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内窥镜胶囊 胶囊内镜 方案说明

2020年07月19日  | 移动技术网科技  | 我要评论

内窥镜胶囊(胶囊内镜)硬件方案

前言

说明:该方案为作者2018年上半年完成的第一版,后来搁置了一段时间,才重启这个项目。目前(2020.07)第二版已经快要完成。先给一下第一版和第二版的基本参数。

第一版:
续航时间:3h
帧率:0.5fps
尺寸:12mm * 25mm
角度:45°

第二版:
续航时间:9h
帧率:2-6fps
尺寸:9.8mm * 25mm
角度:130°

第一版属于尝试版,整体方案不是很成熟。第二版这个数据就非常优秀了。我拿了国外的几家厂商的数据来做对比,大家可以感受一下。

在这里插入图片描述

好了,下面就详细介绍一下第一版的方案。让我们开始

1.整体方案介绍

内窥镜胶囊目前全球主要有6家公司。

核心就是硬件+PC端软件。PC端的方案比较简单,一个常规软件,随便找个外包,一个月就能搞定。那些说什么AI智能诊断的,个人觉得,目前基本都不靠谱,而且IBM已经给我们上了一课关于智能医疗那些事儿。就实用性来说,做一下类似图片去重,然后压缩成视频,一个经验丰富的医生,阅片速度也是很快的。当然,AI诊断虽然不太靠谱,但是好看啊。而且,智能识图,用来发论文他不香吗?

难点在于硬件端。

硬件端我们可以分成三个部分:
a. 采集(获取RGB或者YUV格式数据)
b. 压缩(将图片压缩成JPEG)
c. 无线传输。

有人说,我只采集不压缩,然后传输原图行不行?当然不行,原图的数据量非常大的(举个例子,一张320*240的图片,RGB565格式能达到150KB,压缩成JPEG以后,只有10K不到),另外,我们从简单的物理常识就能知道,在芯片内部处理的损耗肯定低于无线传输损耗。所以一定是要压缩的。我最开始也想着不压缩,直接用蓝牙传输RGB565数据,结果半小时就没电了。

我接下来从三个方面讲一下方案的基本框架。

1.1处理器

先说说使用的核心芯片,也就是主控芯片。我最开始使用的是stm32l4系列。原因在于功耗低,同时也有DCMI接口,方便采集摄像头数据。但是l4系列有一个很大的问题,就是l4没法压缩图片,这里就回到了我刚刚说的问题,不压缩图片,会在传输方面消耗大量的能耗。

经过一段时间的摸索,我第一版选用了stm32h7x3系列。除了DCMI接口和小体积以外,主要原因还有两个:A.h7x3系列属于物联网低功耗型,在功耗方面是有一定优势的。B.该系列有一个很硬的功能 – 硬件JPEG,该功能可以直接使用硬件对YUV的数据做压缩(如果是RGB的话,需要先转成YUV)。而且速度超快,一张320*240的图片,5ms以内就能压缩完成。到此,一个完整的图片数据处理就完成了:DCMI采集,得到YUV数据—>硬件PJEG压缩,得到JPEG图片数据(每张图10KB以内)。下面是官方给的功能说明:

1.2.摄像头

摄像头这个部分,因为我没太多的CMOS方面的资源,当时选了OV的一个型号。托朋友介绍了一个模组厂,帮忙定制了一批模组。然后,,,就没有然后了,然后就正常使用。
第二版我没有用OV的摄像头了,找了一款吊炸天的摄像头,超低功耗,而且响应速度极快(一般的摄像头配置完成后,会有一定时间的延时,比如我用的OV这一块,延时就挺明显,达到了200ms,这也是为什么我的帧率只有0.5fps,大哭)。
摄像头没有太多可说的了,也不太方便说。这个板块的突破也是第二版的核心突破。

1.3 无线射频

先总的来说:射频我最开始用的蓝牙,到第一版正式版的时候我用了nrf24l01.

射频这一块也走了一些弯路,最开始我用的蓝牙(我感觉很多人一开始都会用蓝牙,捂脸笑)。主要是因为蓝牙功耗低,而且实际传输速率高,我自己用nrf52840(CKAA的封装,体积超小,4mm*4mm)做了原始版,实测传输速率可以达到156KB/S,这个速度确实诱人。但是,,问题来了,蓝牙方案有一个致命的缺点:蓝牙长连接是比较耗电的,如果想保持快速响应数据传输,就需要长连接或者能立即从断开状态回到连接状态。长连接已经不可能了,那么从断开状态到连接状态需要多久了?这个,比较魔幻,我在做测试的时候,连接时长非常不稳定,运气好的时候,50ms就能连接上,运气不好的话,需要200ms才能连接上,而且,最最致命的是,有的时候还会连接失败,然后,系统就一直等着。基于此,我在搞了半个月以后,也放弃了使用蓝牙传输。后面选用了Nrf24l01。

Nrf24l01的实际传输速率,我自己只做到了65KB/S,我去各大论坛上看了一圈,好像也没有比我高的了(嘚瑟)。他的核心优势在于不需要连接,直接就能传输。一张JPEG的图片是8KB左右,那么我传输一张图,就只需要120ms。虽然看着这个时间是长了点,但是确实稳定,如狗一般稳,而且还不用担心连接失败的问题。

我在第二版中,把无线传输的速率提到了125KB/S。这个速率,基本比蓝牙低不了太多了,而且是非常稳定地传输,有时候,稳比快更重要。

1.4 电池

电池用的是927氧化银电池。之所以不用其他电池,是因为氧化银电池内阻大,即使短路了也不会爆炸,甚至都不会发热。吃到肚子里的东西,马虎不得。

1.5 总结

总结一下。

  1. 第一版,属于个人尝试版,摄像头使用OV的,处理器使用stm32h7x3,然后射频使用nrf24l01,续航大约三个小时。

  2. 经过一年多的努力,第二版目前核心功能都已经完成,还有一些修修补补的地方,需要完善。

    本系列还在持续更新中,由于第二版的完善需要投入大量的时间和其他一些商务上的原因,没有去做图片素材和视频素材,可能会使文章缺失一些色彩,我也很无奈啊。我会尽快补上。

最后,重要,本人对医疗这个行业了解不多,同时迫切希望可以多认识相关行业的老司机,然后大家一起把这个蛋糕玩大。对该产品感兴趣的请联系我电话 130 4700 8918:(同vx “haha”)。 希望能在这个行业走的久远。

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