手机式直接眼底镜.doc

手机式直接眼底镜.doc 手机式直接眼底镜(检眼镜) 1 眼底镜介绍 检眼镜是用于检查眼屈光介质和视网膜的仪器，一般传统的直接检眼镜的角视野范围约为10?~12?，对被观察对象的放大倍数约为15倍左右，能在高倍放大的情况下观察较小范围的眼底像。 检眼镜的国家专业:a、由镜头、手柄和电源三部分组成;b、有0.2~4mm范围内不同直径的光阑，其数目不少于两个;c、距反射镜面150mm处其照度应不低于80Lux。 直接检眼镜包括照明系统和观察系统两部分，照明系统包括灯泡、聚光透镜和反射镜;观察系统包括窥孔和聚焦(补偿)系统。 早期检验镜在照明系统中插入绿色滤光片，也称无赤光滤光片，它可滤除长波光线，因此可以增加视网膜血管和背景的对比度，从而更有利于检查者确定是视网膜损害还是脉络膜损害。 现代检眼镜观察系统中的聚焦(补偿)系统是用于补偿或中和检查者和被检查者两者结合的屈光不正，以获得对被检查者眼底的清晰观察，一般通过一些具有不同屈光力透镜的补偿镜片转盘实现。 一般检眼镜的窥孔直径为3mm，观察系统光路轴线固定在稍偏离于照明光路轴线的一侧，该方法可排除观察视野一侧的角膜反光，这种反光的强度和位置由以下几个参数决定:a、照明光路与观察光路之间的夹角;b、检查者与被检查者之间的距离;c、照明系统光阑的大小;d、窥镜直径的大小。理想的检眼镜设计确保观察视场与照明视场大小相等。 天津刘春红92年申请专利:新型手持式眼底镜，其基本特征是由物镜，目镜，光导纤维，照相机，调焦系统，分光系统，电源开关组成。 2 手机式直接眼底镜 手机式直接眼底镜是集传统光路，照明系统，成像拍摄系统和无线传输功能为一 体的新型眼底诊查手持终端设备，该设备将涉及机械、光学、电子、软件工程及无线通信等学科领域。 2.1 成像光路 图 1是传统的梅氏检眼镜光路理论图，其中聚光镜一般为平凹镜，为减少像散，平的一面朝向灯泡。灯泡的灯丝应位于聚光镜的焦面上，以使光线在通过聚光镜后形成平行光，光阑直径一般为1mm;棱镜的作用是使光线汇聚和转向，照亮眼底。手持式眼底检眼镜便是在原检眼镜的窥孔位置放置透镜，使眼底的图像在CCD上聚焦成像。 H’H摄像头 反射棱镜 人眼 光阑 聚光镜 光源 图 1 手机式直接检眼镜光路原理图 2.2 成像拍摄 功能目标:运用模块化的单板摄像头采集照片，该模块应带有数据传输接口，拥有一定大小的存储空间用于暂存图片信息。选择摄像头得先从感光传感器入手，了解并区别当前被普遍采用的两种图像感光传感器——CCD和CMOS，如 1。 表 1 感光传感器比较 CCD CMOS 图像传感器 数字数据传送方式 以行为单位的电流信号 以点为单位的电荷信号 灵敏度 高 低 成本 高 低 分辨率 高 低 噪声 小 大 功耗 高 低 套件体积 大 小 成像速度 慢 快 在光照条件很差的环境中，一般采用以下拍摄清晰的图像:a、普通低照度CCD黑白摄像机+红外灯;b、彩色转黑白摄像机+红外灯;c、红外低照度彩色摄像机;d、低速快门摄像机;e、超低照度摄像机。现在的摄像机从0.001Lux到1Lux的都有，众说纷纭，当Lux值在0.001的时候，基本已经达到星光级照度。 视网膜对光的反射率比较低，应选用低照度的摄像头，具体的参数要求由从人眼反射的实际光强决定。通过查阅资料列出了以下几种照度较低的单板摄像头，如表 2所示。 表 2 各种低照度摄像头比较 SONY CCD PK-80H CMOS PK-10H COMS 型号 LG CCD 红外 深圳鸿鑫泰科技敏通企业股份有敏通企业股份有深圳尔盛电子科 公司 有限公司 限公司 限公司 技有限公司 传感器大小 1/3英寸 1/3英寸 1/3英寸 1/3英寸 0.05 Lux 0.015 Lux 0.015 Lux 0 Lux 最低照度 信噪比 大于48dB 50,58 dB 52,60 dB 大于48dB 规格 PCB 38mm×38mm 42mm×42mm 32mm×32mm 38 mm×55 mm 感光面积 4.9mm×3.7mm 4.9mm×3.7mm 像素 768×494 470K(总) 470K(总) 500×582 2.3 无线传输 功能目标:由摄像头采集的眼底照片通过无线传输的方式上传至服务器。