基于cmos圖像傳感器的內窺微機電系統(tǒng)設計畢業(yè)設計

1、<p><b>　　學號： </b></p><p><b>　　畢業(yè)設計說明書</b></p><p>　　基于CMOS圖像傳感器的內窺微機電系統(tǒng)設計</p><p>　　Design Of Endoscopic MEMS Based On CMOS Image Sensor </p><p

2、>　　學院 專業(yè) 班級 班</p><p>　　學生 指導教師（講師） </p><p>　　完成時間 年 月 日至 年 月 日</p><p>　　畢 業(yè) 設 計 （論 文） 任 務 書</p><p>

3、;　　一、畢業(yè)設計（論文）課題 基于 CMOS 圖像傳感器的內窺微機電系統(tǒng)設計</p><p>　　二、畢業(yè)設計（論文）工作自 2013 年 3 月 18 日起至 2013 年 5 月 31 日止三、畢業(yè)設計（論文）進行地點 </p><p>　　四、畢業(yè)設計（論文）的內容要求 1、已知條件：

4、 </p><p>　　OV5116、OV7930、OV6920圖像傳感器，無線攝像頭等。 </p><p>　　2、設計要求： （1）按要求寫出開題報告；

5、 （2）收集國內外有關情報資料，查閱有關文獻資料15篇以上； </p><p>　?。?）翻譯不少于5000單詞的科技英語（英譯中）； </p><p>　?。?）在分析、計算、選擇和設計的基礎上編寫出不少于兩萬字的設計計算說明書；

6、 </p><p>　?。?）給出CMOS圖像傳感器（OV5116、OV7930、OV6920）的電路原理圖，并驗證電路。 </p><p>　　3、工作進度：

7、 （1）查閱資料，了解國內外無線內窺鏡地發(fā)展現(xiàn)狀，寫出開題報告； </p><p>　?。?）外文翻譯； </p><p>　　（3）了解圖像傳感器的分類及特點，比如CMOS和CCD圖像傳感器、模擬式圖像傳感器和數(shù)字式圖像傳感器，并選擇合適的圖像傳感器；

8、了解模擬圖像的制式；</p><p>　　（4）根據圖像傳感器的說明書，設計圖像傳感器的外圍電路； </p><p>　?。?）在老師的指導下，驗證所設計的電路； </p><p>　　（6）整理編寫設計計算說明書； </p

9、><p>　?。?）準備和參加畢業(yè)答辯； 4、主要參考資料： </p><p>　?。?）方萍. 電子內窺鏡的技術進展. 醫(yī)療衛(wèi)生裝備, 2003 </p><p&g

10、t;　?。?）呂平, 劉芳, 呂坤章, 等. 內窺鏡發(fā)展史. 中華醫(yī)史雜志, 2002,vol.32(1）</p><p>　?。?）熊平. CCD與CMOS圖像傳感器特點比較. 半導體光電, 2004 </p><p>　?。?）段杏林. 淺談彩色電視機制式. 黃山學院學報, 2004, 6(3) </p><p>　?。?）蕭澤新

11、. 工程光學設計.電子工業(yè)出版社, 2003: 12-13 </p><p>　?。?）宋賢杰, 屠其非, 周偉, 等. 高亮度發(fā)光二極管及其在照明領域中的應用. 半導體光電, 2002, 23(5) </p><p>　?。?）張富鑫, 林崇文. 極高頻生物醫(yī)學電子學.電

12、子科技大學出版社, 1993 </p><p>　　（8）陳英俊, 李潔, 黃平. 人體胃腸道窺視微機電系統(tǒng)設計與研制. 中國機械工程, 2006, 17(9) </p><p>　?。?）黃勝, 黃平. 基于ov7930 芯片磁控人體膠囊式無線內窺鏡的研究與實驗. 機電工程技術, 20

13、07, 36(12) </p><p>　　指導老師 </p><p>　　接受論文任務開始執(zhí)行日期 2013 年 3 月 4 日 </p><p>　　學生簽名

14、 </p><p>　　基于CMOS圖像傳感器的內窺微機電系統(tǒng)設計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　在分析原有技術資料的基礎上，提出一種新型的模擬式內窺微機電系統(tǒng)設計方案，并希望在系統(tǒng)的尺寸，性能等方面有所改善。</p><p>　　主要介紹一種無線

15、膠囊內窺鏡診斷系統(tǒng)的原理與結構。該系統(tǒng)主要基于OV7930圖像傳感芯片，RFMD公司的RF2510和RF2917射頻發(fā)射芯片相結合的架構，實現(xiàn)將人體內膠囊內窺鏡傳輸出的圖像數(shù)據實時接收存儲的功能。集中探討人體膠囊無線內窺鏡系統(tǒng)設計中的結構設計。</p><p>　　系統(tǒng)盡可能地減少外圍電路，從而嚴格控制體內無線膠囊的體積及功耗，減少由于膠囊體積過大對人體造成的不適及滿足膠囊在人體中停留足夠時間以便完成對病變部位的

16、實時圖像采集傳輸。</p><p>　　關鍵詞：圖像傳感器 微機電系統(tǒng) 膠囊內窺鏡 無線圖像傳輸 </p><p>　　Design Of Endoscopic MEMS Based On CMOS Image Sensor</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Based on th

17、e analysis of original technical data, a new simulation model of the endoscopic micro electromechanical system design scheme is given, hoping to Reduce the size of the system, improve it’s performance etc.. </p>

18、<p>　　Here in this thesis we mainly talk about the principle and the construction of the wireless capsule endoscopy system .The system,mainly based on the construction of image transmission chip OV 7930 and RFMD Cor

19、poration’s RF2510 and RF 2917 chips ,can receive image datas in time that sent from the capsule endoscopy system.In the thesis we mainly discuss the construction design of the capsule endoscopy system.To restrict the cap

20、sule endoscopy system’s size and it’s power cost, the external circuit </p><p>　　Key words: image sensor MEMS System capsule endoscopy wireless image transmission </p><p><b>　　目錄</

21、b></p><p>　　第一章 緒論- 1 -</p><p>　　1.1 本課題研究的目的- 1 -</p><p>　　1.2 內窺系統(tǒng)發(fā)展的歷史- 1 -</p><p>　　1.2.1舊式內窺鏡- 1 -</p><p>　　1.2.2 光導式纖維內窺鏡- 2 -</p>&l

22、t;p>　　1.2.3 電子內窺鏡時代- 2 -</p><p>　　1.3 本課題的研究現(xiàn)狀- 2 -</p><p>　　1.3.1 國外研究現(xiàn)狀- 2 -</p><p>　　1.3.2 國內研究現(xiàn)狀- 3 -</p><p>　　1.4 本課題研究的意義- 3 -</p><p>　　第二章 系

