專利名稱：一種無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及醫(yī)用內(nèi)視鏡技術領域，特別涉及一種無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)及裝置。
技術背景消化道疾病侵擾著全球無數(shù)的患者，目前對這種疾病的檢查最常用和最直接有效的就是 內(nèi)視鏡檢査，因此內(nèi)視鏡檢查系統(tǒng)在消化道疾病的診斷中起著極為重要的作用?，F(xiàn)有的常用 內(nèi)視鏡系統(tǒng)及其內(nèi)窺圖像的傳輸都是通過有線來完成的，這些系統(tǒng)都不得不帶有引導插管， 這不僅給系統(tǒng)的操作帶來很多不便，同時還給接受檢査的病人帶來了很大的不適和痛苦，而 且由于有線傳輸?shù)脑h，也導致內(nèi)視鏡所能檢査的部位受到了局限，比如無法實現(xiàn)對小腸部 分的檢查等。隨著微電子技術的發(fā)展，目前已有了無線內(nèi)視鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括無線膠囊裝 置和計算機處理與控制裝置等部分，該系統(tǒng)目前還處于起步階段，存在很多的局限性由于 采用的電池供電時間有限(6 8小時)，因此無法實現(xiàn)大腸部分的檢査；特別是供電開關控 制部分，采用了磁控制開關，比如干簧管，但這種開關裝置體積大，且每顆膠囊外面還必須 帶有磁體，其抗震和可靠性能差，在運輸過程和長期存儲時會有相當大的電池電量泄漏，從 而導致膠囊工作時間大大降低，直接影響膠囊的使用效果。此外，膠囊內(nèi)的光電傳感器部分 往往還帶有諸多的數(shù)字圖像處理功能，比如白平衡處理、Y校正、顏色處理等，因此膠囊內(nèi) 的功耗也較大，降低了電路的工作時間。發(fā)明內(nèi)容為了實現(xiàn)對病人全消化道檢查，延長系統(tǒng)工作時間且便于運輸與保存，本發(fā)明提供了一 種無線生物體圖像采集系統(tǒng)及裝置。所述技術方案如下一種無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括無線數(shù)字式攝像裝置遙控器和無線數(shù) 字式攝像裝置；所述無線數(shù)字式攝像裝置遙控器，用于遙控所述無線數(shù)字式攝像裝置的工作與休眠狀態(tài); 所述無線數(shù)字式攝像裝置，用于在生物體腔內(nèi)接收控制信息，采集圖像信息，并發(fā)送所 述圖像信息；所述無線數(shù)字式攝像裝置包括不帶數(shù)字圖像處理功能的光電傳感器、射頻與無線零功
耗控制開關電路、電源連接裝置、電源與信號連接線、底座、光學鏡頭、鏡頭座、照明裝置、 照明裝置底座、電源、天線和封閉外殼；所述不帶數(shù)字圖像處理功能的光電傳感器，用于采集圖像信息，并發(fā)送所述圖像信息給 所述射頻與無線零功耗控制開關電路；所述射頻與無線零功耗控制開關電路，用于接收所述不帶數(shù)字圖像處理功能的光電傳感 器采集的圖像信息并發(fā)送，啟動或關閉所述無線數(shù)字式攝像裝置和接收體外控制信息；所述電源連接裝置、電源與信號連接線、底座、光學鏡頭、鏡頭座、照明裝置、照明裝 置底座、電源、天線、不帶數(shù)字圖像處理功能的光電傳感器和射頻與無線零功耗控制開關電 路內(nèi)置于所述封閉外殼內(nèi)。作為一種優(yōu)選的方案，該系統(tǒng)還包括無線收發(fā)與數(shù)據(jù)傳輸裝置，用于接收和存儲所述無線數(shù)字攝像裝置發(fā)送的所述圖像信息， 并發(fā)送控制信息給所述無線數(shù)字式攝像裝置。作為另一種優(yōu)選的方案，該系統(tǒng)還包括.計算機控制與處理裝置，用于控制所述無線數(shù)字式攝像裝置的參數(shù)，接收所述無線收發(fā) 與數(shù)據(jù)傳輸裝置發(fā)送的所述圖像信息，并進行圖像顯示和處理。 進一歩，該系統(tǒng)還包括計算機控制與處理裝置，用于控制所述無線數(shù)字式攝像裝置的參數(shù)，接收所述無線數(shù)字式攝像裝置發(fā)送的所述圖像信息，并進行圖像顯示和處理。其中，無線數(shù)字式攝像^置中的不帶數(shù)字圖像處理功能的光電傳感器包括控制單元、圖像傳感模塊、圖像壓縮模塊、緩存、信道編解碼與信道處理控制電路和LED驅動電路；所述控制單元分別與所述圖像傳感模塊、圖像壓縮模塊、緩存、信道編解碼與信道處理 控制電路和發(fā)光二極管驅動電路相連，所述發(fā)光二極管驅動電路、圖像傳感模舉、圖像壓縮 模塊、緩存和信道編解碼與信道處理控制電路依次串聯(lián)。無線數(shù)字式攝像裝置中的電源連接裝置是一金屬罩，用于屏蔽電磁輻射影響，罩在所述 射頻與無線零功耗控制開關電路上，并與電源的接地端連接。無線數(shù)字式攝像裝置中的射頻與無線零功耗控制開關電路包括無線零功耗控制開關電路、電源管理模塊、無線收發(fā)射頻模塊和開關；所述無線零功耗控制開關電路、電源管理模塊和無線收發(fā)射頻模塊依次串聯(lián)，所述開關 與無線收發(fā)射頻模塊相連。
其中，射頻與無線零功耗控制開關電路中的無線收發(fā)射頻模塊包括-控制單元、壓控振蕩器、功率放大器、低噪聲放大器、帶通濾波器、半波或全波整流模塊、低通濾波器和采樣和判決器；所述控制單元、壓控振蕩器和功率放大器依次串聯(lián)，所述低噪聲放大器、帶通濾波器、半波或全波整流模塊、低通濾波器和采樣和判決器依次串聯(lián)。射頻與無線零功耗控制開關電路中的無線零功耗控制開關電路包括電源恢復電路、能量疊加電路、信號解調(diào)電路、命令解析電路、開關驅動電路和開關；所述信號解調(diào)電路、電源恢復電路、能量疊加電路和命令解析電路依次首尾相連，所述命令解析電路、開關驅動電路與開關依次串聯(lián)，所述能量疊加電路和開關驅動電路相連。 其中，無線零功耗控制開關電路中的所述開關是微機電系統(tǒng)開關或CMOS開關管。 無線零功耗控制開關電路中的所述能量疊加電路包括兩個PMOS管和電容，所述兩個PMOS管各自接成二極管的形式，所述兩個PMOS管中的第一個PMOS管的源極接所述電源恢復電路的輸出端，所述兩個PMOS管的第二個PMOS管的源極接所述電源，所述兩個PMOS管的漏極與所述電容的一端相連，構成所述能量疊加電路的輸出端，所述電容的另一端接地。 一種無線數(shù)字式攝像裝置遙控器，所述無線數(shù)字式攝像裝置遙控器用于遙控無線數(shù)字式攝像裝置的工作與休眠狀態(tài)；所述無線數(shù)字式攝像裝置遙控器包括-天線、射頻模塊、控制模塊、工作開關、休眠開關、指示燈、電源管理模塊和電池；所 述天線與射頻模塊相連，所述工作開關、休眠開關、射頻模塊、指示燈和電源管理模塊分別 與所述控制模塊相連，所述電池和射頻模塊分別與所述電源管理模塊相連。一種無線數(shù)字式攝像裝置，所述無線數(shù)字式攝像裝置，用于在生物體腔內(nèi)接收控制信息， 采集圖像信息，并發(fā)送所述圖像信息，所述無線數(shù)字式攝像裝置包括不帶數(shù)字圖像處理功 能的光電傳感器、射頻與無線零功耗控制開關電路、電源連接裝置、電源與信號連接線、底 座、光學鏡頭、鏡頭座、照明裝置、照明裝置底座、電源、天線和封閉外殼；其中，無線數(shù)字式攝像裝置中的所述不帶數(shù)字圖像處理功能的光電傳感器，用于采集圖 像信息，并發(fā)送所述圖像信息給所述射頻與無線零功耗控制開關電路；所述射頻與無線零功耗控制開關電路，用于接收所述不帶數(shù)字圖像處理功能的光電傳感 器采集的圖像信息并發(fā)送，啟動或關閉所述無線數(shù)字式攝像裝置和接收體外控制信息；所述電源連接裝置、電源與信號連接線、底座、光學鏡頭、鏡頭座、照明裝置、照明裝 置底座、電源、天線、不帶數(shù)字圖像處理功能的光電傳感器和射頻與無線零功耗控制開關電