当前无线通信技术的种类有很多，使用较广泛的红外数据传输(IrDA)、蓝牙(Bluetooth)和无线局域网802.11(Wi-Fi)。同时还有一些新的近距离无线技术标准，他们分别是:Zigbee、无线1394、短距离通信(NFC)、超宽频(Ultra Wide Band)、WiMedia、GPS、DECT和专 用无线系统等，他们都有其各自的特点分别适合不同的运用场合。目前被常用的几种无线网络标准的比较见表 3。基于表中参数，并考虑到设备中获得的将是高分辨率的图像，图像比较大，传送时应具备较高的数据传输速率，传输速率达11000kbps的Wi-Fi满足了图像传输的条件，而且在使用过程中可以灵活地加入或离开局域网，所以手机式眼底检眼镜的图像无线传输优先选用Wi-Fi技术标准。此外Zigbee的各项参数指标理论上也能满足设备正常工作的需求，Zigbee技术可通过增加路由节点，扩大覆盖范围，且节点组网非常稳定、灵活。 表 3 无线网络标准的比较 TMTMTM Bluetooth ZigBee GPRS/GSM Wi-Fi市场名 1XRTT/CDMA 802.11b 802.15.1 802.15.4 标准 广阔范围 Web，Email， 应用重点 电缆替代品 监控&控制 声音&数据 图像 16MB+ 1MB+ 250KB+ 4KB-32KB 系统资源 电池寿命(天) 1至7 0.5至5 1至7 100至1000+ 1 32 7 255/65000 网络大小 64-128+ 11000+ 720 20-250 带宽(Kb/s) 1000+ 1-100 1-10+ 1-100+ 传输距离(米) 成功尺度 覆盖面大，质量 速度，灵活性 价格便宜，方便 可靠，低功耗 3 备选方案一:整体式芯片模块 手机式直接眼底镜，即在原有的直接眼底镜上加入类似手机拍照和发送的功能，或者在一些具有手机功能的设备中加入光路控制和照明系统，但新功能的基本核心部分都是手机芯片模块组，该模块需提供高分辨率摄像头接口及控制处理芯片、通信子模块接口及外接存储器接口。联发科是全球IC设计领导厂商，专注于无线通讯及数位媒体等技术领域。该公司提供的晶片整合系统解决方案，包含无线通讯、高解析度电视、光储存、DVD及蓝光等相关产品，市场上均居领导地位。发展比较成熟的联发科MTK手机芯片模块组将成为本方案的首选。 3.1 MTK芯片 目前MTK芯片分有三大类:电源芯片(MT6305，MT6318)、射频芯片(MT6129，MT6139)和CPU芯片(MT6235，MT6253等)。 MT6253是第一款GSM/GPRS手机单芯片解决方案(SOC)，集成了数字基频(DBB)、模拟基频(ABB)、电源管理(PMU)、射频收发器(RF Transceiver)等手机芯片基础元器件，亦支援Fancy UI架构和VRE中间件，有MP3功能，能支持130万像素手机相机、高速USB、触摸屏(Touch Panel)、双卡双待(dual-SIM)以及丰富的多媒体应用功能，是迄今为止整合度最高、应用功能最丰富的手机单芯片。 MT6235支持GSM 、GPRS、WAP、Wi-Fi、MP3、MP4、TV OUT功能，200万像素的拍照功能，内置电源管理。针对手机式直接眼底镜对高分辨率摄像头控制处理器和无线数据传输功能的要求，MT6235芯片模块为最佳选择。此外，MT6235支持nand flash存储，nand flash的写入速度较高。 3.2 MTK手机开发板 深圳瑞声科技公司可提供MTK手机开发板，整套开发板的价格在6500人民币左右，开发板可配置以下的任一种芯片:MT6253，MT6235，MT6223D，MT6223D+DSP， MT6225，开发板及平台包括的功能和清单如下: 产品功能: MP3功能，MP4功能，WAP功能，手写输入，MMS彩信、双卡双待，支持CAMERA，T-FLASH卡，跑马灯。蓝牙，收音机，JAVA，QQ，MSN，来电防火墙，Wi-Fi，股票通，游戏，电子像册、金山词霸、电子书阅读，语音王，甩歌甩屏。 