一文讀懂內窺鏡軟窺FPGA解決方案

內窺鏡成像，作為醫療和工業的窺探需求，這幾年一直是很熱門的話題。FPGA在內窺鏡圖像處理上，有著舉足輕重的作用。如果增加更多的功能，實現更多的算法，專用ASIC無能力為，FPGA為所欲為！

內窺鏡的發展

內窺鏡的發展，主要有以下幾個方面：

1）更高的分辨率：需要采用更高分辨率的傳感器（尺寸受限） 2）更低的延時：? 需要做低延時pipeline ISP方案，ASIC不靈活，FPGA投入大 3）更小的尺寸：? 需要采用更小的傳感器，同等分辨率下傳像元變小，感光會變差 4）更佳的畫質：腔內空間有限，補光也有局限，因此涉及到強光抑制、寬動態、低照度、去霧等算法 5）更多的功能：? 圖傳、存儲、手持、深度/缺陷識別、AI分析、3D成像等功能

以上這些，對傳感器廠商、結構廠商、以及算法工程師、應用工程師都提出了巨大的挑戰。有挑戰就有市場，有市場就有競爭，因此這幾年內窺鏡雖然價格上降低了很多，部分需求也被不斷突破，但仍然存在不少技術需要迭代，以及市場需要拓展。

因此，內窺鏡在醫療及工業上有廣泛的應用，值得我們今天研究一番。

內窺鏡的分類

內窺鏡，主要可以分為硬管內窺鏡，以及軟管內窺鏡。實物圖，如下圖所示：

【結構對比】：

1）軟窺：圖上黑色設備，鏡身柔軟，可彎曲，頭部可扭轉

2）硬窺：圖上銀色設備，鏡身不可彎曲

【探深對比】

1）軟窺：鏡身柔軟可彎曲，可以進入體內較深區域 2）硬窺：結構是硬的，長度有限，進入體內的深度和距離不及軟窺

【傳感器對比】

1）軟窺：傳感器在前面，分辨率受尺寸和距離因素，通常較小

2）硬窺：傳感器在后面，尺寸短且相對較粗，相對可以做到較高的分辨率

【用途對比】

1）軟窺：主要通過人體的自然腔道來完成檢查、診斷和治療，如胃鏡、腸鏡、喉鏡、支氣管鏡等主要通過人體的消化道、呼吸道及泌尿道進入人體。

2）硬窺：主要進入人體無菌組織、器官或者經外科切口進入人體無菌腔室，如腹腔鏡、胸腔鏡、關節鏡、椎間盤鏡、腦室鏡等，深度較淺

對比分析

軟窺比硬窺難度更大，應用更廣泛，相比之下可提升的技術也越多，因此后面我們主要研究軟窺的FPGA解決方案。

中國軟鏡市場主要由奧林巴斯、富士膠片和賓得三家日企巨頭壟斷，其市場份額超過95%。近年來隨著技術的持續進步，國產軟鏡以開立醫療、澳華等為代表的的國產企業逐步實現了技術突破，打破了壟斷。國產軟鏡只占了5%的份額，因此我們還有巨大的提升空間，不僅是從光學、結構，還是圖像算法上，都可以進一步突破。

PS：數據可能滯后，但大體不變。

軟窺的結構

軟窺，具有圖像傳感器、光學鏡頭、光源照明、機械裝置等，它可以經口腔進入胃內或經其他天然孔道進入體內，可直接窺視有關部位的變化。幫助醫生更全面的檢查腔內情況，并在可視情況下進行手術，大大地提高了手術安全性。