路內(nèi)置于所述封閉外殼內(nèi)。其中，無線數(shù)字式攝像裝置中的不帶數(shù)字圖像處理功能的光電傳感器包括控制單元、圖像傳感模塊、圖像壓縮模塊、緩存、信道編解碼與信道處理控制電路和LED驅動電路；所述控制單元分別與所述圖像傳感模塊、圖像壓縮模塊、緩存、信道編解碼與信道處理 控制電路和發(fā)光二極管驅動電路相連，所述發(fā)光二極管驅動電路、圖像傳感模塊、圖像壓縮 模塊、緩存和信道編解碼與信道處理控制電路依次串聯(lián)。無線數(shù)字式攝像裝置中的電源連接裝置是一金屬罩，用于屏蔽電磁輻射影響，罩在所述 射頻與無線零功耗控制開關電路上，并與電源的接地端連接。無線數(shù)字式攝像裝置中的射頻與無線零功耗控制開關電路包括無線零功耗控制開關電路、電源管理模塊、無線收發(fā)射頻模塊和開關；所述無線零功耗控制開關電路、電源管理模塊和無線收發(fā)射頻模塊依次串聯(lián)，所述開關 與無線收發(fā)射頻模塊相連。其中，射頻與無線零功耗控制開關電路中的無線收發(fā)射頻模塊包括 . .控制單元、壓控振蕩器、功率放大器、低噪聲放大器、帶通濾波器、半波或全波整流模 塊、低通濾波器和采樣和判決器；所述控制單元、壓控振蕩器和功率放大器依次串聯(lián)，所述低噪聲放大器、帶通濾波器、 半波或全波整流模塊、低通濾波器和采樣和判決器依次串聯(lián)。射頻與無線零功耗控制開關電路中的無線零功耗控制開關電路包括電源恢復電路、能量疊加電路、信號解調(diào)電路、命令解析電路、開關驅動電路和開關； 所述信號解調(diào)電路、電源恢復電路、能量疊加電路和命令解析電路依次首尾相連，所述 命令解析電路、開關驅動電路與開關依次串聯(lián)，所述能量疊加電路和開關驅動電路相連。 其中，無線零功耗控制開關電路中的所述開關是微機電系統(tǒng)開關或CMOS開關管。 無線零功耗控制開關電路中的所述能量疊加電路包括兩個PMOS管和電容，所述兩個PMOS管各自接成二極管的形式，所述兩個PMOS管中的第一個PMOS管的源極接所述電源 恢復電路的輸出端，所述兩個PMOS管的第二個PMOS管的源極接所述電源，所述兩個PMOS 管的漏極與所述電容的一端相連，構成所述能量疊加電路的輸出端，所述電容的另一端接地。 本發(fā)明提供的技術方案的有益效果是(1)能實現(xiàn)對全消化道的檢査。無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)的電源供給方案可采用電池或從 無線電波中提取能量，或者兩者的結合，從而確保實現(xiàn)對全消化道的檢査，而現(xiàn)有臨床應用 的系統(tǒng)產(chǎn)品僅采用了電池的供電，只能工作6~8小時。(2) 可以進一步縮小芯片面積，降低功耗。無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)的光電傳感器僅包含 了模擬圖像處理、圖像壓縮、無線通信基帶處理功能，采用單芯片設計，不包含數(shù)字圖像處 理功能，所以能夠進一歩縮小芯片面積和功耗。(3) 無線數(shù)字式攝像裝置克服了以往無線膠囊裝置供電方式的應用缺陷，使其在非工作狀態(tài)下為零功耗，而在工作狀態(tài)下又和以前的裝置具有相同的工作能力，從而達到了降低電 子設備的尺寸和成本，降低能量消耗，便于系統(tǒng)設備的運輸與長期存儲的效果。


圖1是本發(fā)明實施例1和6提供的無線數(shù)字式攝像裝置的縱剖視圖； 圖2是本發(fā)明實施例1和6提供的照明裝置的結構示意圖；圖3是本發(fā)明實施例1和6提供的無線零功耗控制開關電路的電路原理圖；圖4是本發(fā)明實施例1和6提供的無線零功耗控制開關電路中的能量疊加電路的電路原理圖；圖5是本發(fā)明實施例1和6提供的無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)無線收發(fā)射頻模塊的電路原理圖； 圖6是本發(fā)明實施例1和6提供的無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)主工作電路與無線零功耗控制開關電路的電路原理圖；圖7是本發(fā)明實施例1和6提供的光電傳感器中圖像傳感模塊的電路原理圖； 圖8是本發(fā)明實施例1和6提供的光電傳感器中的圖像傳感模塊中像素陣列單元的電路原理圖；圖9是本發(fā)明實施例1和5提供的無線數(shù)字式攝像裝置遙控器的電路原理圖； 圖10是本發(fā)明實施例1和5提供的無線數(shù)字式攝像裝置遙控器遙控無線數(shù)字式攝像裝置工 作示意圖；圖11是本發(fā)明實施例2提供的便攜式無線收發(fā)和數(shù)據(jù)傳輸裝置的電路原理圖； 圖12是本發(fā)明實施例2提供的無線數(shù)字式攝像裝置、便攜式無線收發(fā)和數(shù)據(jù)傳輸裝置與 計算機控制與處理裝置聯(lián)合工作示意圖；圖13是本發(fā)明實施例3提供的計算機控制與處理裝置的組成示意圖；圖14是本發(fā)明實施例3提供的計算機控制與處理裝置中無線數(shù)據(jù)收發(fā)卡的電路原理圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進
一步地詳細描述。 實施例1本發(fā)明實施例提供一種無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)，包括 無線數(shù)字式攝像裝置遙控器，用于遙控無線數(shù)字式攝像裝置的工作與休眠狀態(tài)； 無線數(shù)字式攝像裝置，用于采集、發(fā)送患者消化道表面的圖像信息和接收無線數(shù)字式攝 像裝置遙控器發(fā)送的控制與能量信號,包括帶控制與處理功能的光電傳感器、射頻與無線零 功耗控制開關電路、電源連接裝置、電源與信號連接線、底座、光學鏡頭、鏡頭座、照明裝 置、照明裝置底座、電源、天線和封閉外殼。其中，電源連接裝置、電源與信號連接線、底 座、光學鏡頭、鏡頭座、照明裝置、照明裝置底座、電源、天線、帶控制與處理功能的光電 傳感器和射頻與無線零功耗控制開關電路內(nèi)置于封閉外殼內(nèi)。 無線數(shù)字式攝像裝置的縱剖視圖如圖l所示，包括(1)照明裝置，用于提供采集被測表面圖像所需光源。如圖2所示，照明裝置由沿光學 鏡頭圓周方向配置的不同波長的多個發(fā)光光源構成，多個發(fā)光光源中至少有一對發(fā)不同波長 的光源，和至少一對能發(fā)白光的光源，所述多個發(fā)光光源都嵌接在帶控制與處理功能光電傳 感器上部的鏡頭座的照明裝置底座上。當系統(tǒng)需要獲得三維圖像數(shù)據(jù)時，通過用不同波長光 源交替工作來獲得被測部位表面的深度信息。而現(xiàn)有系統(tǒng)只用了4個相同的白光二極管來進 行照明，因此只能采集二維平面圖像。(2) 照明裝置底座，用于固定照明裝置。(3) 光學鏡頭。(4) 鏡頭座，用于固定光學鏡頭。(5) 天線，包括天線A和天線B，如圖6所示，天線B與射頻與無線零功耗控制開關電路 相連，用于接收以電磁波的形式從外部無線數(shù)字式攝像裝置遙控器發(fā)出的能量和控制命令信 號，天線A與無線數(shù)字式攝像裝置主工作電路相連。其中，天線A也可以換成電磁感應線圈A， 天線B也可以換成電磁感應線圈B，并且天線A和天線B可以是同一天線，電磁感應線圈A和電 磁感應線圈B也可以是同一電磁感應線圈。(6) 電源，用于供給無線數(shù)字式攝像裝置的電源需求。無線數(shù)字式攝像裝置中的電源供 給方案可采用電池或從無線電波中提取能量，或者兩者的結合，從而確保實現(xiàn)對全消化道的 檢査。而現(xiàn)有臨床應用的系統(tǒng)產(chǎn)品僅采用了電池的供電，只能工作6 8小時。(7) 電源連接裝置。該裝置是一金屬罩，罩在射頻與無線零功耗控制開關電路上。該裝 置屏蔽了無線收發(fā)射頻模塊對該系統(tǒng)內(nèi)其它電路的高頻電磁輻射，也消除了外界高頻電磁輻
