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、1 つまたは複数の Versal AI エッジや UltraScale+ といった FPGA/SoC デバイスへ送信されて画像の前処理が実行されます。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。要件に応じて、前処理機能はさまざまな方法で分割できます。

ザイリンクス AI エッジまたは Zynq UltraScale+ 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、レイテンシやボトルネック問題が解消される
• 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、SoC-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。バックエンドの画像処理には GPU が広く使用されていますが、ザイリンクスの FPGA は GPU に比べて消費電力が大幅に少なくて済みます。

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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