診断および治療用の内視鏡画像処理

ここでは、ザイリンクス ソリューションを使用する 4K ビデオ内視鏡の設計について説明します。前述のとおり、一般的な内視鏡システムは、光源とカメラヘッドを含む処理システム、カメラ制御ユニット (CCU)、および画像管理ユニットで構成されます。このシステムは、デュアル 4K ビデオ ストリームをサポートします。

カメラヘッドのデュアル 4K イメージ センサーが画像をキャプチャし、ザイリンクスの FPGA/SoC で画像信号処理が実行されます。

ビデオストリームは、ザイリンクスの UltraScale や UltraScale+ などのデバイスが 1 つまたは複数個カスケード接続された FPGA/SoC へ送信されて画像の前処理されます。その後、DisplayPort またはクワッド SDI インターフェイスを介して医師が確認できるディスプレイに表示されます。カメラ制御ユニットは、ホワイト バランス、自動輝度調整、ゲイン コントロール、アイリス コントロールなどの画像/色/ノイズの補正を実行します。ここでは、主な前処理機能について言及しています。使用する FPGA や RAW 画像に実行する機能に応じて、前処理機能はさまざまな方法で分割できます。

Zynq UltraScale+ などのザイリンクス SoC/FPGA デバイスを利用すると、次の明確な利点があります。

• 低レイテンシで広帯域幅の FPGA/SoC は、レンズの歪み補正、低レイテンシ回転、視点変換、オブジェクト識別、比較、カウント、認識、ポジショニング、測定などを含むビデオ分析のハードウェア アクセラレーションが可能であるため、システム性能を向上させることができる
• システム プロセッサと画像処理機能をシングルチップに統合することで、BOM コストと消費電力を削減できる
• イメージ/ビデオ処理、解析、カメラ制御機能が 1 つのデバイスに統合され、ハードウェアとソフトウェアが最適に分割されることによってレイテンシの問題やボトルネックが解消される
• Quad SDI、HDMI、DisplayPort、SATA、USB、Ethernet など多数のコネクティビティ規格がサポートされる

後処理では、ビデオ コーデック エンジンを搭載した ZU+ MPSoC などの SoC を使用して、RAW ビデオ データに対してさまざまな画像管理機能が実行されます。ザイリンクス ソリューションは、ビデオ内視鏡処理システムの構築に最適なプラットフォームを提供します。

• ネットワーク上のビデオ伝送用に 4K60 ビデオ エンコーダーをサポート
• OpenCV、Vivado™ 高位合成、および IP インテグレーター ツールを使用する密接に統合された開発ツール フローにより、設計の生産性が向上
• 特化したエコシステム IP やソフトウェア、およびオペレーティング システムを使用して統合に要する時間を短縮

一般的に、FPGA で画像データの前処理を実行した場合、ASSP デバイスよりはるかに高い性能、帯域幅、およびリアルタイム能力を達成できます。GPU はバックエンドでの画像処理に広く採用されていますが、ザイリンクスの FPGA を使用することで消費電力を大幅に削減できます。

ザイリンクスではまた、競合する GPGPU やプロセッサとは異なり、臨床機器に求められる信頼性、安全性、セキュリティ、そして長寿命サポートを提供することにも注力しています。

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