射影響，同時還起到連接電源的接地端的作用，方便了無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)系統(tǒng)的安裝。(8)射頻與無線零功耗控制開關電路。如圖6所示，無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)主工作電路 包括帶控制與處理功能的光電傳感器以及射頻與無線零功耗控制開關電路中的無線收發(fā)射頻 模塊、電源管理模塊等部分。其中，射頻與無線零功耗控制開關電路包括收發(fā)開關、無線收 發(fā)射頻模塊、電源管理模塊和無線零功耗控制開關電路。無線零功耗控制開關電路與無線收 發(fā)射頻模塊可以是不同工作頻率，也可以是相同的工作頻率。其中，無線零功耗控制開關電 路如圖3所示，點劃線包含的為無線零功耗控制開關電路即供電控制電路，而供電控制電路由 電源恢復電路、能量疊加電路、信號解調(diào)電路、命令解析電路、開關驅動電路和可控制開關 K構成。其中，命令解析電路、開關驅動電路和可控制開關K統(tǒng)稱為數(shù)字控制電路。信號解調(diào) 電路、電源恢復電路、能量疊加電路和命令解析電路依次首尾相連，命令解析電路、開關驅 動電路與開關依次串聯(lián)，能量疊加電路和開關驅動電路相連。電源恢復電路對信號解調(diào)電路 直接供電，同時通過能量疊加電路對命令解析電路和開關驅動電路供電。可控開關K取消了 磁控丌關，由MEMS (Micro-Electro-Mechanical System,微機電系統(tǒng))開關或CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor,互補金屬氧化物半導體)開關管構成。無線零功耗控制開關電路的工作原理是，當供電控制電路接收來自天線B的能量和控制 命令信號為啟動時，命令解析電路通過開關驅動電路控制可控制開關K導通，電源對主工作 電路供電，主工作電路處于工作狀態(tài)，同時電源也對命令解析電路與開關驅動電路供電；當 供電控制電路接收來自天線的能量和控制命令信號為休眠時，命令解析電路通過開關驅動電 路控制可控開關K斷開，電源不對主工作電路供電，主工作電路處于休眠狀態(tài)。射頻與無線零功耗控制開關電路的供電方式克服了以往無線膠囊裝置供電方式的應用缺 陷，使得電子設備在非工作狀態(tài)下為零功耗，而在工作狀態(tài)下又和以前的裝置具有相同的工 作能力，從而達到了降低電子設備的尺寸和成本，降低能量消耗，還能便于系統(tǒng)設備的運輸 與長期存儲。無線零功耗控制電開關電路中能量疊加電路由兩個PMOS (Positive Channel Metal Oxide Semiconductor,陽極金屬氧化物半導體)管和充電電容C0組成，其中，兩個PMOS管各自 接成二極管的形式。其中，兩個PMOS管的第一個PMOS管的源極接電源恢復電路的輸出端 Vrf，第二個PMOS管的源極接電源(正極輸出端為Vdd)，兩個PMOS管的漏極與充電電容 CO的一端相連后，構成能量疊加電路的輸出端V—sd，充電電容CO的另一端接地。能量疊 加電路的電路原理圖如圖4所示，兩路電源分別來自電源恢復電路和無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi) 主工作電路的電源引入端，這兩路直流電壓均可對充電電容CO進行充電，為命令解析電路 與開關驅動電路的正常工作提供電源電壓。'射頻與無線零功耗控制開關電路中的無線收發(fā)射頻模塊能夠實現(xiàn)無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi) 與無線數(shù)字式攝像裝置外的雙向通信功能。如圖5所示，無線收發(fā)射頻模塊包括控制單元、壓 控振蕩器、功率放大器、低噪聲放大器、帶通濾波器、半波或全波整流模塊、低通濾波器、 采樣和判決器。其中，控制單元、壓控振蕩器和功率放大器串聯(lián)，低噪聲放大器、帶通濾波 器、半波或全波整流模塊、低通濾波器和采樣和判決器串聯(lián)。無線收發(fā)射頻模塊的工作流程有兩部分 一是信號發(fā)送流程，具體流程是控制單元根據(jù) 來自信道編碼的數(shù)字信號D1輸出不同的電壓來控制壓控振蕩器輸出不同頻率信號，頻率信 號被送入功率放大器放大后輸出射頻信號Sl,由天線發(fā)射出去；二是信號接收流程，具體流 程是來自接收天線信號S2經(jīng)低噪聲放大器放大，送入帶通濾波器，再進行半波或全波整流模 塊與低通濾波器濾波，最后由位定時脈沖T1控制采樣和判決器進行采樣判決獲得數(shù)字信號 D2。(9)帶控制與處理功能的光電傳感器，用于采集被檢測表面的圖像信息。該傳感器是具 有模擬圖像處理、圖像壓縮、無線通信基帶處理功能且不包含數(shù)字圖像處理功能的光電傳感 器，能夠進一步縮小芯片面積，其光學主軸和無線數(shù)字式攝像裝置的中軸線重合或具有一定 夾角(夾角為0°~90°之間)，其中的光學主軸是無線數(shù)字式攝像裝置的縱向中心軸。由于該 傳感器沒有數(shù)字圖像處理功能部分，因此大大延長了無線數(shù)字式攝像裝置的工作時間。光電傳感器的電路原理圖如圖6所示，包括控制單元、圖像傳感模塊、圖像壓縮模塊、 緩存、信道編解碼與信道處理控制電路和LED (Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)驅動電路 構成。其中，控制單元分別與圖像傳感模塊、圖像壓縮模塊、緩存模塊、信道編解碼與信道 處理控制電路和LED驅動電路連接；LED驅動電路、圖像傳感模塊、圖像壓縮模塊、緩存和 信道編解碼與信道處理控制電路依次串聯(lián)。光電傳感器的工作原理是由圖像傳感模塊把采集的數(shù)字圖像送入圖像壓縮模塊，經(jīng)壓 縮后輸出存入緩存，經(jīng)信道編解碼與信道處理控制電路進行數(shù)據(jù)的信道編碼和處理后送入無 線收發(fā)射頻模塊，把基帶信號調(diào)制到射頻，通過收發(fā)開關到達天線上，以無線電波形式發(fā)射 出去。從體外發(fā)送來的無線電波信號由天線接收后，通過收發(fā)丌關送入無線收發(fā)射頻模塊進 行解調(diào)，然后經(jīng)信道編解碼與信道處理控制電路進行信道處理與解碼后，送入控制單元，由 控制單元根據(jù)接收的命令去控制無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)相應的模塊。當系統(tǒng)采用的射頻提能方案情況下，還須把從射頻部分提取的能量信號通過電源管理模塊的穩(wěn)壓部分輸出以供給電路的工作電流；如果采用電池供電方案，則只須把電池輸出通過電源管理模塊的穩(wěn)壓電路輸
出給所有工作電路；如果采用射頻與電池的混合供電方案，則射頻提取的能量主要用來對電 池充電。其中，圖像傳感模塊的電路原理圖如圖7所示，由行與列選擇電路、像素陣列單元、列 傳感信號放大電路、模擬信號處理電路、數(shù)模轉換電路和控制時序輸入接口模塊構成，其中， 行與列選擇電路包括行選擇電路和列選擇電路。其中，行與列選擇電路、像素陣列單元、列 傳感信號放大電路、模擬信號處理電路和數(shù)模轉換電路依次串聯(lián)，行與列選擇電路和控制時 序輸入接口模塊相連。外界光照射像素陣列單元，發(fā)生光電效應，在像素陣列單元內(nèi)產(chǎn)生相 應的電荷。行與列選擇電路根據(jù)需要，選中相應的行與列的像素陣列單元，通過對應的列傳 感信號放大電路對選中輸出的每列像素陣列單元的電壓信號緩沖與放大，最后傳輸?shù)綄?模擬信號處理單元以及數(shù)模轉換電路，轉換成數(shù)字圖像信號輸出。圖像傳感模塊的模擬信號 處理電路的主要功能是對信號進行放大處理.，并且提高信噪比，完成信號的積分、放大、取 樣和保持、相關雙取樣、雙delta取樣等，其中的行選擇電路可以對像素陣列逐行掃描也可隔 行掃描。行與列選擇電路配合使用可以實現(xiàn)圖像的窗口提取功能。為了使圖像傳感模塊中各 部分電路按規(guī)定的節(jié)拍動作，控制時序輸入接口模塊接收來自控制單元的控制時序信號。由 于無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)的帶控制與處理功能的光電傳感器中沒有了數(shù)字圖像處理功能部 分，圖像傳感模塊中僅僅提供包含各種控制電路的接口，如曝光控制、增益控制、白平衡控 制和休眠控制等接口，具體的控制算法與數(shù)字圖像處理算法部分由在無線數(shù)字式攝像裝置外 的軟件實現(xiàn)，大大降低了功耗，因此能延長無線數(shù)字式攝像裝置的工作時間。圖像傳感模塊中像素陣列單元的電路原理圖如圖8所示。它是由光敏二極管Dl，充電 電容Cl,開關管M1組成，開關管M1分別與光敏二極管D1、充電電容C1串聯(lián)，光敏二極 管D1和充電電容C1并聯(lián)。充電電容C1用做收集光生電荷，開關管M1對光敏二極管D1 和充電電容C1復位。像素陣列單元的工作流程是由復位信號Reset控制進入"復位狀態(tài)"， 此時打開開關管M1。充電電容C1被充電，光敏二極管D1處于反向狀態(tài)；然后進人"取樣狀 態(tài)"，這時關閉開關管M1，在光照下光敏二極管D1產(chǎn)生光電流，使充電電容C1上存貯的電 荷放電，經(jīng)過一個固定時間間隔后，充電電容Cl上存留的電荷量就與光照成比例，這時就 將一幅圖像攝入到了像素陣列單元之中了；最后進入"讀出狀態(tài)"，這時再打開開關管M1，逐 個把各像素中充電電容Cl上存貯的電荷電壓傳輸?shù)綀D像傳感模塊的列傳感信號放大電路進 行緩沖和放大。由于系統(tǒng)采用的全數(shù)字化的設計方案，光電傳感器可以采用高分辨率(大于或等于 480*480)數(shù)字式的CMOS光電傳感器或CCD (Charge Coupled Device,電荷耦合器件)光電
