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解析のハードウェア アクセラレーションが可能であり、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、イーサネット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、新しい Kria システム オン モジュール (SOM) やビデオ コーデック エンジンを搭載した ZU+ MPSoC などの SoC デバイスを使用して、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。Kria SOM を使用すると、より迅速な開発が可能になり、すばやく製品化できます。

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。

ザイリンクスは、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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