23、統(tǒng)總體方案擬定- 5 -</p><p>　　2.1 系統(tǒng)功能要求分析- 5 -</p><p>　　2.2 系統(tǒng)總體硬件組成- 5 -</p><p>　　2.3 系統(tǒng)硬件布局- 6 -</p><p>　　第三章 圖像采集模塊設計- 8 -</p><p>　　3.1 圖像傳感器選型- 8 -<

24、/p><p>　　3.1.1 CCD圖像傳感器- 8 -</p><p>　　3.1.2 CMOS圖像傳感器- 9 -</p><p>　　3.1.3 CCD和CMOS傳感器比較- 10 -</p><p>　　3.1.4 圖像傳感器具體型號選擇- 12 -</p><p>　　3.2 OV7930外圍電路

25、設計- 16 -</p><p>　　第四章 圖像無線傳輸模塊設計- 18 -</p><p>　　4.1 無線傳輸技術的原理- 18 -</p><p>　　4.2. 圖像無線傳輸模塊的設計要點- 21 -</p><p>　　4.3 芯片選型- 21 -</p><p>　　4.3.1 射頻芯片分類-

26、 21 -</p><p>　　4.3.2 發(fā)射器芯片選型原則- 22 -</p><p>　　4.3.3 接收器芯片選型原則- 22 -</p><p>　　4.4 載波頻率- 24 -</p><p>　　4.5 電路參數(shù)的確定- 25 -</p><p>　　4.5.1 發(fā)射端電路之基準振蕩器- 25

27、 -</p><p>　　4.5.2 壓振振蕩器- 26 -</p><p>　　4.5.3 鎖相環(huán)電路- 27 -</p><p>　　4.5.4 分頻系數(shù)的設置- 28 -</p><p>　　第五章 光學及電源照明系統(tǒng)的設計- 29 -</p><p>　　5.1 光學系統(tǒng)設計- 29 -<

28、/p><p>　　5.2 電源照明系統(tǒng)設計- 29 -</p><p><b>　　致謝- 32 -</b></p><p>　　參考文獻- 33 -</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 本課題研究的目的</p>&

29、lt;p>　　消化道是人體的多發(fā)病區(qū)域，因此消化道疾病是一種比較常見的疾病，全球范圍內無數(shù)的人受其困擾。目前對于這類疾病最常用也是最直接的診查措施就是采用醫(yī)用內窺鏡對病變部位進行檢查。盡管醫(yī)用內窺鏡技術取得了長足的進步，但是由于傳統(tǒng)的醫(yī)用內窺鏡自身的缺陷，使其在實際應用中具有很大的局限性，并且這種局限性越來越明顯。例如在消化道的檢查方面，傳統(tǒng)的內窺鏡使用機械插入插管的方式將攝像頭和組織取樣等裝置深入到人體病變部位對其進行診斷，或組

30、織取樣，微型手術等。由于這類內窺鏡系統(tǒng)都帶有引導插管，如對冠心病的治療，需要將導絲或導管插入人體內以輔助治療或進行診斷，因此這不僅給系統(tǒng)的操作帶來很大的不便，給病人帶來了不適和痛苦，有時甚至需要對病人進行麻醉手術，同時也導致內窺鏡所能檢查的部位受到了局限。而且，受光學特性和視角的限制，對消化系統(tǒng)非形態(tài)性改變的隱性出血炎癥等也難以明確診斷。所以，很有必要研究新型的內窺鏡系統(tǒng)以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的導管內窺鏡。</p><p>

31、　　本課題旨在參考原有技術資料，對相關的內窺微機電產品的原理，性能等進行研究的基礎上，設計一種模擬式的無線膠囊內窺鏡診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要采用OV7930圖像傳感器芯片，可以實現(xiàn)將人體內的圖像數(shù)據傳送到體外接收裝置。</p><p>　　1.2 內窺系統(tǒng)發(fā)展的歷史</p><p>　　縱觀內窺鏡的發(fā)展歷史，主要經歷了舊式內窺鏡，光導式纖維內窺鏡，電子式內窺鏡三個時期。</p>

32、<p>　　1.2.1舊式內窺鏡</p><p>　　內窺鏡發(fā)展的技術根源，最早要追溯到歐洲文藝復興時期。原始的舊式內窺鏡也叫直管式內窺鏡。1795年德國人Bozzini將一根金屬管沿縱向一分為二，以燭光為光源，一半管腔進光，一半管腔用于觀察，首次觀察到人體直腸及子宮內腔。1826年德國的Segale制成了膀胱鏡。1843年Arery制成了喉鏡和食道鏡。1881年Mikulicz制成了硬直管式胃鏡。舊式

33、內窺鏡照明多采用珠光或者煤油燈，直到1876年Nitze首先在膀胱鏡及胃鏡上用電熱白金絲作光源，缺點是局部熱量較大，需灌水冷卻。所以內窺鏡的發(fā)展離不開光源的進展。1880年美國的愛迪生發(fā)明了采用碳燈絲的電燈。1895年，Rosenhein研制的硬管式內窺鏡有三根管子呈同心圓設置，中心管為光學結構，第二層管腔內裝上鉑絲圈制的燈泡和水冷結構。外層壁上刻有刻度以反映進鏡深度。</p><p>　　1.2.2 光導式纖維

34、內窺鏡</p><p>　　1954年，英國的Hopkins和Kapany發(fā)明了光導纖維技術。1957年,Hirschowitz與助手在美國胃鏡學會上展示了自行研制的光導纖維內窺鏡。60年代，日本的Olympus公司在光導纖維胃鏡的基礎上，加裝了取活檢裝置和照相機。1966年Olympus公司首創(chuàng)前端彎角結構。1967年Machida公司采用外部冷光源，使光亮度大增，可發(fā)現(xiàn)小病灶，視野進一步擴大，可以觀察到十二指

35、腸。近十年來隨著附屬裝置的不斷改進，如手術器械，攝影系統(tǒng)的發(fā)展，使纖維內窺鏡不但可用于診斷也可以用于手術治療。</p><p>　　1.2.3 電子內窺鏡時代</p><p>　　1983年美國Welch Allyn公司研制并應用電荷耦合器件代替了內窺鏡的光導纖維導像術，宣告了電子內窺鏡的誕生——內窺鏡發(fā)展史上的一次歷史性的突破。</p><p>　　電子內窺鏡主要