傳感器，提供系統(tǒng)所攝圖像的分辨率。而現(xiàn)有系統(tǒng)的圖像分辨率是90,000像素點。 (10)電源與信號連接線。 (〗1)底座。(12)封閉外殼。由于無線數(shù)字式攝像裝置需要進入被檢患者的消化道內(nèi)，該封閉外殼由 無毒生物兼容性材料制成可吞服的形狀，其至少一端是透明的，并且其形狀并不限于圖l所示 的形狀，其它形狀也可以適用。無線數(shù)字式攝像裝置遙控器主要用于控制無線數(shù)字式攝像裝置的工作或休眠狀態(tài)，其電 路原理圖如圖9所示，由天線、射頻模塊、控制模塊、工作開關、休眠開關、指示燈、電源管 理模塊和電池連接構成。其中，工作開關、休眠開關、射頻模塊、指示燈、電源管理模塊分 別與控制模塊連接；天線、電源管理模塊分別與射頻模塊相連；電池與電源管理模塊相連。無線數(shù)字式攝像裝置遙控器的工作原理是，遙控器采用電池供電，電源信號經(jīng)過電源管 理模塊處理后為遙控器內(nèi)各電路模塊供電；控制模塊是整個遙控器的核心模塊，該模塊通過 檢測工作開關與休眠開關是否為導通狀態(tài)，來控制射頻模塊通過天線發(fā)射能量信號，該信號 上疊加了工作或休眠的控制信號，去控制無線數(shù)字式攝像裝置的工作與休眠狀態(tài)；指不燈主 要用來指示遙控器當前發(fā)送的控制命令信號的類型。無線數(shù)字式攝像裝置遙控器遙控無線數(shù)字式攝像裝置的工作示意圖如圖10所示無線數(shù) 字式攝像裝置遙控器發(fā)射疊加了能量與控制命令信號的射頻信號到無線數(shù)字式攝像裝置，無 線數(shù)字式攝像裝置接收射頻信號可以提取出能量與控制命令信號，根據(jù)控制命令信號來控制 無線數(shù)字式攝像裝置的啟動和休眠。當處于休眠狀態(tài)時，整個無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)的靜態(tài) 電流為零，也即零功耗。無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)的整個供電控制電路的工作過程為當電子 設備處于非工作狀態(tài)時，可控制開關K處于斷開狀態(tài)，整個系統(tǒng)電路的功耗為零；當其位于 遙控器的有效工作范圍內(nèi)時，電子設備首先逋過天線或電磁感應線圈以感應方式接收無線數(shù) 字式攝像裝置遙控器提供的能量和控制命令信號，并通過無線零功耗控制開關電路的動作， 啟動連接主工作電路和電源的可控制開關K，使得主工作電路接通電源，開始工作；當開始 工作的電子設備遠離外部遙控器后，為了保證設備仍處于工作狀態(tài)，此時能量疊加電路可由 電源供電，繼續(xù)為命令解析電路和開關驅動電路提供電源信號，以保證可控制開關K的導通 狀態(tài)，主工作電路仍然處于工作狀態(tài)。實施例2在實施例l中，無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)包括無線數(shù)字式攝像裝置和無線數(shù)字式攝像 裝置遙控器。本發(fā)明實施例提供的無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)還包括便攜式無線收發(fā)和數(shù)
據(jù)傳輸裝置。本實施例中的無線數(shù)字式攝像裝置和無線數(shù)字式攝像裝置遙控器與實施例1中的 無線數(shù)字式攝像裝置和無線數(shù)字式攝像裝置遙控器相同，不再贅述。便攜式無線收發(fā)和數(shù)據(jù)傳輸裝置的電路原理圖如圖ll所示，由天線陣列、由便攜式電池 供電的無線收發(fā)器、緩存、信道解碼器、信號處理器和大容量存儲體依次串聯(lián)構成。其工作 原理是通過天線陣列接收到來自吞入人體內(nèi)的無線數(shù)字式攝像裝置發(fā)來的無線圖像信號， 送入無線收發(fā)器，經(jīng)解調(diào)成數(shù)字信號后送入信道解碼器，把經(jīng)解碼得到的圖像數(shù)據(jù)寫入緩存， 然后通過信號處理器讀出數(shù)據(jù)，并存入大容量存儲體或通過USB (Universal Serial Bus，通用 串行總線)接口輸出到計算機或網(wǎng)絡接口接入互聯(lián)網(wǎng)，信號處理器還對從天線陣列采集來的 數(shù)據(jù)進行處理后獲得的定位信息數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)一同存入存儲體或通過USB接口輸出到計 算機。在具體執(zhí)行內(nèi)窺檢查時，先用無線數(shù)字式攝像裝置遙控器遙控無線數(shù)字式攝像裝置處于 工作狀態(tài)，然后由被檢患者以吞服方式把無線數(shù)字式攝像裝置從口腔送入消化道。如圖12所 示，其工作方式可以是無線數(shù)字式攝像裝置把攝取的圖像傳輸?shù)饺梭w外的便攜式無線收發(fā) 和數(shù)據(jù)傳輸裝置中的大容量存儲體。山于便攜式無線收發(fā)和數(shù)據(jù)傳輸裝置中的天線陣列具有 定位功能，因此接收的數(shù)據(jù)中要多一個圖像的定位信息。患者在該方式下檢査時，能夠行動 自如，不影響日常的活動實施例3實施例1中，無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)包括無線數(shù)字式攝像裝置和無線數(shù)字式攝像裝 置遙控器。本發(fā)明實施例提供的無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)還包括計算機控制與處理裝置。 木實施例中的無線數(shù)字式攝像裝置和無線數(shù)字式攝像裝置遙控器與實施例l中的無線數(shù)字式 攝像裝置和無線數(shù)字式攝像裝置遙控器相同，不再贅述。計算機控制與處理裝置如圖13所示，包括(1) 計算機主機，主要用于提供各種原本集成在光電傳感器中的各種控制算法、數(shù)字圖 像處理的功能以及各種醫(yī)學圖像處理的功能來輔助醫(yī)生進行診斷。其不僅提供各種二維圖像 處理功能，還提供了三維圖像重建和處理功能，同時還提供了網(wǎng)絡會診等功能。(2) 高清晰度監(jiān)視器，主要用于顯示高清晰的被測表面信息。(3) 天線，用于接收與發(fā)送信號。(4) 無線數(shù)據(jù)收發(fā)卡，用于控制無線數(shù)字式攝像裝置的參數(shù)，包括發(fā)光光源與光電傳感 器的工作狀態(tài)、圖像幀率、圖像大小、圖像壓縮比、感興趣區(qū)壓縮設置等。如圖14所不，無 線數(shù)據(jù)收發(fā)卡包括天線、低噪聲放大器、混頻器、頻率綜合器、帶通濾波器、檢波器、采樣
