Разработка структуры и алгоритма встроенного программного обеспечения мобильного офтальмоскопа | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №26 (160) июнь 2017 г.

Дата публикации: 03.07.2017

Статья просмотрена: 93 раза

Библиографическое описание:

Гущин А. В., Колесникова А. С. Разработка структуры и алгоритма встроенного программного обеспечения мобильного офтальмоскопа // Молодой ученый. — 2017. — №26. — С. 24-29. — URL https://moluch.ru/archive/160/45003/ (дата обращения: 20.02.2019).



Метод офтальмоскопии в настоящее время является стандартом в практике работы врачей-офтальмологов при исследовании глазного дна [1, 2]. Для этого выпускаются различные модели ручных мобильных офтальмоскопов [3]. Однако актуальной является задача документальной фиксации результатов наблюдений картины глазного дна с целью протоколирования исследований, проведения измерений наблюдаемых объектов, оценки долговременной динамики патологических изменений и определения степени успешности проводимой терапии [4].

Описанные в литературе [5] виды фотоофтальмоскопов представляют собой объединение офтальмоскопа и цифровой фотокамеры. Они отличаются тем, что в них отсутствует возможность прямого осмотра исследователем глазного дна исследуемого. В таком случае для наблюдения картины исследуемого объекта используется малогабаритный LCD-экран цифровой фотокамеры. Такой вид индикации не всегда удобен, поскольку связан со значительным снижением его информативности для исследователя: количество визуальной информации, которое может быть отображено на малогабаритном LCD-экране гораздо меньше, чем количество информации, получаемое при прямом осмотре глазного дна [6].

Постановка задачи. Общей целью работы является внедрение документальной фиксации результатов исследования глазного дна, выполняемого с помощью ручного мобильного офтальмоскопа.

Поставленная цель достигается добавлением в офтальмоскоп оптических и электронных блоков, а также специального встроенного программного обеспечения, которое позволяет осуществлять цифровое фотографирование видимой картины глазного дна.

Общая структура прибора. На первом этапе работы было сформировано представление структуры фотоофтальмоскопа в виде структурной блок-схемы, представленной на рис. 1.

Рис.1.jpg

Рис. 1. Детальная структурная схема фотоофтальмоскопа

На рис. 1, центральный процессор (Ц Пр) является основным компонентом прибора. При нажатии на кнопочные включатели (У Вв), процессор выполняет действия заданные встроенным ПО прибора. Он управляет положением зеркала (Эмг Зрк) и яркостью осветителя (Осв), в соответствии с выбранным пользователем режимом работы прибора (офтальмоскопия или фотофиксация). В режиме фотофиксации происходит обработка фотоснимков, полученных с фотоматрицы, их хранение в энергонезависимой памяти (Энз Память) и передача для дальнейшей обработки на ПК по проводным (USB) или беспроводным (Bluetooth) интерфейсным каналам. Также процессор через соответствующий контроллер (КИП) отслеживает уровень заряда аккумуляторной батареи и выдает на индикатор сигнал предупреждения о низком заряде.

Оптическая часть фотоофтальмоскопа.

В оптическую схему предлагаемого устройства добавляется фотоматрица и объектив, пригодный для фотосъёмки изображения высокого разрешения на сравнительно малом расстоянии от объектива.

Структуру оптической схемы фотоофтальмоскопа, объединяющего в себе как возможность прямого наблюдения, так и фиксации изображения, можно представить следующим образом (рис. 2).

Рис. 2. Схема оптического тракта фотоофтальмоскопа

На рис. 2 применены следующие обозначения: 1 — подвижное зеркало в положении для прямого осмотра, 2 — линза фотоматрицы, 3 — фотоматрица, 4 — линза фокусировочного барабана, 5 — неподвижное зеркало, 6 — фокусирующие линзы, 7 — источник света.

В ходе изучения устройства оптических тем различных типов в качестве оптической схемы фотоматрицы предполагается использовать схему Тессар [8], поскольку в сравнении с другими оптическими схемами именно Тессар позволяет добиться оптимального соотношения цена/качество изображения/геометрические размеры устройства, чтобы удешевить и упростить конструирование и массовое производство фотоофтальмоскопа.