36、由內窺鏡，電視信息系統(tǒng)和電視監(jiān)視器三個主要部分組成，另外還配備一些輔助裝置，如錄像機，照相機吸引器以及用來輸入各種信息的鍵盤和診斷治療所用的各種器具。它的成像主要依賴于鏡身前端設備的圖像傳感器，就像一臺微型攝像機，將圖像經過圖像傳感器處理后顯示在電腦屏幕上，這比普通光導纖維內窺鏡的圖像清晰，色澤逼真，分辨率高，而且可以供多人同時觀看。電子內窺鏡的問世給百余年來內窺鏡的診斷和治療翻開了歷史新篇章，在臨床，教學和科研中發(fā)揮出它巨大的優(yōu)勢。&

37、lt;/p><p>　　隨著近年來新材料，新器件，新技術特別是微機電系統(tǒng)技術的迅速發(fā)展，新型內窺鏡尺寸越來越微型化，精度也越來越高。膠囊式內窺鏡便是其中最具代表性的一種。</p><p>　　這得追溯到上世紀八十年代。曾在以色列國防部光電部門工作的機械工程師Gavriel Iddan博士受智能導彈上的遙控攝像裝置啟發(fā)而產生了一個創(chuàng)意：用小型的“人體偵察機”對人體整個消化道進行探測。后來他和懷有

38、同樣構想的英國人Paul Swain成立了Given Imaging 公司專門開發(fā)這種探測設備。1999年這種探測設備開發(fā)成功，命名為M2A膠囊內窺鏡。這就是世界上第一部真正意義的膠囊內窺鏡系統(tǒng)。</p><p>　　1.3 本課題的研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.1 國外研究現(xiàn)狀</p><p>　　人們對內窺機電系統(tǒng)進行過不少的研究。早在20世紀50年代，

39、科學家為了研究消化道機能，采用了吞服式無線電發(fā)送器來向體外傳送消化道器官中的各類生理和生化信息。由于這種微型無線電發(fā)送器外形酷似醫(yī)用膠囊，因而通常稱為醫(yī)用無線電膠囊。目前這種無線電膠囊已廣泛應用于消化道內的PH值，壓力，溫度，酶活性以及出血部位的測定。這種技術除已用來診斷疾病外，對研究分析消化道的藥物吸收作用，勞動防護及環(huán)境保護等方面都有積極的作用。在這方面較為成功的應用研究是由以色列Given公司制造的M2A型膠囊式內窺鏡。該系統(tǒng)由內

40、置短焦鏡頭，發(fā)光二極管和CMOS集成電路，電池，發(fā)射器和天線等組成。近年來日本的無線系統(tǒng)實驗室推出用于醫(yī)療檢測的“NORIKA3”系列膠囊內窺微機電系統(tǒng)，采用CCD攝像機，所需電力由外界傳送，其運動可由體外控制。</p><p>　　日本長野市的RF系統(tǒng)實驗室研制的人體內窺系統(tǒng)—Sayaka膠囊內窺鏡會隨著消化管的自然蠕動邊旋轉邊拍照，再將所有腸內壁的高清視頻圖像通過無線的形式傳送出去。醫(yī)生通過檢查此視頻圖像來診

41、斷患者腸道是否有腫瘤或者其他問題。</p><p>　　美國的Smartpill公司開發(fā)了兩種膠囊內窺鏡。一種適用于圖像檢測的膠囊內窺鏡。另一種可用于測量消化道蠕動壓力，PH值和檢測時間。后者的續(xù)航時間可達到72個小時。</p><p>　　此外，韓國的Intelligent Micro中心，英國的Glasgow大學等研究機構也在積極進行膠囊內窺鏡的研究。</p><p

42、>　　隨著技術的不斷進步，無線膠囊內窺鏡的整體性能將逐漸完善。在圖像傳感器技術，能源供給技術方面具有較為成熟的技術。在其他方面也有研究進展，如研究驅動的主動控制方式而不僅僅依靠腸道的自身蠕動，為醫(yī)生帶來更大的主動性；除內窺功能外，還包括藥物釋放機構和組織采樣機構以及溫度傳感與PH值測量，壓力檢測及激光治療等功能。</p><p>　　1.3.2 國內研究現(xiàn)狀</p><p>　　國內

43、在膠囊內窺鏡方面的研究相對國外起步要晚很多。但在國家相關政策的扶持下，也取得不少的成果。如重慶金山公司研制出具有實時攝像功能的膠囊內窺鏡；中國科學院合肥智能機械研究所研制了“基于CMOS圖像傳感器的膠囊內窺鏡系統(tǒng)”。重慶大學也進行了定點釋放藥丸微系統(tǒng)與消化道采樣藥丸微系統(tǒng)研究。上海交通大學開展了“人體全消化道微型介入式檢查系統(tǒng)”研究，研發(fā)了用于檢測壓力，溫度，PH值的膠囊內窺鏡。目前，國內研究的關鍵點在于研發(fā)專用芯片實現(xiàn)膠囊系統(tǒng)的無線圖

44、像傳輸和微型化。具備了基本的圖像攝取功能和壓力等信號檢測功能。也在釋藥，主動驅動等方面做了不少優(yōu)異的探索。</p><p>　　1.4 本課題研究的意義</p><p>　　對于消化道疾病的檢查往往會采用內窺鏡，然而傳統(tǒng)的有線內窺鏡系統(tǒng)帶有引導式插管，不僅會給病人帶來較大痛苦，而且系統(tǒng)操作很不方便而且檢查部位有限。傳統(tǒng)內窺鏡使用插入導管的方式，存在著諸多弊端，例如操作困難；屬于有創(chuàng)檢測，給

45、病人帶來了很大的肉體痛苦；診察范圍有限，僅限于診斷上消化道及大腸的病變，而對小腸疾病的診斷存在很大的盲區(qū)。因此，近十年來，隨著微電子技術的發(fā)展，無線技術開始應用于內窺鏡。世界各國有不少科研機構在從事人體消化道無創(chuàng)檢測設備的研究開發(fā)工作，而本文所提到的無線膠囊內窺鏡系統(tǒng)就是其中有代表性的設備之一。</p><p>　　膠囊內窺鏡在消化道檢查方面克服了傳統(tǒng)醫(yī)用內窺鏡的諸多缺點，具有操作簡單，檢查方便，無創(chuàng)傷，無痛苦，

46、無交叉感染，不影響患者的正常工作等優(yōu)點，填補了胃鏡，腸鏡檢查的盲區(qū)，擴展了醫(yī)生的消化道檢查視野，尤其對人的可疑小腸病變具有很高的診斷價值，被醫(yī)學界譽為21世紀內窺鏡發(fā)展的革命與方向。膠囊內窺鏡這一全新技術的出現(xiàn)，標志著消化道內窺鏡技術發(fā)展史上又一新的里程碑的誕生，是消化道無損傷性診斷的一個革命性的技術創(chuàng)新。</p><p>　　在眾多的膠囊內窺鏡產品中，又以以色列的M2A膠囊內窺鏡最具代表性。該膠囊內窺鏡尺寸為1

