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Xishan entwickelt innovative 3D-Rekonstruktion und FPGA-basiertes Prototyping für die Endoskopie
Vision HDL Toolbox beschleunigt Rapid Prototyping auf eingebetteter Hardware
„Wir generieren Standardcode direkt mit HDL Coder. Dann nehmen wir je nach Szenario unserer Anwendung entsprechende Anpassungen und Optimierungen vor.“
Wichtigste Ergebnisse
- Model-Based Design ermöglicht FPGA-basiertes Fast-Prototyping bei der Entwicklung und Implementierung von Bildverarbeitungsalgorithmen
- Blöcke und Beispiele in der Vision HDL Toolbox verbessern die Modellierungseffizienz und vereinfachen die Implementierung von Vision-Algorithmen auf FPGA
- Simulink unterstützte das Team bei der Bereitstellung von Algorithmenmodellen basierend auf der Hardware-Chip-Architektur
- HDL Coder generiert schnell und automatisch Code für schnelles Experimentieren, Iteration und Verifizierung
Chongqing Xishan Science & Technology Co., Ltd. ist ein führender Anbieter von Geräten und Verbrauchsmaterialien für die minimalinvasive Chirurgie. Ein solches Werkzeug – das Endoskop – ist ein medizinisches Gerät, das durch kleine Einschnitte oder natürliche Körperöffnungen in den menschlichen Verdauungstrakt eingeführt wird, um innere Körperorgane zu visualisieren und zu operieren.
Mithilfe der Binokularkamera-basierten 3D-Rekonstruktion erhalten Chirurgen eine präzisere Sicht auf den Nidus. Allerdings benötigen binokulare Kameras mehr Platz im Bildkanal des Endoskops. Das Xishan-Team wollte einen neuartigen, auf monokularem Sehen basierenden Polarisations-3D-Rekonstruktionsalgorithmus erforschen. Dazu mussten sie Rapid Prototyping und Debugging in Echtzeit in realen endoskopischen Umgebungen auf Basis eines FPGA durchführen. Darüber hinaus mussten sie die Implementierung des Algorithmus in chirurgischen Szenarien basierend auf dem Echtzeit-Hardware-Prototyp optimieren. Die manuelle HDL-Codierung für FPGA-Echtzeit-Prototyping und iteratives Debugging wäre jedoch zeitaufwändig und ineffizient.
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, entschied sich Xishan, die rechnergestützte Bildgebung in das optische System des Geräts zu integrieren. Unter Einsatz von MATLAB® für die Algorithmenentwicklung zusammen mit Simulink® und Vision HDL Toolbox™ zur Modellierung entwickelte das Team über zwei Jahre hinweg verschiedene Bildgebungsalgorithmen. Sie verwendeten HDL Coder™, um automatisch standardisierten und lesbaren Code mit detaillierten Berichten aus MATLAB-Modellen zu generieren. Schließlich wurde Simulink verwendet, um die Modelle der Bildverarbeitungsalgorithmen schnell bereitzustellen.
Der HDL-Workflow für die Bildverarbeitungs-Pipeline kann auf der eingebetteten Hardware bereitgestellt werden. Darüber hinaus unterstützte die computergestützte 3D-Präzisionsbilderzeugung durch ein einfaches optisches System die Erstellung eines Prototyps, die Entwicklung und die Bereitstellung von Bildgebungsalgorithmen auf einem FPGA.