Фотоматрица камеры, которую предполагается использовать, обладает диагональю 1/2,5“ и соотношением длины к ширине 2,31/1,75 мм. Относительное отверстие диафрагмы определяется соотношением 2,8/5,6, где 5,6 это заднее фокусное расстояние объектива, выраженное в миллиметрах.

Исходя из имеющихся данных и сформулированных требований, наиболее оптимальным выбором для использования в данных условиях можно признать камеру Camera Module 12C VGA от фирмы Carl Zeiss, которая используется в мобильных телефонах Nokia N73 и Nokia N73–1.

Предполагается, что длина головки офтальмоскопа вместе с подвижным зеркалом, фотоматрицей, объективом и фокусировочным барабаном не будет превышать 25 мм, чтобы увеличивающиеся размеры головки фотоофтальмоскопа не служили причиной существенного снижения угла обзора для врача-офтальмолога при непосредственном осмотре глазного дна пациента.

Разработка структуры алгоритма управления. Функции разработанного программного обеспечения:

  1. Инициализация при включении;
  2. Опрос органов управления;
  3. Обработка действий оператора:

– Управление электромеханическими узлами фотоофтальмоскопа;

– Автоматизирование процесса передачи полученных изображений;

  1. Осуществление безопасного выключения устройства.

Алгоритм процедуры инициализации устройства при включении представлен на рис. 5.

C:\Users\Иван\AppData\Local\Microsoft\Windows\INetCache\Content.Word\начало.png

Рис. 5. Блок-схема инициализации

Следующим и самым важным этапом работы устройства является, проверка уровня заряда аккумулятора. Для обеспечения нормальной работы устройства нам необходимо поддерживать высокий уровень заряда, а предложенные нами аккумуляторные батареи будут иметь номинальное напряжение, равное 3.6В.

Процедура опроса кнопок является основной управляющей процедурой процессора. После включения и загрузки основной управляющей программы устройство переходит в режим ожидания отклика кнопок. Блок-схема этого участка программы представлена на рис. 6.

C:\Users\Иван\AppData\Local\Microsoft\Windows\INetCache\Content.Word\кнопки.png

Рис. 6. Блок-схема обработки состояния органов управления фотоофтальмоскопа

Устройство постоянно осуществляет опрос кнопок, в ожидании в любой момент получить отклик. Частота опроса кнопок будет определяться частотой работы используемого процессора. Длительность нажатия и задержки до срабатывания кнопки также будет определяться частотой работы центрального процессора. Как только на процессор пришел единичный положительный сигнал, сигнализирующий о нажатии какой–либо кнопки, программа выполняет определение нажатой кнопки, чтобы знать, какой алгоритм в дальнейшем необходимо будет выполнить.

На рис. 7 представлена блок-схема, описывающая процесс съемки.

C:\Users\Иван\AppData\Local\Microsoft\Windows\INetCache\Content.Word\съемка.png

Рис. 7. Блок-схема процедуры съемки

Таким образом, разрабатываемое устройство для фотоофтальмоскопии отличается от прототипов тем, что для пользователя рутинная работа с ним полностью соответствует работе с традиционным ручным мобильным офтальмоскопом. Кроме того, прибор сохраняет полную мобильность и автономность, его стоимость не увеличивается по сравнению с традиционным ручным офтальмоскопом более чем в 1,5 раза, а габариты и энергопотребление соответствуют характеристикам известных в настоящее время традиционных ручных мобильных офтальмоскопов без возможности фотофиксации. Предложенная общая схема устройства отличается тем, что выполнена на доступной, недорогой, но достаточно современной элементной базе. Она обеспечивает конструктивную простоту устройства, простоту и удобство эксплуатации при сохранении достаточно высоких технических характеристик.

Важной частью описываемого устройства является его оптический тракт. При его проектировании стояли задачи обеспечения возможности прямого осмотра глазного дна и его фотофиксации с сохранением габаритных размеров современных ручных офтальмоскопов. Эти задачи решаются с применением двухрежимной оптической схемы с программно-управляемым сдвижным зеркалом. Эта оптическая схема включает в себя также линзоблок, построенный по оптической схеме Tessar и малогабаритную цифровую фотоматрицу. Такое решение позволило обеспечить максимальное использование готовых технических решений, что имеет следствием удешевление процесса разработки и последующего производства рассматриваемого устройства.