判決、收發(fā)轉換開關、信號發(fā)送開關、發(fā)送控制單元、計算機接口電路和緩存。無線數(shù)據(jù)收發(fā)卡的工作流程分為兩部分， 一是信號發(fā)送流程把從計算機接口獲得控制 指令Cl存入緩存后，由發(fā)送控制單元把控制指令和從頻率綜合器出來的射頻信號通過信號 發(fā)送開關與收發(fā)切換開關，并最終通過天線以無線電波發(fā)射出去；二是信號的接收流程從 天線接收信號送入低噪聲放大器放大，再送入混頻器降頻后送入兩路帶通濾波器與檢波器， 濾波后進行采樣和判決后輸出數(shù)字信號，并通過計算機接口電路送入計算機。計算機控制與處理裝置的工作流程是由與計算機主機相連接的無線數(shù)據(jù)收發(fā)卡和收發(fā) 天線來與體內(nèi)無線數(shù)字式攝像裝置實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通信，以對體內(nèi)無線數(shù)字式攝像裝置的控制， 同時可以實吋地在一個高清晰度的監(jiān)視器上觀察病人的內(nèi)窺圖像。患者在該方式下檢査時， 能夠行動自如。 實施例4在實施例3中，無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)包括無線數(shù)字式攝像裝置、無線數(shù)字式攝 像裝置遙控器和計算機控制與處理裝置。在本實施例中，無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)還包 括便攜式無線收發(fā)和數(shù)據(jù)傳輸裝置。本實施例中無線數(shù)字式攝像裝置、無線數(shù)字式攝像裝置 遙控器和計算機控制與處理裝置與實施例3中無線數(shù)字式攝像裝置、無線數(shù)字式攝像裝置遙 控器和計算機控制與處理裝置相同，不再贅述。便攜式無線收發(fā)和數(shù)據(jù)傳輸裝置與實施例2 中的便攜式無線收發(fā)和數(shù)據(jù)傳輸裝置相同，不再贅述。在具體執(zhí)行內(nèi)窺檢査時，先用無線數(shù)字式攝像裝置遙控器遙控無線數(shù)字式攝像裝置處于 工作狀態(tài)，然后由被檢患者以吞服方式把無線數(shù)字式攝像裝置從口腔送入消化道，其后的工 作方式可以有兩種 一是，無線數(shù)字式攝像裝置把攝取的圖像傳輸?shù)饺梭w外的便攜式無線收 發(fā)和數(shù)據(jù)傳輸裝置中的大容量存儲體，在檢查完畢后，再把攝取的圖像數(shù)據(jù)下載到計算機上 由醫(yī)生進行后處理和診斷?；颊咴谠摲绞较聶z査時，能夠行動自如，不影響閂常的活動。另 一種是無線數(shù)字式攝像裝置把攝取的圖像通過人體外的便攜式無線收發(fā)和數(shù)據(jù)傳輸裝置與無 線數(shù)據(jù)收發(fā)卡實時轉發(fā)到計算機主機，并通過高清晰的監(jiān)視器實時呈現(xiàn)給醫(yī)生，同時計算機 主機通過無線數(shù)據(jù)收發(fā)卡和收發(fā)天線來與體內(nèi)無線數(shù)字式攝像裝置實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通信，以對 體內(nèi)無線數(shù)字式攝像裝置的控制。實施例5本發(fā)明實施例提供了一種無線數(shù)字式攝像裝置遙控器，其電路原理圖如圖9所示，該無 線數(shù)字式攝像裝置遙控器用于遙控無線數(shù)字式攝像裝置的工作與休眠狀態(tài)，包括天線、射 頻模塊、控制模塊、工作開關、休眠開關、指示燈、電源管理模塊和電池。其中，天線與射
頻模塊相連，工作開關、休眠開關、射頻模塊、指示燈和電源管理模塊分別與控制模塊相連, 電池和射頻模塊分別與電源管理模塊相連。無線數(shù)字式攝像裝置遙控器的工作原理是，遙控器采用電池供電，電源信號經(jīng)過電源管 理模塊處理后為遙控器內(nèi)各電路模塊供電；控制模塊是整個遙控器的核心模塊，該模塊通過 檢測工作開關與休眠開關是否為導通狀態(tài)，來控制射頻模塊通過天線發(fā)射能量信號，該信號 上疊加了工作或休眠的控制信號，去控制無線數(shù)字式攝像裝置的工作與休眠狀態(tài)；指示燈主 要用來指示遙控器當前發(fā)送的控制命令信號的類型。無線數(shù)字式攝像裝置遙控器遙控無線數(shù)字式攝像裝置的工作示意圖如圖10所示無線數(shù) 字式攝像裝置遙控器發(fā)射疊加了能量與控制命令信號的射頻信號到無線數(shù)字式攝像裝置，無 線數(shù)字式攝像裝置接收射頻信號可以提取出能量與控制命令信號，根據(jù)控制命令信號來控制 無線數(shù)字式攝像裝置的啟動和休眠。當處于休眠狀態(tài)時，整個無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)的靜態(tài) 電流為零，也即零功耗。無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)的整個供電控制電路的工作過程為當電子 設備處于非工作狀態(tài)時，可控開關K處于斷開狀態(tài)，整個系統(tǒng)電路的功耗為零；當其位于遙 控器的有效工作范圍內(nèi)時，電子設備首先通過天線或電磁感應線圈以感應方式接收無線數(shù)字 式攝像裝置遙控器提供的能量和控制命令信號，并通過無線零功耗控制開關電路的動作，啟 動連接主工作電路和電源的可控開關，使得主工作電路接通電源，開始工作；當開始工作的 電子設備遠離外部遙控器后，為了保證設備仍處于工作狀態(tài)，此時能量疊加電路可山供電電 源供電，繼續(xù)為命令解析電路和開關驅動電路提供電源信號，以保證控制開關的導通狀態(tài)， 主工作電路仍然處于工作狀態(tài)。實施例6本發(fā)明實施例提供了無線數(shù)字式攝像裝置，用于采集、發(fā)送患者消化道表面的圖像信息 和接收無線數(shù)字式攝像裝置遙控器發(fā)送的控制與能量信號,包括帶控制與處理功能的光電傳 感器、射頻與無線零功耗控制開關電路、電源連接裝置、電源與信號連接線、底座、光學鏡 頭、鏡頭座、照明裝置、照明裝置底座、電源、天線和封閉外殼。其中，電源連接裝置、電 源與信號連接線、底座、光學鏡頭、鏡頭座、照明裝置、照明裝置底座、電源、天線、帶控 制與處理功能的光電傳感器和射頻與無線零功耗控制開關電路內(nèi)置于封閉外殼內(nèi)。無線數(shù)字式攝像裝置的縱剖視圖如圖l所示，包括(1)照明裝置，用于提供采集被測表面圖像所需光源。如圖2所示，照明裝置由沿光學 鏡頭圓周方向配置的不同波長的多個發(fā)光光源構成，多個發(fā)光光源中至少有一對發(fā)不同波長 的光源，和至少一對能發(fā)白光的光源，所述多個發(fā)光光源都嵌接在帶控制與處理功能光電傳 感器上部的鏡頭座的照明裝置底座上。當系統(tǒng)需要獲得三維圖像數(shù)據(jù)時，通過用不同波長光 源交替工作來獲得被測部位表面的深度信息。而現(xiàn)有系統(tǒng)只用了4個相同的白光二極管來迸 行照明，因此只能采集二維平面圖像。(2) 照明裝置底座，用于固定照明裝置。(3) 光學鏡頭。(4) 鏡頭座，用于固定光學鏡頭。(5) 天線，包括天線A和天線B，如圖6所示，天線B與射頻與無線零功耗控制開關電路 相連，用于接收以電磁波的形式從外部無線數(shù)字式攝像裝置遙控器發(fā)出的能量信號以及啟動 和休眠信號，以及便攜式無線收發(fā)和數(shù)據(jù)傳輸裝置和計算機控制與處理裝置發(fā)送的控制信息， 天線A與無線數(shù)字式攝像裝置主工作電路相連。其中，天線A也可以換成電磁感應線圈A，天 線B也可以換成電磁感應線圈B，并且天線A和天線B可以是同一天線，電磁感應線圈A和電磁 感應線圈B也可以是同-電磁感應線圈。(6) 電源，用于供給無線數(shù)字式攝像裝置的電源需求。無線數(shù)字式攝像裝置中的電源供 給方案可采用電池或從無線電波中提取能量，或者兩者的結合，從而確保實現(xiàn)對全消化道的 檢查。而現(xiàn)有臨床應用的系統(tǒng)產(chǎn)品僅采用了電池的供電，只能工作6 8小時。(7) 電源連接裝置。該裝置是一金屬罩，罩在射頻與無線零功耗控制開關電路上。該裝 置屏蔽了無線收發(fā)射頻模塊對該系統(tǒng)內(nèi)其它電路的高頻電磁輻射，也消除了外界高頻電磁輻 射影響，同時還起到連接電源的接地端的作用，方便了無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)系統(tǒng)的安裝。