47、1×24mm，重量不足4g，有微型照相機，led閃光燈，天線及兩節(jié)微型氧化銀電池構成。M2A可以以每秒兩幅照片速度進行拍攝，通常檢查過程需要8到12小時，也就是說，整個檢查過程需要拍攝約6000幅照片。這些照片通過膠囊內部的天線發(fā)射至外部接收裝置。之后，醫(yī)生通過軟件可將這些照片制成約20分鐘的視頻，并因此分析出異樣。</p><p>　　內窺鏡在微創(chuàng)手術中有非常重要的應用。而無線內窺鏡作為內窺鏡的一種，

48、相對于傳統(tǒng)內窺鏡更是有無創(chuàng)檢測，檢查全面和診斷方便的性能優(yōu)勢。內窺鏡的廣泛應用，促進了管腔醫(yī)學的發(fā)展。內窺鏡既可以診斷疾病，也可以治療疾病。內窺鏡的臨床診斷具有直觀，準確，快速，經濟的優(yōu)點。特別是配合超聲內窺鏡，激光內窺鏡及鉗取活檢 ，大大提高了對疾病的確診率。</p><p>　　由于起步時間較短，此類設備在技術上尚有很多難題需要解決，以內窺鏡為例，如何讓其停留在某一指定位置進行拍攝，圖像分辨率，功耗，價格等，

49、都是需要解決的問題。但不管怎樣，此類設備的前景是非常光明的。巨大的市場需求驅使廠家不斷推出性能更高且價格更低的產品。 </p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體方案擬定</p><p>　　在著手內窺系統(tǒng)的具體設計之前，為使研究工作得以順利開展，避免不必要的曲折，應該先對系統(tǒng)的功能需求，總體硬件組成等方面進行擬定，制定一個大體框架。以后具體設計時，以此框架一步步展開工作。</p>

50、<p>　　2.1 系統(tǒng)功能要求分析</p><p>　　首先，對本內窺微機電系統(tǒng)最基本的功能要求是能夠捕獲人體內病變部位的清晰圖像。所以，圖像采集模塊是必不可少的。其次，還要將拍攝到的圖像傳送到體外接收裝置，以供醫(yī)生查看，宜采用無線傳輸模式。這是內窺鏡系統(tǒng)的兩個基本功能。內窺微機電系統(tǒng)要求能在體內逗留足夠長的時間以便搜集到足夠的樣片，因此，對系統(tǒng)的功耗要求也比較高。人體內的環(huán)境比較幽暗，要能拍到符合

51、要求的樣片，對光照要求也不能馬虎。LED燈發(fā)光強度高，功耗也較低，所以采用LED照明。</p><p>　　膠囊微機電內窺鏡系統(tǒng)按運動方式可分為兩種：被動式和主動式。被動式主要是依靠人體腸道的自身蠕動而帶動膠囊內窺鏡運動，這種方式的優(yōu)點是：功耗較低，結構簡單，易于設計；主動式內窺鏡系統(tǒng)是依靠系統(tǒng)本身的動力，可在人體內實現(xiàn)自主運動。這種系統(tǒng)設計比較復雜，功耗也較大。考慮到知識儲備等方面的限制，本課題的研究目標是能夠

52、做出一個滿足基本攝像功能的膠囊內窺鏡樣品，所以力求系統(tǒng)的結構簡單，功能單一，只著重對內窺系統(tǒng)的圖像模塊進行研究。因此，本設計采用被動式方案，以簡化系統(tǒng)結構，降低設計難度。 </p><p>　　因此，本課題目標定位為：設計一個被動式無線圖像傳輸內窺微機電系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用LED光源照明。 </p><p>　　2.2 系統(tǒng)總體硬件組成</p><p>　　根據以上功能

53、分析，確定內窺系統(tǒng)組成部分有：</p><p><b>　?。?）圖像采集模塊</b></p><p><b>　?。?）無線發(fā)射模塊</b></p><p><b>　　（3）電源供電模塊</b></p><p><b>　?。?）照明模塊</b><

54、;/p><p>　　系統(tǒng)組成框圖如下所示：</p><p>　　圖 2.1 內窺系統(tǒng)組成示意圖</p><p>　　2.3 系統(tǒng)硬件布局</p><p>　　為了將整個模塊融入內窺鏡膠囊的系統(tǒng)中，需要規(guī)劃好元器件的位置和線路，盡量縮小體積，減少干擾。本設計將LED，圖像傳感器電路，鏡頭結合在一個PCB板上。</p><p&g

55、t;　　根據內窺鏡膠囊的圓柱外形設計，將模塊的PCB外形圖設計成圓形，直徑控制在10mm左右。在直徑為10mm的圓形PCB板面上盡可能的布置下OV7930芯片的外圍電路元件，需要采用雙面板結構，且電容和電阻元件都采用較小封裝的貼片形式。在PCB的正面放置CMOS芯片和LED，而將外圍電路元件和輸出接口設計在背面，以節(jié)省空間，芯片的引腳通過導線引出再由過孔連接至背面。</p><p>　　該PCB的設計原則是：盡量

56、減少線路的拐彎，元件擺放方向一致，電源線和底線盡量加粗，減少晶振引線的長度，盡量靠近芯片。</p><p>　　經過反復的比較，初步選擇如下的系統(tǒng)布局。</p><p>　　圖2.2 內窺系統(tǒng)硬件布局</p><p>　　由上面布局圖可看出，系統(tǒng)主要由CMOS傳感器，透鏡，LED發(fā)光二極管，微型電池，無線圖像發(fā)射芯片和微型發(fā)射天線組成，完成對外部環(huán)境彩色圖像的采集

57、，將光信號轉換為電信號，通過圖像采集發(fā)射模塊采集，并以無線的發(fā)射方式將圖像信號發(fā)送出去。整個系統(tǒng)中存在著幾個比較關鍵的技術：合理選擇透鏡使得能夠采集到體內病變部位高分辨率的清晰圖像，將采集到的圖像數(shù)據進行完整和快速的傳輸。內窺鏡膠囊直徑約為1CM，長度只有2CM多，體積很小，卻要將成像元件，圖像傳感器，射頻發(fā)射模塊，天線以及芯片外圍電路和機械結構集成在其內部，因此要嚴格的限制各個功能模塊的尺寸。尺寸的限制使得系統(tǒng)的設計必須以盡量簡單的光