Описываемое устройство содержит встроенную однокристальную ЭВМ, поэтому одной из важнейших его частей является программное обеспечение. Оно проектировалось, исходя из требований максимальной простоты эксплуатации с минимальным количеством органов управления устройством. Важным свойством этого программного обеспечения является поддержка различных способов связи фотоофтальмоскопа и внешних устройств хранения и обработки информации. В этой связи была реализована поддержка как проводного, так и беспроводного соединения, что позволило повысить удобство пользования устройством и расширить диапазон возможностей его применения.

В целом, проделанная к настоящему времени работа привела к созданию компонентов не имеющего прямых аналогов экономичного аппаратно-программного комплекса фотоофтальмоскопии, предназначенного для работы в разнообразных условиях и требующего минимальных усилий для его освоения. Это позволяет рассчитывать на достаточно объемную рыночную нишу и, как следствие, на окупаемость расходов, связанных с ОКР и производством прибора.

Литература:

  1. Офтальмология: учебник для студ. мед. ВУЗов / под ред. Егорова Е.А, — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. – 240 с.
  2. Урмахер Л. С., Айзенштат Л. И. Офтальмологические приборы. — М.: Медицина, 2008. — 288 с.
  3. ГОСТ 14934–08. Офтальмологическая оптика. Термины и определения. — М.: Издательство стандартов, 2008.
  4. Сергиенко Н. М. Офтальмологическая оптика. — М.: Медицина, 2004. — 144 с.
  5. Пат № US 20110299036 A1, США, Portable digital direct ophthalmoscope / Goldenholz, D. M. Publication date 2011–05–08
  6. Итигин A. M., Хацевич Т. Н. Влияние яркости экрана ЭОП на диаметр зрачка глаза наблюдателя // ОМП, 2009. — № 5. — с. 8–10.
Основные термины (генерируются автоматически): глазное дно, оптическая схема, прямой осмотр, USB, цифровая фотокамера, центральный процессор, фокусировочный барабан, программное обеспечение, подвижное зеркало, VGA.


Похожие статьи

Анализ методов и систем регистрации окуломоторной активности

Рис. 4. Схема установки для регистрации окуломоторной активности фотооптическим методом: 1 — глазное яблоко; 2 — присоска с зеркалом, 3 — осветитель, 4 — экран

Сравнительный анализ программного обеспечения систем мониторинга кластерных вычислительных систем.

Модернизация робота-хирурга Da-Vinci | Статья в журнале...

Консоль технического зрения содержит центральный обрабатывающий центр и видеосистему, включая основной блок, блок

Данная модернизация возможна, если заменить стандартный графический процессор на новый от компании NVidia — NVIDIA TESLA P100 (рис. 2).

Лазерные системы как технологический ресурс информационной...

На принимающей оптическая система фокусирует излучение на фотодиод, который

Для обеспечения безопасности от средств лазерного разведки данный параметр должен стремиться к нулю.

Похожие статьи. Передающее устройство цифровой телеизмерительной системы.

Система мониторинга остатка воды в цистернах пожарных машин

Структурная схема подвижной системы представлена на рис. 3.

Осуществляет нормировку сигнала в цифровую форму; – СП — супервизор питания.

Данный контроллер клавиатуры связан с центральным микроконтроллером по интерфейсу I2C.

Анализ методов обнаружения лиц на изображении

- центральная часть лица имеет однородную яркость и цвет; - разница в яркости между

Поскольку схема полного перебора обладает такими безусловными недостатками, как

В общем виде, задача обнаружения лица и черт лица человека на цифровом изображении...

Разработка информационного обеспечения автоматизированной...

На выходе программного обеспечения должно сформировать описание наблюдаемой сцены и показать обнаруженный объект.

Для работы устройства требуется компьютер с любой операционной системой и с портом USB 3.0.

Обработка и сегментация тепловизионных изображений

Однако, обеспечение точного выделения контуров объектов на тепловизионных изображениях в силу

В тестовый стенд входит, модуль цифровой обработки изображения, позволяющий принимать

Центральный элемент устанавливается на исследуемый (текущий) пиксель.

Алгоритмы обработки информации в системе технического зрения...