硬件特性: 1、CPU 2、TFLASH 卡接口 3、TFT LCD 4、4线触摸屏接口 5、双声道音频输出 6、一个Camera 开发系统软件清单: 1、手机程序量产源代码 2、烧写程序下载工具 flashtool 3、ads1.2 ,ads1.2update,activeperl:编译工具和辅助工具 4、Trace 工具:catcher 5、手机工程测试工具: META (Mobile Engineering Testing Architecture) is designed to provide the functionality of RF testing, NVRAM access testing, speech related testing of advanced feature melody and voice memo. 6、UI制作工具: MCT 开发系统硬件清单: 1、开发用手机板 2、烧拷线一条 3、USB线一条 4、旅行充电器一个 5、锂电池两个 6、硬件原理图 开发系统文档清单: 1、mtk 软件培训,MTK_Training, 2、mtk 软件系统和调试 ,SW System and Debug , 3、mtk 软件MMI设计,MMI Design Doc0 4、mtk 软件设备驱动,Device Driver, 5、Mtk手机校准,Factory, 6、Mtk手机工具使用说明,Tool Document, 通过对开发板的使用，可直观地了解MTK芯片的功能，从而指导将芯片模块运用至手机式直接眼底镜中。 3.3 开发板使用方案 开发板中提供的摄像头是30万像素，芯片的最大支持是200万像素，开发板中提供的接口是板对板的连接器，针对单独购买的高分辨率摄像头需自己做一块用于转接的电路板。芯片本身具有24M空间，可外置TF卡，支持4G，摄像头拍摄的照片默认存至TF卡中。MT6235芯片带有Wi-Fi底层驱动，可通过无线路由与服务器设备进行组网。由于Wi-Fi无线传输模块是一种被访问的数据传输机制，一般情况下(应用软件除外)无法形成主动发送—应答接收的模式，只能通过Wi-Fi终端实现寻找服务器、形成类似网上邻居的模式，再在服务器释放读写权限的条件下主动存入图片。从TF卡复制或至剪切的至服务器的控制过程是通过C语言编程实现，也是独立开发的核心部分之一，开发板的使用方案可直接被运用至MTK芯片组。 4 备选方案二:功能独立式模块 区别于方案一，放弃使用已有的功能集成芯片，搭建功能独立的拍照及图像传输 模块，摄像头的选择方案参见2.2节，在单板摄像头模块上添加拍照、存储等控制功能;应用Zigbee技术将节点(手持终端设备)与中心控制器(服务器)自动组网，把采集的照片主动发送至中心控制器。 4.1 Zigbee技术 Zigbee是一种无线连接技术的商业化命名，该无线连接技术主要解决低成本、低功耗、低复杂度、低传输速率、近距离的设备联网应用。 其中低传输速率将会影响手机式眼底检眼镜使用的主要因素。 Zigbee标准基于802.15.4协议栈而建立，具备了强大的设备联网功能，它支持三种主要的自组织无线网络类型，即星型结构、网状结构(Mesh)和簇状结构(Cluster tree)，特别是网状结构，具有很强的网络健壮性和系统可靠性。 Zigbee可应用于以下一些场合:a、无线传感器网络WSN;b、带负载管理功能的自动抄表(ARM)系统;c、智能交通、油气生产遥测控制通信系统;d、监控照明、HVAC和写字楼安全;e、农田耕作、环境监测、水流水文监测无线通信;f、工业制造、过程控制遥测遥控;g、对病患、设备及设施进行医疗和健康监控;h、家庭监控、HVAC、安防报警系统运用;i、军事应用，包括战场监视和机器人控制;j、汽车应用，配合传感器网络汽车所有系统的状态。 4.2 Zigbee演示/应用套件 安嵌科贸(北京)有限公司提供Zigbee无线组网通信套件-3-PK，套件价格在3000元左右，套件的清单及功能如下: 3-PK-ZigBee 协议栈高级开发平台包括以下部件: 1、CC2430 无线单片机C51RF-3实时在线仿真器(USB接口) 一个, 2、CC2430 2.4GHZ高频无线目标模块3个,(可以分别作为ZIGBEE 路由器/ZigBee协调者/ZigBee限制功能节点) 3、CC2430/CC2431 扩展无线网络表演板(带图形LCD) 2个, 4、CC2430 标准软件库/C51源代码SPP数据通讯表演软件/数据手册/说明书光盘, 5、CC2430 源代码级ZigBee/802.15.4(精简版)协议栈光盘(C51源代码和建好的工程文件。 