(8)射頻與無線零功耗控制開關電路。如圖6所示，無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)主工作電路 包括帶控制與處理功能的光電傳感器以及射頻與無線零功耗控制開關電路中的無線收發(fā)射頻 模塊、電源管理模塊等部分。其中，射頻與無線零功耗控制開關電路包括收發(fā)開關、無線收 發(fā)射頻模塊、電源管理模塊和無線零功耗控制開關電路。無線零功耗控制開關電路與無線收 發(fā)射頻模塊可以是不同工作頻率，也可以是相同的工作頻率。其中，無線零功耗控制開關電 路如圖3所示，無線零功耗控制開關電路即供電控制電路，而供電控制電路由電源恢復電路、 能量疊加電路、信號解調(diào)電路、命令解析電路、開關驅動電路和可控制開關K構成。其中， 命令解析電路、開關驅動電路和可控制開關K統(tǒng)稱為數(shù)字控制電路。信號解調(diào)電路、電源恢 復電路、能量疊加電路和命令解析電路依次首尾相連，命令解析電路、開關驅動電路與開關 依次串聯(lián)，能量疊加電路和開關驅動電路相連。電源恢復電路對信號解調(diào)電路直接供電，同 時通過能量疊加電路對命令解析電路和開關驅動電路供電。可控開關K取消了磁控開關，由 MEMS (Micro-Electro-Mechanical System,微機電系統(tǒng))開關或CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor,互補金屬氧化物半導體)開關管構成。無線零功耗控制開關電路的工作原理是，當供電控制電路接收來自天線或電磁感應線圈 B的能量和控制命令信號為啟動時，命令解析電路通過開關驅動電路控制可控制開關K導通， 電源對主工作電路供電，主工作電路處于工作狀態(tài)，同時電源也對命令解析電路與開關驅動 電路供電；當供電控制電路接收來自天線的能量和控制命令信號為休眠時，命令解析電路通 過開關驅動電路控制可控開關K斷開，電源不對主工作電路供電，主工作電路處于休眠狀態(tài)。射頻與無線零功耗控制開關電路的供電方式克服了以往無線膠囊裝置供電方式的應用缺陷，使得電子設備在非工作狀態(tài)下為零功耗，而在工作狀態(tài)下又和以前的裝置具有相同的工 作能力，從而達到了降低電子設備的尺寸和成本，降低能量消耗，還能便于系統(tǒng)設備的運輸 與長期存儲。無線零功耗控制電開關電路中能量疊加電路由兩個PMOS (Positive Channel Metal Oxide Semiconductor,陽極金屬氧化物半導體)管和充電電容C0組成，其中，兩個PMOS管各自 接成二極管的形式。其中，兩個PMOS管的第一個PMOS管的源極接電源恢復電路的輸出端 Vrf，第二個PMOS管的源極接電源(正極輸出端為Vdd)，兩個PMOS管的漏極與充電電容 CO的一端相連后，構成能量疊加電路的輸出端V—sel，充電電容CO的另一端接地。能量疊 加電路的電路原理圖如圖4所示，兩路電源分別來自電源恢復電路和無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi) 主工作電路的電源引入端，這兩路直流電壓均可對充電電容CO進行充電，為命令解析電路 與開關驅動電路的正常工作提供電源電壓。射頻與無線零功耗控制開關電路中的無線收發(fā)射頻模塊能夠實現(xiàn)無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi) 與無線數(shù)字式攝像裝置外的雙向通信功能。如圖5所示,無線收發(fā)射頻模塊包括控制單元、壓 控振蕩器、功率放大器、低噪聲放大器、帶通濾波器、半波或全波整流模塊、低通濾波器、 采樣和判決器。其中，控制單元、壓控振蕩器和功率放大器串聯(lián)，低噪聲放大器、帶通濾波 器、半波或全波整流模塊、低通濾波器和采樣和判決器串聯(lián)。無線收發(fā)射頻模塊的工作流程有兩部分 一是信號發(fā)送流程，具體流程是控制單元根據(jù) 來自信道編碼的數(shù)字信號D1輸出不同的電壓來控制壓控振蕩器輸出不同頻率信號，頻率信 號被送入功率放大器放大后輸出射頻信號Sl,由天線發(fā)射出去；二是信號接收流程，具體流 程是來自接收天線信號S2經(jīng)低噪聲放大器放大，送入帶通濾波器，再進行半波或全波整流模 塊與低通濾波器濾波，最后由位定時脈沖T1控制采樣和判決器進行采樣判決獲得數(shù)字信號 D2。(9)帶控制與處理功能的光電傳感器，用于采集被檢測表面的圖像信息。該傳感器是具
有模擬圖像處理、圖像壓縮、無線通信基帶處理功能且不包含數(shù)字圖像處理功能的光電傳感 器，能夠進一歩縮小芯片面積，其光學主軸和無線數(shù)字式攝像裝置的中軸線重合或具有一定 夾角(夾角為0°~90°之間)，其中的光學主軸是無線數(shù)字式攝像裝置的縱向中心軸。由于該 傳感器沒有數(shù)字圖像處理功能部分，因此大大延長了無線數(shù)字式攝像裝置的工作時間。光電傳感器的電路原理圖如圖6所示，包括控制單元、圖像傳感模塊、圖像壓縮模塊、 緩存、信道編解碼與信道處理控制電路和LED (Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)驅動電路 構成。其中，控制單元分別與圖像傳感模塊、圖像壓縮模塊、緩存模塊、信道編解碼與信道 處理控制電路和LED驅動電路連接LED驅動電路、圖像傳感模塊、圖像壓縮模塊、緩存和 信道編解碼與信道處理控制電路依次串聯(lián)。光電傳感器的工作原理是由圖像傳感模塊把采集的數(shù)字圖像送入圖像壓縮模塊，經(jīng)壓 縮后輸出存入緩存，經(jīng)信道編解碼與信道處理控制電路進行數(shù)據(jù)的信道編碼和處理后送入無 線收發(fā)射頻模塊，把基帶信號調(diào)制到射頻，通過收發(fā)開關到達天線上，以無線電波形式發(fā)射 出去。從體外發(fā)送來的無線電波信號由天線接收后，通過收發(fā)開關送入無線收發(fā)射頻模塊進 行解調(diào)，然后經(jīng)信道編解碼與信道處理控制電路進行信道處理與解碼后，送入控制單元，由 控制單元根據(jù)接收的命令去控制無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)相應的模塊。當系統(tǒng)采用的射頻提能 方案情況下，還須把從射頻部分提取的能量信號通過電源管理模塊的穩(wěn)壓部分輸出以供給電 路的丁.作電流；如果采用電池供電方案，則只須把電池輸出通過電源管理模塊的穩(wěn)壓電路輸 出給所有工作電路；如果采用射頻與電池的混合供電方案，則射頻提取的能量主要用來對電 池充電。其中，圖像傳感模塊的電路原理圖如圖7所示，由行與列選擇電路、像素陣列單元、列 傳感信號放大電路、模擬信號處理電路、數(shù)模轉換電路和控制時序輸入接口模塊構成，其中， 行與列選擇電路包括行選擇電路和列選擇電路。其中，行與列選擇電路、像素陣列單元、列 傳感信號放大電路、模擬信號處理電路和數(shù)模轉換電路依次串聯(lián)，行與列選擇電路和控制時 序輸入接口模塊相連。外界光照射像素陣列單元，發(fā)生光電效應，在像素陣列單元內(nèi)產(chǎn)生相 應的電荷。行與列選擇電路根據(jù)需要，選中相應的行與列的像素陣列單元，通過對應的列傳 感信號放大電路對選中輸出的每列像素陣列單元的電壓信號緩沖與放人，最后傳輸?shù)綄?模擬信號處理單元以及數(shù)模轉換電路，轉換成數(shù)字圖像信號輸出。圖像傳感模塊的模擬信號 處理電路的主要功能是對信號進行放大處理，并且提高信噪比，完成信號的積分、放大、取 樣和保持、相關雙取樣、雙delta取樣等，其中的行選擇電路可以對像素陣列逐行掃描也可隔 行掃描。行與列選擇電路配合使用可以實現(xiàn)圖像的窗口提取功能。為了使圖像傳感模塊中各