58、路，電路和機械結構完成必要的功能。</p><p>　　所說的簡單不是一味的追求簡單，而是在能夠實現(xiàn)所期望的系統(tǒng)功能的前提下，在系統(tǒng)的性能和系統(tǒng)尺寸，功耗等指標指間達成一個最佳的方案。簡單的光路可以減少光能損耗從而降低對照明系統(tǒng)的光強要求；簡單的電路可以降低功耗，簡單的機械結構則意味一定程度的降低制造工藝要求。遵循簡單這樣一個原則，對膠囊內窺鏡的設計具有很大的意義。</p><p>　　第

59、三章 圖像采集模塊設計</p><p>　　如前所述，圖像采集模塊部分是本課題設計的核心，因此，對于各方面的考慮都不能馬虎。下面，對圖像采集部分進行分析。</p><p>　　3.1 圖像傳感器選型</p><p>　　目前，圖像傳感器只要分為兩種類型：CCD型和CMOS型。這兩種傳感器在結構方面有很大不同，原理基本相同。為了選出合適的圖像傳感器，有必要從它們的原理

60、，分類等展開介紹，最后比較選出最佳的傳感器。下面，逐一分析這兩種傳感器的特點。</p><p>　　3.1.1 CCD圖像傳感器</p><p>　　＊CCD傳感器原理結構</p><p>　　CCD是電荷耦合組件（Charge Coupled Device）的簡稱，它內部的半導體材料能把光線轉變成電荷，轉換成數(shù)字信號壓縮以后保存起來就變成我們存儲卡中的照片了，中間

61、的過程非常復雜，在這里不再詳解，下面是原理簡圖。</p><p><b>　　CCD</b></p><p>　　光信息 電脈沖 </p><p>　　脈沖只反映一個光敏元的受光情況</p><p>　　脈沖幅度的高低反映該光敏元受光照的強弱</p><p>　　脈沖輸出的

62、順序可以反映一個光敏元的位置</p><p><b>　　完成圖像傳感</b></p><p>　　圖3.1 電荷耦合組件工作原理</p><p>　　簡單點來說，CCD基本工作原理分為四個階段：（1）信號電荷的產生；（2）信號電荷</p><p>　　的存儲；（3）信號電荷的傳輸；（4）信號電荷的檢測。</p&g

63、t;<p>　　CCD基本結構分為以下兩部分：</p><p>　?。?）MOS（金屬—氧化物—半導體）光敏元陣列：電荷耦合器件是在半導體硅片上制作成百上千（萬）個光敏元，一個光敏元又稱一個像素，在半導體硅平面上光敏元按線陣或面陣有規(guī)則地排列。</p><p>　?。?）讀出移位寄存器。CCD 是由規(guī)則排列的金屬—氧化物—半導體（Metal Oxide Semiconduct

64、or,MOS）電容陣列組成。 </p><p>　　CCD就像傳統(tǒng)相機的底片一樣的感光系統(tǒng)，是感應光線的電路裝置，可以將它想象成一顆顆微小的感應粒子，鋪滿在光學鏡頭后方，當光線與圖像從鏡頭透過、投射到CCD表面產生電流，將感應到的內容轉換成數(shù)碼資料儲存起來。CCD像素數(shù)目越多、單一像素尺寸越大，收集到的圖像就會越清晰。</p><p>　?。狢CD傳感器的分類</p><

65、;p>　　CCD器件分為線陣CCD和面陣CCD，結構上有多種不同形式，如單溝道CCD、雙溝道CCD、幀轉移結構CCD、行間轉移結構CCD</p><p>　　a.線陣CCD傳感器</p><p>　　線陣CCD傳感器是由一列MOS光敏元和一列移位寄存器并行構成。光敏元和移位寄存器之間有一個轉移控制柵，1024位線陣，由1024個光敏元1024個讀出移位寄存器組成。讀出移位寄存器的輸出

66、端Ga一位位輸出信息，這一過程是一個串行輸出過程。</p><p>　　b．面型CCD圖像傳感器</p><p>　　面型CCD圖像傳感器由感光區(qū)、信號存儲區(qū)和輸出轉移部分組成。目前存在三種典型結構形式。</p><p>　　一種結構由行掃描電路、垂直輸出寄存器、感光區(qū)和輸出二極管組成。行掃描電路將光敏元件內的信息轉移到水平（行）方向上，由垂直方向的寄存器將信息轉移

67、到輸出二極管，輸出信號由信號處理電路轉換為視頻圖像信號。這種結構易于引起圖像模糊。</p><p>　　另一種結構增加了具有公共水平方向電極的不透光的信息存儲區(qū)。在正常垂直回掃周期內，具有公共水平方向電極的感光區(qū)所積累的電荷同樣迅速下移到信息存儲區(qū)。在垂直回掃結束后，感光區(qū)回復到積光狀態(tài)。在水平消隱周期內，存儲區(qū)的整個電荷圖像向下移動，每次總是將存儲區(qū)最底部一行的電荷信號移到水平讀出器，該行電荷在讀出移位寄存器中

68、向右移動以視頻信號輸出。當整幀視頻信號自存儲移出后，就開始下一幀信號的形成。</p><p>　　該CCD結構具有單元密度高、電極簡單等優(yōu)點，但增加了存儲器。</p><p>　　再有一種是用得最多的一種結構形式。它將感光元件與存儲元件相隔排列。即一列感光單元，一列不透光的存儲單元交替排列。在感光區(qū)光敏元件積分結束時，轉移控制柵打</p><p>　　開，電荷信號進

69、入存儲區(qū)。隨后，在每個水平回掃周期內，存儲區(qū)中整個電荷圖像一次一行地向上移到水平讀出移位寄存器中。接著這一行電荷信號在讀出移位寄存器中向右移位到輸出器件，形成視頻信號輸出。這種結構的器件操作簡單，但單元設計復雜，感光單元面積減小，圖像清晰。</p><p>　　3.1.2 CMOS圖像傳感器</p><p>　?。狢MOS傳感器結構原理</p><p>　　CMOS

70、全稱是互補金屬氧化物半導體。CMOS圖像傳感器是利用CMOS工藝制造的圖像傳感器，主要利用了半導體的光電效應。和CCD的原理基本相同，這里不再贅述。</p><p>　　CMOS在結構上主要由像素矩陣，模擬信號處理單元，數(shù)字信號處理單元，內嵌微控制器，寄存器控制接口，數(shù)據輸出端口等組成。下面是CMOS圖像傳感器的組成框架圖。</p><p>　　圖3.2 CMOS傳感器組成框圖</

71、p><p>　　＊ CMOS傳感器分類</p><p>　　依照像素不同類型來分，就可分為兩大類：一類是無源像素傳感（CMOS-PPS），另一類是有源像素傳感器（CMOS-APS）。在無源像素傳感器的像素單元中包括一個光二極管(PhotoDiode)和一個MOS管，MOS管作為行選(RowSeleet)開關.在有源像素單元中，除一個光二極管外，還包括一個重置(Reset)MOS管、一個源極跟隨