Датчик изображений обеспечивает запись в память процессора цифрового бинарного изображения, соответствующего силуэту

Вычисление наклона аппроксимирующей прямой проводится по формулам метода наименьших квадратов после выделения контурных элементов.

Автономная система ориентирования беспилотного летательного...

Предложена схема построения и алгоритм функционирования бортового модуля, включающего камеру

Программно-пилотируемые БЛА (2 класса) — автономные воздушные роботы.

Это позволяет строить и рассматривать области точек и представлять их в виде прямых.

Анализ методов и систем регистрации окуломоторной активности

Рис. 4. Схема установки для регистрации окуломоторной активности фотооптическим методом: 1 — глазное яблоко; 2 — присоска с зеркалом, 3 — осветитель, 4 — экран

Сравнительный анализ программного обеспечения систем мониторинга кластерных вычислительных систем.

Модернизация робота-хирурга Da-Vinci | Статья в журнале...

Консоль технического зрения содержит центральный обрабатывающий центр и видеосистему, включая основной блок, блок

Данная модернизация возможна, если заменить стандартный графический процессор на новый от компании NVidia — NVIDIA TESLA P100 (рис. 2).

Лазерные системы как технологический ресурс информационной...

На принимающей оптическая система фокусирует излучение на фотодиод, который

Для обеспечения безопасности от средств лазерного разведки данный параметр должен стремиться к нулю.

Похожие статьи. Передающее устройство цифровой телеизмерительной системы.

Система мониторинга остатка воды в цистернах пожарных машин

Структурная схема подвижной системы представлена на рис. 3.

Осуществляет нормировку сигнала в цифровую форму; – СП — супервизор питания.

Данный контроллер клавиатуры связан с центральным микроконтроллером по интерфейсу I2C.

Системы видеосопровождения для беспилотного летательного...

При этом должна быть обеспечена высокая точность для прямого попадания в цель.

Использование трехосного карданного подвеса в СВС, установленной на подвижном носителе, при наличии

Рис. 4. Оптическая система со стабилизацией поля зрения плоским зеркалом.

Разработка информационного обеспечения автоматизированной...

На выходе программного обеспечения должно сформировать описание наблюдаемой сцены и показать обнаруженный объект.

Для работы устройства требуется компьютер с любой операционной системой и с портом USB 3.0.

Анализ методов обнаружения лиц на изображении

- центральная часть лица имеет однородную яркость и цвет; - разница в яркости между

Поскольку схема полного перебора обладает такими безусловными недостатками, как

В общем виде, задача обнаружения лица и черт лица человека на цифровом изображении...

Обработка и сегментация тепловизионных изображений

Однако, обеспечение точного выделения контуров объектов на тепловизионных изображениях в силу

В тестовый стенд входит, модуль цифровой обработки изображения, позволяющий принимать

Центральный элемент устанавливается на исследуемый (текущий) пиксель.

Алгоритмы обработки информации в системе технического зрения...

Датчик изображений обеспечивает запись в память процессора цифрового бинарного изображения, соответствующего силуэту

Вычисление наклона аппроксимирующей прямой проводится по формулам метода наименьших квадратов после выделения контурных элементов.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Анализ методов и систем регистрации окуломоторной активности

Рис. 4. Схема установки для регистрации окуломоторной активности фотооптическим методом: 1 — глазное яблоко; 2 — присоска с зеркалом, 3 — осветитель, 4 — экран

Сравнительный анализ программного обеспечения систем мониторинга кластерных вычислительных систем.

Модернизация робота-хирурга Da-Vinci | Статья в журнале...

Консоль технического зрения содержит центральный обрабатывающий центр и видеосистему, включая основной блок, блок

Данная модернизация возможна, если заменить стандартный графический процессор на новый от компании NVidia — NVIDIA TESLA P100 (рис. 2).

Лазерные системы как технологический ресурс информационной...

На принимающей оптическая система фокусирует излучение на фотодиод, который

Для обеспечения безопасности от средств лазерного разведки данный параметр должен стремиться к нулю.

Похожие статьи. Передающее устройство цифровой телеизмерительной системы.

Система мониторинга остатка воды в цистернах пожарных машин

Структурная схема подвижной системы представлена на рис. 3.