部分電路按規(guī)定的節(jié)拍動作，控制時序輸入接口模塊接收來自控制單元的控制時序信號。由 于無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)的帶控制與處理功能的光電傳感器中沒有了數(shù)字圖像處理功能部 分，圖像傳感模塊中僅僅提供包含各種控制電路的接口，如曝光控制、增益控制、白平衡控 制和休眠控制等接口，具體的控制算法與數(shù)字圖像處理算法部分由在無線數(shù)字式攝像裝置外 的軟件實現(xiàn)，大大降低了功耗，因此能延長無線數(shù)字式攝像裝置的工作時間。圖像傳感模塊中像素陣列單元的電路原理圖如圖8所示。它是由光敏—極管Dl，充電 電容C1，開關管M1組成，開關管M1分別與光敏二極管D1、充電電容C1串聯(lián)，光敏二極 管D1和充電電容C1并聯(lián)。充電電容C1用做收集光生電荷，開關管M1對光敏二極管D1 和充電電容C1復位。像素陣列單元的工作流程是由復位信號Reset控制進入"復位狀態(tài)"， 此時打開開關管M1。充電電容C1被充電，光敏二極管D1處于反向狀態(tài)；然后進人"取樣狀 態(tài)"，這時關閉開關管M1，在光照下光敏二極管D1產(chǎn)生光電流，使充電電容C1上存貯的電 荷放屯，經(jīng)過個同定時間間隔后，充電電容Cl上存留的電荷量就與光照成比例，這時就 將一幅圖像攝入到了像素陣列單元之中了；最后進入"讀出狀態(tài)"，這時再打開開關管M1，逐 個把各像素中充電電容Cl上存貯的電荷電壓傳輸?shù)綀D像傳感模塊的列傳感信號放大電路進 行緩沖和放大。由于系統(tǒng)采用的全數(shù)字化的設計方案，光電傳感器可以采用高分辨率(大于或等于 480*480)數(shù)字式的CMOS光電傳感器或CCD (Charge Coupled Device,電荷耦合器件)光電 傳感器，提供系統(tǒng)所攝圖像的分辨率。而現(xiàn)有系統(tǒng)的圖像分辨率是90,000像素點。(10) 電源與信號連接線。(11) 底座。(12) 封閉外殼。由于無線數(shù)字式攝像裝置需要進入被檢患者的消化道內(nèi)，該封閉外殼由 無毒生物兼容性材料制成可吞服的形狀，其至少一端是透明的，并且其形狀并不限于圖l所示 的形狀，其它形狀也可以適用。通過本發(fā)明實施例所述技術方案，可以達到如下效果(1) 可以實現(xiàn)休內(nèi)與體外的雙向通信。由于本系統(tǒng)的無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)有一個雙向 無線收發(fā)射頻模塊，能實現(xiàn)無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)與無線數(shù)字式攝像裝置外的雙向通信，從 而使得體外能通過計算機控制無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)各部分的工作參數(shù)，如照明強度、照明 時間、光電傳感器的工作狀態(tài)、圖像幀率、圖像大小、圖像壓縮比、感興趣區(qū)設定等。(2) 能實現(xiàn)對全消化道的檢查。無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)的電源供給方案可采用電池或從 無線電波中提取能量，或者兩者的結合，從而確保實現(xiàn)對全消化道的檢查，而現(xiàn)有臨床應用
的系統(tǒng)產(chǎn)品僅采用了電池的供電，只能工作6~8小時。(3) 提供高分辨率的胃腸道圖像，無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)采用了高分辨率(大于或等于 480*480像素點)的微型CMOS或CCD光電傳感器，提高了系統(tǒng)所攝圖像的分辨率，且光電 傳感器能輸出數(shù)字圖像信號。而現(xiàn)有系統(tǒng)的圖像分辨率是90,000像素點。(4) 不僅能提供二維圖像數(shù)據(jù)，還能提供三維圖像數(shù)據(jù)。無線數(shù)字式攝像裝置中的照明 裝置由不同波長的多個發(fā)光光源組成。當系統(tǒng)在需要獲得三維圖像數(shù)據(jù)時，通過用不同波長 的多個發(fā)光光源交替工作來獲得被測部位表面的深度信息。而現(xiàn)有系統(tǒng)只用了 4個相同的白 光二極管來進行照明，因此只能采集二維平面圖像。(5) 可以進一步縮小芯片面積，降低功耗。無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)的光電傳感器僅包含 了模擬圖像處理、圖像壓縮、無線通信基帶處理功能，采用單芯片設計，不包含數(shù)字圖像處 理功能，所以能夠進一步縮小芯片面積和功耗。(6) 系統(tǒng)中的無線數(shù)字式攝像裝置內(nèi)設計了一個電源連接裝置，它是一金屬罩，罩在射 頻與無線零功耗控制開關電路上，它屏蔽了無線收發(fā)射頻模塊對其它電路的高頻電磁輻射， 也消除了外界高頻電磁輻射的影響，同時還起到連接電池一端的作用，也方便了無線數(shù)字式 攝像裝置內(nèi)系統(tǒng)的安裝。(7) 無線數(shù)字式攝像裝置克服了以往無線膠囊裝置供電方式的應用缺陷，使其在非工作 狀態(tài)下為零功耗，而在工作狀態(tài)下又和以前的裝置具有相同的工作能力，從而達到了降低電 子設備的尺寸和成本，降低能量消耗，便于系統(tǒng)設備的運輸與長期存儲的效果。(8) 便于醫(yī)生實時觀察。醫(yī)生可以通過高清晰監(jiān)視器方便實時的觀察圖像信息，有利于 醫(yī)生作出準確診斷。(9) 便攜式無線收發(fā)和數(shù)據(jù)傳輸裝置中的天線陣列具有定位功能，可以使計算機控制與 處理裝置所接受的數(shù)據(jù)中要多一項圖像的定位信息，使得檢測更加準確。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之 內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1、一種無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括無線數(shù)字式攝像裝置遙控器和無線數(shù)字式攝像裝置；所述無線數(shù)字式攝像裝置遙控器，用于遙控所述無線數(shù)字式攝像裝置的工作與休眠狀態(tài)；所述無線數(shù)字式攝像裝置，用于在生物體腔內(nèi)接收控制信息，采集圖像信息，并發(fā)送所述圖像信息；所述無線數(shù)字式攝像裝置包括不帶數(shù)字圖像處理功能的光電傳感器、射頻與無線零功耗控制開關電路、電源連接裝置、電源與信號連接線、底座、光學鏡頭、鏡頭座、照明裝置、照明裝置底座、電源、天線和封閉外殼；所述不帶數(shù)字圖像處理功能的光電傳感器，用于采集圖像信息，并發(fā)送所述圖像信息給所述射頻與無線零功耗控制開關電路；所述射頻與無線零功耗控制開關電路，用于接收所述不帶數(shù)字圖像處理功能的光電傳感器采集的圖像信息并發(fā)送，啟動或關閉所述無線數(shù)字式攝像裝置和接收體外控制信息；所述電源連接裝置、電源與信號連接線、底座、光學鏡頭、鏡頭座、照明裝置、照明裝置底座、電源、天線、不帶數(shù)字圖像處理功能的光電傳感器和射頻與無線零功耗控制開關電路內(nèi)置于所述封閉外殼內(nèi)。
2、 如權利要求l所述的無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 無線收發(fā)與數(shù)據(jù)傳輸裝置，用于接收和存儲所述無線數(shù)字攝像裝置發(fā)送的所述圖像信息，并發(fā)送控制信息給所述無線數(shù)字式攝像裝置。
3、 如權利要求2所述的無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 計算機控制與處理裝置，用于控制所述無線數(shù)字式攝像裝置的參數(shù)，接收所述無線收發(fā)與數(shù)據(jù)傳輸裝置發(fā)送的所述圖像信息，并進行圖像顯示和處理。
4、 如權利要求l所述的無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括計算機控制與處理裝置，用于控制所述無線數(shù)字式攝像裝置的參數(shù)，接收所述無線數(shù)字 式攝像裝置發(fā)送的所述圖像信息，并進行圖像顯示和處理。