72、器(Source Follower) MOS管和一個行選MOS管。</p><p>　　3.1.3 CCD和CMOS傳感器比較</p><p>　?。?）在制造上，CCD是集成在半導體單晶材料上，而CMOS是集成在被稱做金屬氧化</p><p>　　物的半導體材料上，工作原理沒有本質的區(qū)別。CCD制造工藝較復雜，采用CCD的攝像頭價格都會相對比較貴。CMOS的制造

73、成本和功耗都要低于CCD不少。</p><p>　　（2）成像方面：在相同像素下CCD的成像通透性、明銳度都很好，色彩還原、曝光可以保證基本準確。而CMOS的產品往往通透性一般，對實物的色彩還原能力偏弱，曝光也都不太好，由于自身物理特性的原因，CMOS的成像質量和CCD還是有一定距離的。但由于低廉的價格以及高度的整合性，因此在攝像頭領域還是得到了廣泛的應用。</p><p>　?。?）速度

74、差異：CCD傳感器需在同步時鐘的控制下以行為單位一位一位的輸出信息，速度較慢；而CMOS傳感器采集光信號的同時就可以取出電信號，還能同時處理各單元的圖象信息，速度比CCD快很多。</p><p>　　（4）耗電量方面：CCD傳感器電荷耦合器大多需要三組電源供電，耗電量較大；CMOS傳感器只需使用一個電源，耗電量非常小，僅為CCD電荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光電傳感器在節(jié)能方面具有很大優(yōu)勢，對于電量本來就

75、不足的手機來說更具優(yōu)勢。</p><p>　?。?）成像質量：CCD傳感器制作技術起步較早，技術相對成熟，采用PN結合二氧化硅隔離層隔離噪聲，成像質量相對CMOS傳感器有一定優(yōu)勢。由于CMOS傳感器集成度高，光電傳感元件與電路之間距離很近，相互之間的光、電、磁干擾較為嚴重，噪聲對圖象質量影響很大。</p><p>　?。?）成本方面：CCD傳感器由于制造工藝復雜，只有少數(shù)的廠商能夠掌握，所

76、以導致制造成本居高不下。而CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD不少，所以很多生產廠商采用的都是CMOS鏡頭。</p><p>　　通過以上比較分析，能看出CCD與CMOS各有優(yōu)勢。CCD在影像品質等方面優(yōu)于CMOS,但CMOS具有低成本、低耗電以及高整合度的特性。CMOS的成熟工藝和大批量產，極大地降低了成本，提高了產品穩(wěn)定性，也正是由于技術和工藝的不斷改良更新，使得CCD與CMOS間的差異逐漸縮小。新一代的C

77、CD將多CCD和低功耗作為改進目標；CMOS系列則開始朝大尺寸與高速影像處理晶片相結合、借由后續(xù)的影像處理修正噪點、提升畫質的方向發(fā)展。下面是不同場合應該選用的圖像傳感器。</p><p>　　（1）圖像質量要求高的場合選用CCD攝像機。CCD結構中由于每行僅有一個ADC,信號放大比例一致，所以圖像還原真實自然、噪點低，在對畫質要求苛刻的場合宜選用CCD攝像機。像素越高、尺寸越大的CCD擁有更好的圖像品質。<

78、;/p><p>　?。?）高幀攝像時選用CMOS攝像機更佳。CCD在工作時，上百萬個像素感光后會生成上百萬個電荷，每個專用通道中的電荷全部經過一個"放大器"進行電壓轉變。因此，這個"放大器"就成為了制約圖像處理速度的瓶頸。所有電荷由單一通道輸出，當數(shù)據量大時就容易發(fā)生信號擁堵。而像素越高，需要傳輸和處理的數(shù)據也就越多，使用單CCD無法滿足高速讀取大量高清數(shù)據的需要。而CMOS傳

79、感器不需要復雜的處理過程，直接將圖像半導體產生的光電信號轉變成數(shù)字信號，因此處理非?？臁＿@個優(yōu)點使得CMOS傳感器對于高幀攝像機非常有用，速度能達到400到2000幀/秒。所以對于高速攝像場所，選用CMOS攝像機效果更佳。</p><p>　?。?）隱蔽環(huán)境中使用CMOS攝像機。CMOS傳感器可以將所有邏輯和控制環(huán)都放在同一個硅芯片塊上，使攝像機變得簡單靈巧，因此CMOS攝像機可以做得非常小。而CCD攝像機限于外

80、圍復雜電路影響，體積無法做到CMOS般微型化。</p><p>　　（4）低照度環(huán)境下宜使用CCD攝像機。由于CCD感光單元有效面積大，在光照強度較低的環(huán)境中，能相對清晰地呈現(xiàn)出被攝物體原貌。相反，CMOS傳感器靈敏度低，ISO感光度差，低照時成像清晰度大大降低。所以，在低照度環(huán)境下，如燈光較暗的停車場、樓梯間、封閉通道和暗室等，宜選用感光靈敏的CCD攝像機。</p><p>　　本設計考

81、慮到系統(tǒng)應用場合的特殊性，宜采用體積較小的傳感器。鑒于CMOS傳感器在這方面的優(yōu)勢，因此本設計優(yōu)先采用集成度比較高的CMOS傳感器。另外，如果本設計采用數(shù)字傳感器的話，則在成本，復雜性等各方面較采用模擬傳感器都處于劣勢。再者，采用模擬傳感器的話，更適用于無線傳輸?shù)膱龊?。綜合以上各個方面的考慮，如開篇題目所示采用基于模擬式CMOS傳感器的設計方案。</p><p>　　3.1.4 圖像傳感器具體型號選擇</

82、p><p>　　目前，市面上的CMOS傳感器品種眾多，需要從多個方面考慮選出合適的傳感器。主要考慮的因素有以下幾個：</p><p>　　（1）性能要求。考慮到本課題的目標是設計出能滿足基本攝像要求的內窺鏡樣品，因此對性能要求不是很嚴格。</p><p>　?。?）傳感器體積。膠囊式人體內窺鏡體積一定要盡量小，因此，傳感器的體積也應該盡量小，以滿足在人體內運動而不致堵塞

83、，同時使病人的痛苦減到最少程度。</p><p>　?。?）選購成本?？紤]到課題組的經濟承受能力，成本應該盡量低。</p><p>　　根據上面三個因素，查閱相關資訊初步將范圍選擇在比較常用的由美國Ominivision公司生產的OV5116，OV7910，OV7930這三種圖像傳感器。先分析這幾種傳感器的性能特點。下圖是OV5116的管腳原理示意圖。</p><p&g