6、配套的电缆/电源/电池盒。 主要功能: C51RF-3实时在线仿真器通过USB接口直接连接到你的电脑，并连到CC2430 ZigBee无线单片及目标板，具有代码高速下载，在线调试Debug，硬件断点，单步，变量观察，寄存器观察等全 部C51源水平调试的功能，实现对CC2430系列无线单片机和ZIGBEE协议栈的实时在线仿真/调试/测试。C51RF-3系列ZigBee/802.15.4 无线单片机开发系统可支持著名IAR 7.20以上的集成开发环境,C51编译器,这是一个KELLC51类似的，功能强大的C51编译器/IDE/DEBUG开发平台。 CC2430/CC2431扩展无线网络表演板用于客户评估/测试各种ZigBee/802.15.4相关的应用，板上包括图形汉字LCD显示器，小键盘，语音电路，传感器和接口，用户可以方便的使用该板上的硬件部件和无线龙通讯公司提供的各种评估软件，评估软件C51源代码，快速开发自己的应用系统，同时也可以用于各种教学/实验。 精简版ZigBee协议栈全面支持ZigBee FFD RFD、ROUTER、COORD和多种网络拓扑。精简版ZigBee协议栈特点:精简版协议栈具有ZigBee协议栈的基本的C51源代码,包括:NWK.C 网络层源代码，定义文件NWK.H，网络邻居代码等C51源代码,也包括802.15.4 MAC层的全部C51源代码,这些源代码都在C51RF-3-PK ZIGBEE高级开发工具箱上进行过测试通过;对于学习 ZigBee，进行实际应用产品开发，基本功能上和昂贵的原版ZigBee协议栈,效果相同。 C51RF-3-PK ZigBee高级开发工具箱为ZigBee应用设计人员、ZigBee爱好者开发的一个使用简便而实用的ZigBee全功能开发平台。该工具包包括快速构造无线产品原型所需的全部硬件、软件源代码及文档。 C51RF-3-PK ZigBee高级开发工具箱能够协助设计人员快速评估及着手开发多种不同的无线网络ZigBee应用，包括建筑/家居自动化,保安、照明、HVAC和门禁,、工业控制,监控器、传感器、自动控制设备、控制器和照明、无线定位、无线传感器,、个人医疗用品,诊断工具和监控器,及消费电子产品,电视、录像机、DVD和CD的射频无线摇控器,等。 产品主要特点: 1、专业无线设计，保证系统高度稳定可靠，噪声干扰最小。 2、主要零件全部进口，经过严格测试，保证产品各项指标，达到国外同类产品质量。 3、具有很强的扩展性，虽然价格较低，但只要增加软件,你就可以从不同的渠道，付费或免费获得这些软件和软件的C51源代码,，你就可以无须增加任何硬件，自动升级为一套全功能的的802.15.4/ZIGBEE无线网络开发系统. 说明: 1、本套件属于标准型高级开发套件，2个模块间可视通讯距离为75M左右，3个以上模块组网时可视通信距离为30M。可实现无线收发,点对点,，通讯节点,CC2430模块,可组串状网络，点对多点星型网络，低成本实现近距离无线组网需要。 2、ZigBee最高传输速率为250kb/s,用于声音传输效果很差，不可直接传输视频，敬请选型时注意，以免走弯路。 3、如需较长距离传输另可配200M或1000M,非本套件标准配置,长距离模块，具有5级路由功能，可视最远能传4km。 4.3 实现方案规划 由于Zigbee技术是专注于监测与控制等方面的使用，它是以数据包的形式收发数据，一般每个数据包为128个字节，因此针对本方案的使用要求，必须先应用Zigbee通信套件尝试实现大文件传输，验证高分辨图像文件在节点和中心控制器之间传输的可行性，其中将涉及文件压缩、打包、编码、拆包于解码等。图 2 (a)、(b)分别是节点发送图片和中心控制器接收图片的流程图。 开始开始读入图像文件打开监听发送文件长度收到图像文件长度准备发送数据包N(从文件流读入数据，并打包;对整个数据包已读文件长度<文件长度,转义编码。以区别图像中的传输终止符) 写串口Y 等待接收数据包准备下一个发送数据包 拆包、读数据等待串口接收应答信号 NN处于数据发送状态,数据包是否读完, YY Y发送数据包不为空,发送数据包接收应答信号 N 关闭监听发送传输终止符 结束结束 (a)发送 (b)接收 图 2 Zigbee图像发送与接收流程图