Осуществляет нормировку сигнала в цифровую форму; – СП — супервизор питания.

Данный контроллер клавиатуры связан с центральным микроконтроллером по интерфейсу I2C.

Анализ методов обнаружения лиц на изображении

- центральная часть лица имеет однородную яркость и цвет; - разница в яркости между

Поскольку схема полного перебора обладает такими безусловными недостатками, как

В общем виде, задача обнаружения лица и черт лица человека на цифровом изображении...

Разработка информационного обеспечения автоматизированной...

На выходе программного обеспечения должно сформировать описание наблюдаемой сцены и показать обнаруженный объект.

Для работы устройства требуется компьютер с любой операционной системой и с портом USB 3.0.

Обработка и сегментация тепловизионных изображений

Однако, обеспечение точного выделения контуров объектов на тепловизионных изображениях в силу

В тестовый стенд входит, модуль цифровой обработки изображения, позволяющий принимать

Центральный элемент устанавливается на исследуемый (текущий) пиксель.

Алгоритмы обработки информации в системе технического зрения...

Датчик изображений обеспечивает запись в память процессора цифрового бинарного изображения, соответствующего силуэту

Вычисление наклона аппроксимирующей прямой проводится по формулам метода наименьших квадратов после выделения контурных элементов.

Автономная система ориентирования беспилотного летательного...

Предложена схема построения и алгоритм функционирования бортового модуля, включающего камеру

Программно-пилотируемые БЛА (2 класса) — автономные воздушные роботы.

Это позволяет строить и рассматривать области точек и представлять их в виде прямых.

Анализ методов и систем регистрации окуломоторной активности

Рис. 4. Схема установки для регистрации окуломоторной активности фотооптическим методом: 1 — глазное яблоко; 2 — присоска с зеркалом, 3 — осветитель, 4 — экран

Сравнительный анализ программного обеспечения систем мониторинга кластерных вычислительных систем.

Модернизация робота-хирурга Da-Vinci | Статья в журнале...

Консоль технического зрения содержит центральный обрабатывающий центр и видеосистему, включая основной блок, блок

Данная модернизация возможна, если заменить стандартный графический процессор на новый от компании NVidia — NVIDIA TESLA P100 (рис. 2).

Лазерные системы как технологический ресурс информационной...

На принимающей оптическая система фокусирует излучение на фотодиод, который

Для обеспечения безопасности от средств лазерного разведки данный параметр должен стремиться к нулю.

Похожие статьи. Передающее устройство цифровой телеизмерительной системы.

Система мониторинга остатка воды в цистернах пожарных машин

Структурная схема подвижной системы представлена на рис. 3.

Осуществляет нормировку сигнала в цифровую форму; – СП — супервизор питания.

Данный контроллер клавиатуры связан с центральным микроконтроллером по интерфейсу I2C.

Системы видеосопровождения для беспилотного летательного...

При этом должна быть обеспечена высокая точность для прямого попадания в цель.

Использование трехосного карданного подвеса в СВС, установленной на подвижном носителе, при наличии

Рис. 4. Оптическая система со стабилизацией поля зрения плоским зеркалом.

Разработка информационного обеспечения автоматизированной...

На выходе программного обеспечения должно сформировать описание наблюдаемой сцены и показать обнаруженный объект.

Для работы устройства требуется компьютер с любой операционной системой и с портом USB 3.0.

Анализ методов обнаружения лиц на изображении

- центральная часть лица имеет однородную яркость и цвет; - разница в яркости между

Поскольку схема полного перебора обладает такими безусловными недостатками, как

В общем виде, задача обнаружения лица и черт лица человека на цифровом изображении...

Обработка и сегментация тепловизионных изображений

Однако, обеспечение точного выделения контуров объектов на тепловизионных изображениях в силу

В тестовый стенд входит, модуль цифровой обработки изображения, позволяющий принимать

Центральный элемент устанавливается на исследуемый (текущий) пиксель.

Алгоритмы обработки информации в системе технического зрения...

Датчик изображений обеспечивает запись в память процессора цифрового бинарного изображения, соответствующего силуэту

Вычисление наклона аппроксимирующей прямой проводится по формулам метода наименьших квадратов после выделения контурных элементов.

Задать вопрос