大器与控制模块连接，从控制模块中传输到单端转差分放大器中的图形信号和同步信号均为单端信号，通过设置单端转差分放大器，可将接收到的图像信号和同步信号由单端信号转化为差分信号，实现差分传输，保证信号传输的质量。

在一些实施例中，差分转换模块还包括差分放大器，差分放大器一端与单端转差分放大器连接并接收经单端转差分放大器处理后输出的图像信号和同步信号，另一端与同步检测电路和模数转换器的输入端连接，差分放大器对图像信号和同步信号进行增益，增大信号的输出功率，使得信号的抗干扰能力更强。

在一些实施例中，差分转换模块还包括数字电位器，数字电位器的一端与芯片连接，另一端与差分放大器连接，芯片通过数字电位器对差分放大器进行参数设置，能够控制调整差分放大器对图像信号和同步信号进行的放大增益的倍数。

在一些实施例中，控制模块包括模拟开关，模拟开关的一端与图像采集模块连接，另一端与差分转换模块和芯片连接，模拟开关控制图像信号和同步信号的传输，图像采集模块输出的视频信号经过控制开关后输入到单端转差分放大器中，同时芯片也可通过模拟开关向图像采集模块发送信号，控制图像采集模块调整色彩、快门等参数。

在一些实施例中，控制模块还包括开关同步检测电路，开关同步检测电路的一端与图像采集模块连接，另一端与模拟开关连接，开关同步检测电路用于检测帧同步信号。

图像采集模块中的寄存器通过像素时钟信号和同步信号，构成SPI信号，当检测到帧同步信号时，模拟开关切换到SPI通道，此时从芯片发出的SPI数据信号通过模拟开关与图像采集模块进行通信，设置以及读取图像采集模块的数据，可以对图像采集模块的参数进行设置调整。

在一些实施例中，图像信号传输电路还包括线性稳压器(LDO)，通过线性稳压器从输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压供给各个器件，线性稳压器的输出的电压波纹小，稳定性高。

请继续参阅图1所示，为本发明一优选实施例的图像采集传输系统，图像采集传输系统包括两条上述的图像信号传输电路，图像采集模块中包括第一传感器和第二传感器，第一传感器与其中一条图像信号传输电路连接，第二传感器与另一条图像信号传输电路连接，第一传感器和第二传感器所采集输出的图像信号和同步信号各自经过与其连接的视频传输电路传输处理后，输出图像信号图像采集传输系统还包括像素时钟，像素时钟连接并输送像素时钟信号至第一传感器和第二传感器中。优选的，第一图像传感器和第二图像传感器采用CMOS图像传感器，具有体积小、成本低、重量轻、功耗低、易于控制等优点。

在一些实施例中，芯片为FPGA芯片，FPGA芯片的效率更高、功耗更低，且可提高系统的可靠性和集成度。在其他的实施例中，同时也可采用专用SOC，本实施例对此不作任何限制。

请继续参阅图1所示，为本发明一优选实施例的内窥镜，包含上述的图像采集传输系统，该内窥镜的通过采用两个小尺寸的图像传感器采集并输出图像信号和同步信号，并通过图像信号传输电路输出图像信号、同步信号及采样时钟信号到芯片中，芯片寻找出N个数据中没有被噪声干扰的数据，作为像素数据，并将由两个图像信号传输电路输出的像素数据进行合成，形成3D图像，使用外接的3D显示器进行显示。相较于普通的3D成像内窥镜，通过对传输电路的设计，本发明的内窥镜的尺寸能够控制得较小，适用于更多的应用场景。

综上所述，本发明的一种图像信号传输电路，通过设置差分转换模块，将输入其中的信号由单端信号转换为差分信号后实现差分传输，同时还设置有模数转换模块，模数转换模块对输入其中的图像信号用N倍于像素时钟频率的采样时钟进行过采样，并最终输出N个数字图像信号、采样时钟信号及同步信号到芯片中，芯片对输入其中的各个信号进行分析，可实现无损伤降噪，保证图像质量，最终实现图像的高质量传输。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种图像信号传输电路，用于将图像采集模块所采集的数据传输给芯片，其特征在于，包括：

所述图像采集模块接收像素时钟信号，采集并输出图像信号和同步信号；

控制模块，与所述图像采集模块相连，接收并控制所述图像信号和所述同步信号的传输；

差分转换模块，与所述控制模块连接，用于将接收到的所述图像信号和所述同步信号由单端信号转换为差分信号；

模数转换模块，包括同步检测电路、锁相环和模数转换器，所述模数转换器包括输入端和输出端，所述同步检测电路的一端与所述差分转换模块连接并摄取所述同步信号，另一端与所述锁相环和所述芯片连接并输出所述同步信号，所述锁相环与所述模数转换器的输入端和所述芯片连接并产生和输出N倍于像素时钟信号的采样时钟信号，其中N≥4，所述模数转换器的输入端还与所述差分转换模块连接并接收所述图像信号，所述模数转换器的输出端与所述芯片连接，所述模数转换器依据所述采样时钟信号将所述图像信号转换为N个数字图像信号后输出至芯片中。

2.根据权利要求1所述的图像信号传输电路，其特征在于：所述差分转换模块包括单端转差分放大器，所述单端转差分放大器与所述控制模块连接，用于将接收到的所述图像信号和所述同步信号由单端信号转化为差分信号。

3.根据权利要求2所述的图像信号传输电路，其特征在于：所述差分转换模块还包括差分放大器，所述差分放大器一端与所述单端转差分放大器连接并接收所述图像信号和所述同步信号，另一端与所述同步检测电路和所述模数转换器的输入端连接，所述差分放大器对所述图像信号和所述同步信号进行增益。

4.根据权利要求3所述的图像信号传输电路，其特征在于：所述差分转换模块还包括数字电位器，所述数字电位器的一端与所述芯片连接，另一端与所述差分放大器连接，所述数字电位器控制所述差分放大器对所述图像信号和所述同步信号进行增益。

5.根据权利要求1所述的图像信号传输电路，其特征在于：所述控制模块包括模拟开关，所述模拟开关的一端与所述图像采集模块连接，另一端与所述差分转换模块和所述芯片连接，所述模拟开关控制所述图像信号和所述同步信号的传输。

6.根据权利要求5所述的图像信号传输电路，其特征在于：所述控制模块还包括开关同步检测电路，所述开关同步检测电路的一端与所述图像采集模块连接，另一端与所述模拟开关连接，所述开关同步检测电路用于检测帧同步信号。

7.根据权利要求1所述的图像信号传输电路，其特征在于：所述图像信号传输电路还包括线性稳压器。

8.一种图像采集传输系统，其特征在于：所述图像采集传输系统包括两条如权利要求1～7任意一项所述的图像信号传输电路，还包括所述芯片和所述图像采集模块，所述图像采集模块包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器与其中一条所述图像信号传输电路连接，所述第二传感器与另一条所述图像信号传输电路连接，所述图像采集传输系统还包括像素时钟，所述像素时钟连接并输送像素时钟信号至所述第一传感器和所述第二传感器中。

9.根据权利要求8所述的图像采集传输系统，其特征在于：所述芯片为FPGA芯片。

10.一种内窥镜，其特征在于：包括权利要求9所述的图像采集传输系统。

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