5、 如權利要求l所述的無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述不帶數(shù)字圖像 處理功能的光電傳感器包括控制單元、圖像傳感模塊、圖像壓縮模塊、緩存、信道編解碼與信道處理控制電路和LED 驅動電路； 所述控制單元分別與所述圖像傳感模塊、圖像壓縮模塊、緩存、信道編解碼與信道處理 控制電路和發(fā)光二極管驅動電路相連，所述發(fā)光二極管驅動電路、圖像傳感模塊、圖像壓縮 模塊、緩存和信道編解碼與信道處理控制電路依次串聯(lián)。
6、 如權利要求l所述的無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述電源連接裝置 是一金屬罩，用于屏蔽電磁輻射影響，罩在所述射頻與無線零功耗控制開關電路上，并與電 源的接地端連接。
7、 如權利要求l所述的無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述射頻與無線零 功耗控制開關電路包括無線零功耗控制開關電路、電源管理模塊、無線收發(fā)射頻模塊和開關； 所述無線零功耗控制開關電路、電源管理模塊和無線收發(fā)射頻模塊依次串聯(lián)，所述開關 與無線收發(fā)射頻模塊相連。
8、 如權利要求7所述的無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述無線收發(fā)射頻 模塊包括控制單元、壓控振蕩器、功率放大器、低噪聲放大器、帶通濾波器、半波或全波整流模 塊、低通濾波器和采樣和判決器；所述控制單元、壓控振蕩器和功率放大器依次串聯(lián)，所述低噪聲放大器、帶通濾波器、 半波或全波整流模塊、低通濾波器和采樣和判決器依次串聯(lián)。
9、 如權利要求7所述的無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述無線零功耗控 制開關電路包括電源恢復電路、能量疊加電路、信號解調(diào)電路、命令解析電路、開關驅動電路和開關； 所述信號解調(diào)電路、電源恢復電路、能量疊加電路和命令解析電路依次首尾相連，所述 命令解析電路、開關驅動電路與開關依次串聯(lián)，所述能量疊加電路和開關驅動電路相連。
10、 如權利要求9所述的無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述開關是微機電系統(tǒng)開關。
11、 權利要求9所述的無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述開關是CMOS開關管。
12、 如權利要求9所述的無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述能量疊加電 路包括兩個PMOS管和電容，所述兩個PMOS管各自接成二極管的形式，所述兩個PMOS 管中的第一個PMOS管的源極接所述電源恢復電路的輸出端，所述兩個PMOS管的第二個 PMOS管的源極接所述電源，所述兩個PMOS管的漏極與所述電容的一端相連，構成所述能量疊加電路的輸出端，所述電容的另一端接地。
13、 一種無線數(shù)字式攝像裝置遙控器，其特征在于，所述無線數(shù)字式攝像裝置遙控器用 于遙控無線數(shù)字式攝像裝置的工作與休眠狀態(tài)；所述無線數(shù)字式攝像裝置遙控器包括天線、射頻模塊、控制模塊、工作開關、休眠開關、指示燈、電源管理模塊和電池；所 述天線與射頻模塊相連，所述工作開關、休眠開關、射頻模塊、指示燈和電源管理模塊分別 與所述控制模塊相連，所述電池和射頻模塊分別與所述電源管理模塊相連。
14、 一種無線數(shù)字式攝像裝置，其特征在于，所述無線數(shù)字式攝像裝置，用于在生物體 腔內(nèi)接收控制信息，采集圖像信息，并發(fā)送所述圖像信息，所述無線數(shù)字式攝像裝置包括 不帶數(shù)字圖像處理功能的光電傳感器、射頻與無線零功耗控制開關電路、電源連接裝置、電 源與信號連接線、底座、光學鏡頭、鏡頭座、照明裝置、照明裝置底座、電源、天線和封閉 外殼；所述不帶數(shù)字圖像處理功能的光電傳感器，用于采集圖像信息，并發(fā)送所述圖像信息給 所述射頻與無線零功耗控制開關電路；所述射頻與無線零功耗控制開關電路，用于接收所述不帶數(shù)字圖像處理功能的光電傳感 器采集的圖像信息并發(fā)送，啟動或關閉所述無線數(shù)字式攝像裝置和接收體外控制信息；所述電源連接裝置、電源與信號連接線、底座、光學鏡頭、鏡頭座、照明裝置、照明裝 置底座、電源、天線、不帶數(shù)字圖像處理功能的光電傳感器和射頻與無線零功耗控制開關電 路內(nèi)置于所述封閉外殼內(nèi)。
15、 如權利要求14所述的一種無線數(shù)字式攝像裝置，其特征在于，所述不帶數(shù)字圖像處理功能的光電傳感器包括控制單元、圖像傳感模塊、圖像壓縮模塊、緩存、信道編解碼與信道處理控制電路和LED 驅動電路；所述控制單元分別與所述圖像傳感模塊、圖像壓縮模塊、緩存、信道編解碼與信道處理 控制電路和LED驅動電路相連，所述LED驅動電路、圖像傳感模塊、圖像壓縮模塊、緩存 和信道編解碼與信道處理控制電路依次串聯(lián)。
16、 如權利要求14所述的一種無線數(shù)字式攝像裝置，其特征在于，所述電源連接裝置是 一金屬罩，用于屏蔽電磁輻射影響，罩在所述射頻與無線零功耗控制開關電路上，并與電源 的接地端連接。
17、 如權利要求14所述的一種無線數(shù)字式攝像裝置，其特征在于，所述射頻與無線零功耗控制開關電路包括無線零功耗控制開關電路、電源管理模塊、無線收發(fā)射頻模塊和開關； 所述無線零功耗控制開關電路、電源管理模塊和無線收發(fā)射頻模塊依次串聯(lián)，所述開關與無線收發(fā)射頻模塊相連。
18、 如權利要求17所述的一種無線數(shù)字式攝像裝置，其特征在于，所述無線收發(fā)射頻模 塊包括控制單元、壓控振蕩器、功率放大器、低噪聲放大器、帶通濾波器、半波或全波整流模 塊、低通濾波器和采樣和判決器；所述控制單元、壓控振蕩器和功率放大器依次串聯(lián)，所述低噪聲放大器、帶通濾波器、 半波或全波整流模塊、低通濾波器和采樣和判決器依次串聯(lián)。
19、 如權利要求17所述的一種無線數(shù)字式攝像裝置，其特征在于，所述無線零功耗控制開關電路包括電源恢復電路、能量疊加電路、信號解調(diào)電路、命令解析電路、開關驅動電路和開關； 所述信號解調(diào)電路、電源恢復電路、能量疊加電路和命令解析電路依次首尾相連，所述 命令解析電路、開關驅動電路與開關依次串聯(lián)，所述能量疊加電路和開關驅動電路相連。
20、 如權利要求19所述的一種無線數(shù)字式攝像裝置，其特征在于，所述開關是微機電系 統(tǒng)開關。
21、 如權利要求19所述的一種無線數(shù)字式攝像裝置，其特征在于，所述開關CMOS開關管。
22、 如權利要求19所述的一種無線數(shù)字式攝像裝置，其特征在于，所述能量疊加電路包 括兩個PMOS管和電容，所述兩個PMOS管各自接成二極管的形式，所述兩個PMOS管 的第 -個PMOS管的源極接所述電源恢復電路的輸出端，所述兩個PMOS管的第二個PMOS 管的源極接所述電源，所述兩個PMOS管的漏極與所述電容的一端相連，構成所述能量疊加 電路的輸出端，所述電容的另一端接地。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線生物體腔內(nèi)圖像采集系統(tǒng)及裝置，屬于醫(yī)用內(nèi)視鏡技術領域。所述系統(tǒng)包括無線數(shù)字式攝像裝置和無線數(shù)字式攝像裝置遙控器。所述裝置分別是無線數(shù)字式攝像裝置和無線數(shù)字式攝像裝置遙控器。通過本發(fā)明所述系統(tǒng)，能夠對病人實施雙向、無線通信的、可控且可實時觀察圖像的、全數(shù)字的、零功耗的全消化道檢查。
文檔編號A61B1/04GK101147668SQ20071017708
公開日2008年3月26日 申請日期2007年11月9日 優(yōu)先權日2007年11月9日
發(fā)明者姜漢鈞, 李國林, 王志華, 王紅梅, 翔 謝 申請人:清華大學;北京華清益康科技有限責任公司