84、t;　　圖3.3 OV5116芯片示意圖</p><p><b>　　下圖是芯片實物圖。</b></p><p>　　圖3.4 OV5116芯片實物圖 </p><p>　　OV5116型號的傳感器優(yōu)點之一是功耗比較低，但是對顏色變化的分辨敏感程度不高。</p><p>　　圖3.5 OV7910傳感器</p

85、><p>　　OV7930的功能最為出色，傳感器感光面積較大，拍攝的圖像質量也較好，但是它的功耗在三者當中是最大的。而OV7930盡管在圖像質量方面較OV7910遜色，但差別不是很大，并且它的功耗偏向于OV5116，這對于對續(xù)航能力要求較高的內窺系統(tǒng)來說，無疑是最佳選擇。其次考慮一下各型號傳感器的尺寸。鑒于所設計的內窺系統(tǒng)作業(yè)環(huán)境是在人體內，因此要求系統(tǒng)的尺寸盡量小。查閱資料可知，OV5116的尺寸和OV 7930尺

86、寸相當，OV7910的尺寸最大。對于無線內窺系統(tǒng) ,如果傳感器視角方向跟內窺系統(tǒng)軸向方向相同,則無線內窺系統(tǒng)的最小內徑是其對角線的距離 。因此如果采用OV7910，查得相關資料知其最小尺寸應為201mm，如采用OV5116或者OV7930，則為161mm。可見就系統(tǒng)體積要求而言，后兩者更適合。由于知識及時間所限，所設計的內窺系統(tǒng)應該盡量簡單，易于實現(xiàn)，某些功能也不必要求，比如OV7910的圖像分量輸出功能，在本系統(tǒng)中可以忽略。綜合以上各

87、個方面，考慮選擇OV7930型號的CMOS模擬傳感器作為內窺系統(tǒng)的圖像傳感器。下圖是OV7930芯片的接口功能圖。</p><p>　　圖3.6 OV7930示意圖</p><p>　　查閱資料，得知各引腳功能如下：</p><p>　　1—AGND：模擬地</p><p>　　2—AVDD：模擬電源</p><p>

88、;　　3—ABRT：自動亮度控制ON/OFF</p><p>　　4—BKLT：背光選擇0：關 1：開</p><p><b>　　5—NC：沒有連接</b></p><p>　　6—VREQ：內部電壓參考標準水平。用一個0.1μF的電容器連接到模擬地（模擬地線）</p><p>　　7—VRCHG：內部參考電壓源。用一

89、個0.1F的電容器連接到模擬地（模擬電源）</p><p><b>　　8—NC：沒有連接</b></p><p><b>　　9—NC:沒有連接</b></p><p>　　10—CVO：2X標準的NTSC電視信號的復合視頻輸出</p><p>　　11—OVDD：用于視頻輸出的模擬電源（+5V)

90、</p><p>　　12—EVDD：模擬電源（+5V）</p><p>　　13—EGND:模擬地</p><p>　　14—SCCBE：SCCB接口使能信號，低電平有效</p><p>　　15—VPXONF/LF：有效像素檢測輸出。LP：運動圖像的時期，將初始PIN值供電鎖定為ON/OFF控制的垂直翻轉。0：關 1：開</p&g

91、t;<p>　　16—XCLK1：水晶時鐘輸入。14.31818HZ為NTSC</p><p>　　17—XCLK2：水晶時鐘輸出</p><p>　　18—DVDD：數(shù)字電源</p><p>　　19—DGND：數(shù)字地</p><p>　　20—FS1：幀同步信號輸入</p><p>　　21—GAMM

92、A：伽馬函數(shù)的ON/OFF 0：關 1：開</p><p>　　22—VHS/MIR：垂直/水平同步輸出，上電初始引腳值將鎖存作為鏡子ON/OFF控制功能。0：關 1：開</p><p>　　23—FODD/HGAIN：奇/偶場標志和幀同步信號輸出。啟動初始PIN值將被鎖定為AGC增益范圍控制。0：AGC增益1X-4X 1：AGC增益1X-8X</p><p&g

93、t;　　24—PWDN：掉電模式選擇 0：關 1：開</p><p>　　25—FASTB：AEC/AGC模式選擇。0：快速模式 1：普通模式</p><p>　　26—SIOC：SCCB的串行接口的時鐘</p><p>　　27—SIOD：SCCB的串行接口數(shù)據I/O</p><p>　　28—AWBIS：通電后，第一個高脈沖邊緣會觸發(fā)一

94、桿提單，系統(tǒng)執(zhí)行快速的運單。</p><p>　　下面是本設計中所用到的幾個接口引腳。</p><p>　　AGND ：模擬地 </p><p><b>　　DGND：數(shù)字地</b></p><p>　　AVDD ：模擬電源（+5 VDC） </p><p>　　XCLK1和XCLK2：晶振引腳&

95、lt;/p><p>　　ABRT ：自動亮度控制的ON / OFF </p><p>　　BKLT ：背光選擇，其中0表示關，1表示開 </p><p>　　NC - - 沒有連接 </p><p>　　VREQ ：內部電壓參考標準水平。用一個0.1uF的電容器連接到模擬地 （模擬地線）。</p><p>　　VRCHG

96、 ：內部參考電壓源。用一個</p><p>　　OV7930主要性能如下表所示：</p><p>　　表3.1 OV7930主要性能</p><p>　　3.2 OV7930外圍電路設計</p><p>　　一般而言，為了不使數(shù)字地上的噪聲流入到模擬地，而影響系統(tǒng)的正常工作，數(shù)字地和模擬地兩者應該分別開來。但是考慮到本系統(tǒng)采用了模擬傳感器

97、，其數(shù)字信號的變化很小，即噪聲也小，不致于對模擬地產生很大的影響，因此數(shù)字地和模擬地可合在一起，這樣接線也比較方便。</p><p>　　對于晶振電路，采用所謂的“電容三點式”法連接。如圖，在 XCL K1 和 XCL K2 兩端同時并聯(lián)一個石英晶體和一個電阻 R(如 1 MΩ) ,在石英晶體的兩端再并聯(lián)兩個串聯(lián)的小電容 C1 、C2 ,在 C1 和 C2 相連處接地 。 </p><p&g

98、t;　　圖3.7 電容三點式接法</p><p>　　晶振電路各元件必須要選擇合適的參數(shù)，才能使圖像傳感器正常工作 ,并輸出正常的圖像 。查閱資料分析，本電路中的電阻R取值取1MΩ。如晶振電路沒有連接正確，而使其不能起振，或者頻率與圖像傳感器所要求的不符，都會導致圖像傳感器不能處于正常的工作狀態(tài)。</p><p>　　PCB板布局和電氣連線方向結構 。合理的工藝結構可消除因布線不當而產生

99、的噪聲干擾 、保證系統(tǒng)可靠工作 , 同時便于制造時的安裝 、調試與檢修等 。圖像傳感器的 PCB 的線路結構設計中注意幾點原則 : ①走線盡量少拐彎 ,力求線條簡單明了; 印刷電路中不允許有交叉電路 。②布線條寬窄和線條間距要適中, 電阻、電容等按照貼片元件的尺寸設計 ,并保證足夠的強度和良好的工藝性。按照貼片元件 0603 規(guī)格布線 ,可以順利地在傳感器 相應面積上的 PCB 版上完成布線 ,在后期元件焊接中也未發(fā)生焊盤過小、焊接困難

100、或焊盤脫落等現(xiàn)象。③元件的排列方位盡可能保持與原理圖相一致 ,布線方向最好與電路圖走線方向相一致 , 以便于后期 PCB 制造的過程中各參數(shù)的檢查 ,調試及檢修 。另外 ,各元件的排列、分布也要合理和均勻 ,力求整齊 ,美觀 ,符合結構嚴謹?shù)墓に囈蟆?lt;/p><p>　　下圖是OV7930的外圍電路接線圖。</p><p>　　圖3.8 OV7930外接電路圖</p>

101、<p>　　第四章 圖像無線傳輸模塊設計</p><p>　　膠囊內窺鏡系統(tǒng)的無線傳輸部分主要功能是將模擬圖像信號發(fā)送到人體外并進行接收，然后解調出原始信號，本章詳細介紹該部分的設計工作。</p><p>　　4.1 無線傳輸技術的原理</p><p>　　首先介紹一下無線傳輸?shù)幕驹怼?lt;/p><p>　　一個導體如果載有高頻

102、電流，就有電磁能向空間輻射。電磁能是以波的形式向外傳播的，我們稱之為電磁波。高頻率的電流稱為載波電流后者簡稱載波。這種頻率稱為載波頻率或者射頻。載有載波電流，使電磁能以電磁波的形式向空間發(fā)射的導體稱為發(fā)射天線。如果我們設法用某種信號（如音頻，視頻）控制這種載波電流則電磁能中就含有所要發(fā)送的音頻或視頻信息。這就是無線電信號的發(fā)送過程。在接收端，首先由接收天線將收到的電磁波還原為與發(fā)送端相似的高頻電流，然后經過檢波，取出原來的信號波形，這就

103、完成了無線通信。下圖是無線通信系統(tǒng)的基本模型。</p><p>　　圖4.1 無線通訊的基本模型</p><p>　　無線傳輸子系統(tǒng)的功能是將采集到的圖像信息傳出人體，供體外的信號處理與儲存設備利用。</p><p>　　我們把原始的模擬圖像信號稱為基帶信號。通常來說，基帶信號不容易在傳輸?shù)慕橘|中直接傳輸，一般需要在發(fā)射端將基帶信號的頻譜搬移到適合信道傳輸?shù)念l率范

104、圍，而在</p><p>　　接收端再將它們搬回原來的頻率范圍。</p><p>　　調制可以分為兩大類，用正弦高頻信號作為載波的正弦波調制和利用脈沖串構成一組數(shù)字信號作為載波的脈沖調制。通常，正弦波調制又可以分為模擬（連續(xù)）調制和數(shù)字調制兩種。</p><p>　　所謂模擬調制就是指信號為連續(xù)的模擬信號；數(shù)字調制是調制信號為脈沖型的數(shù)字信號。對于脈沖調制，通常也分

105、為兩種方式：用連續(xù)型的調制信號去改變脈沖參數(shù)的脈沖型調制和用連續(xù)調制信號的數(shù)字化形式（通過模/數(shù)轉換）去形成一些脈沖的脈沖編碼調制（脈沖數(shù)字調制）。</p><p>　　由于本設計無線傳輸子系統(tǒng)采用的是模擬調制技術，即將模擬圖像信號調制在高頻正弦波信號上。無線傳輸子系統(tǒng)的工作原理</p><p><b>　　天線</b></p><p>　　圖

106、4.2 天線接收端結構框圖</p><p><b>　　輸出</b></p><p>　　圖4.3 無線接收端結構框圖</p><p>　　前面已經介紹到，無線傳輸子系統(tǒng)包括發(fā)送端和接收端兩部分。發(fā)送端由振蕩器，鎖相環(huán)，放大器等組成。接收端一般由一系列放大器，本振，鎖相環(huán)，混頻器等組成。由圖像傳感器輸出的圖像信號調制到高頻的載波上，經射頻

107、放大器放大后經由天線發(fā)射到周圍介質中。接收端的天線從人體周圍的空氣介質中感應到電磁信號后，信號經過放大，然后圖像信號被搬移到中頻，又進一步完全解調。至此，圖像信號在接收端被恢復出來。</p><p>　　發(fā)送端是信息的產生來源，它同時將信息變換為電信號。根據信號源輸出信號的性質不同，發(fā)信源可以分為模擬信號源和離散信號源。模擬信號源輸出幅度連續(xù)的信號，離散信號源輸出離散的符號序列或文字。模擬信號源可以通過信源編碼變

108、換多離散信源。隨著計算機和數(shù)字通信技術的發(fā)展，離散信源的種類和數(shù)量越來越多，得到了廣泛的應用。</p><p>　　發(fā)送設備的作用是將信源產生的信息信號轉換為適合于在信道中傳輸?shù)男畔?。它所要完成的功能很多，例如調制，濾波，放大，發(fā)射等。在數(shù)字通信系統(tǒng)中還要包括編碼和加密。這里要著重指出的是，調制在通信系統(tǒng)中所起的重要作用。由發(fā)信端發(fā)出的信號通常稱為基帶信號。它的特點是其頻譜從零頻附近開始延伸到某個通常小于幾兆赫的

109、有限值?；鶐盘柨梢灾苯釉谛诺乐袀鬏?。稱其為基帶傳輸（如直流電報，有線電話和有線廣播等）。雖然基帶傳輸系統(tǒng)是最簡單的通信系統(tǒng)，但應用場合有限。并且對信道的利用率不高。通常，大多數(shù)通信系統(tǒng)需要通過調制將基帶信號變換為更適合在信道中傳輸?shù)男问剑搭l帶信號。無線通信系統(tǒng)是用空間輻射方式來傳送信號。由天線理論可知：只有當輻射天線的尺寸大于波長的1/10時，信號才會被天線有效地發(fā)射。調制過程可將信號頻譜搬到任何需要的頻率范圍，使其易于以電磁波的形