專利名稱：包于膠囊內(nèi)的相機(jī)及其外部環(huán)境之間的數(shù)據(jù)通信的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于成像胃腸(GI)道的可吞咽膠囊相機(jī)(swallow-ablecapsule camera)。具體地，本發(fā)明涉及通過所述膠囊相機(jī)與其環(huán)境的通信，而不需要傳統(tǒng)的射頻無 線設(shè)備(例如，發(fā)送機(jī)、接收機(jī)或天線)。
背景技術(shù)：
用于成像體腔或在活的有機(jī)體內(nèi)(in vivo)的通道的裝置已眾所周知，且包括內(nèi) 窺鏡(endoscope)和自主包于膠囊內(nèi)的(autonomous encapsulated)相機(jī)。內(nèi)窺鏡是通過 通孔(orifice)或外科手術(shù)開口穿過身體(典型地經(jīng)由口腔穿過食道或者經(jīng)由直腸穿過結(jié) 腸)的柔性或剛性管。使用透鏡在內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)端處拍攝圖像，并且或者通過鏡頭-中繼系 統(tǒng)或者通過相干纖維光學(xué)束將該圖像傳送到身體外的近端。概念上類似的工具可以例如使 用CCD陣列或CMOS陣列電子地記錄該遠(yuǎn)端處的圖像，并且通過線纜將圖像數(shù)據(jù)作為電信號(hào) 傳送到近端。內(nèi)窺鏡允許內(nèi)科醫(yī)生在視場(chǎng)外進(jìn)行控制，它是一種廣為認(rèn)可的診斷工具。然 而，內(nèi)窺鏡有許多限制，對(duì)患者存有風(fēng)險(xiǎn)，并且具有侵入性且使患者不舒服。這些過程的代 價(jià)限制它們作為常規(guī)健康篩查工具進(jìn)行應(yīng)用。由于難以穿越盤旋通道，內(nèi)窺鏡不能到達(dá)大部分小腸，因此需要特殊技術(shù)和預(yù)防 措施(從而會(huì)增加成本)來到達(dá)結(jié)腸整體。內(nèi)窺鏡風(fēng)險(xiǎn)包括被穿越的身體器官的可能穿孔 和麻醉引起的并發(fā)癥。而且，必須在所述過程期間遭受的病痛和健康風(fēng)險(xiǎn)和與麻醉相關(guān)聯(lián) 的手術(shù)后停歇時(shí)間(post-trocedural downtime)之間進(jìn)行折衷。內(nèi)窺鏡是住院病人必需 的服務(wù)，這包括臨床醫(yī)生的大量時(shí)間，因此價(jià)格較貴。解決許多這些問題的在活的有機(jī)體內(nèi)的可替換圖像傳感器是膠囊內(nèi)窺鏡。在膠囊 內(nèi)窺鏡中，將數(shù)碼相機(jī)連同用于將數(shù)據(jù)(主要由數(shù)碼相機(jī)記錄的圖像組成)發(fā)送到基站接 收機(jī)或身體外部的收發(fā)機(jī)和數(shù)據(jù)記錄器的無線電發(fā)送機(jī)一起封裝在可吞咽膠囊中。膠囊也 可以包括用于從基站發(fā)送機(jī)接收指令或其它數(shù)據(jù)的無線電接收機(jī)。取代射頻傳輸，可以使 用低頻電磁信號(hào)。電源可以從外部感應(yīng)器感應(yīng)地提供到膠囊內(nèi)的內(nèi)部感應(yīng)器或者從膠囊內(nèi) 的電池提供。可吞咽膠囊中的相機(jī)的早期示例描述于美國(guó)專利序列號(hào)5，604，531 (授權(quán)給以 色列政府國(guó)防部發(fā)布)中。轉(zhuǎn)讓給Given Imaging公司的大量專利描述了這種系統(tǒng)的更 多細(xì)節(jié)，使用發(fā)送機(jī)將相機(jī)圖像發(fā)送到外部接收機(jī)。示例是美國(guó)專利序列號(hào)6，709，387和 6，428，469。也存在大量描述類似技術(shù)的對(duì)奧林巴斯公司的專利。例如，美國(guó)專利4，278，077 示出了具有用于胃的相機(jī)的膠囊，包括相機(jī)中的膠片。美國(guó)專利6，800，060示出了在原子分辨率存儲(chǔ)器(atomicresolution storage，ARS)裝置中存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的膠囊。具有內(nèi)部電池的自主封裝的相機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)醫(yī)院外不必臥床的患者進(jìn)行測(cè) 量，而僅具有適度的活動(dòng)限制的患者進(jìn)行測(cè)量?；景▏@身體感興趣區(qū)域的天線陣列， 并且該陣列可被臨時(shí)地附著到皮膚或并入到可穿戴的衣物。數(shù)據(jù)記錄器被附著到一條帶子 并且包括電池電源和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，用于保存已記錄圖像和其它數(shù)據(jù)用以隨后上傳到診斷 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。典型的過程包括住院病人上午看病，在上午期間醫(yī)生將基站裝置附著到病人并且該病人吞咽膠囊。系統(tǒng)在吞咽之前剛開始記錄圖像并且記錄GI道的圖像直到它的電池完 全放電為止。蠕動(dòng)推動(dòng)該膠囊通過GI道。通道中的速度取決于運(yùn)動(dòng)力的程度。通常，在4 到8小時(shí)內(nèi)穿過小腸。在指定周期之后，病人將數(shù)據(jù)記錄器返回到醫(yī)生，該醫(yī)生隨后將數(shù)據(jù) 上傳到計(jì)算機(jī)用以隨后的查看和分析。該膠囊及時(shí)穿過直腸并且不必取回。膠囊相機(jī)允許GI道從食道往下直到小腸末端以便整體地成像，盡管它未被優(yōu)化 來檢測(cè)胃的異常。捕獲彩色攝影圖像，從而異常僅需具有細(xì)微視覺可識(shí)別特性即可，而不是 待被檢測(cè)的局部解剖。所述過程是無痛的并且不需要麻醉。膠囊穿過身體相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)是最 小的一當(dāng)然，穿孔的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)于傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡減少許多。由于臨床醫(yī)生時(shí)間和臨床設(shè)施的 需求減少，因此該過程的成本比傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡的成本要少，并且不需要麻醉。隨著膠囊相機(jī)變成用于檢查胃腸道的可行技術(shù)，已經(jīng)出現(xiàn)了各種用于存儲(chǔ)圖像數(shù) 據(jù)的方法。例如，美國(guó)專利4，278，077公開了一種在化學(xué)膠片中存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的膠囊相機(jī)。 美國(guó)專利5，604，531公開了一種通過無線將圖像數(shù)據(jù)傳送到附著到身體或者在病人穿著 的衣物內(nèi)部提供的天線陣列的膠囊相機(jī)。美國(guó)專利6，800, 060公開了一種將圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 在昂貴的原子分辨率存儲(chǔ)(ARS)裝置中的膠囊相機(jī)。所存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)隨后可被下載到工 作站，該工作站通常是用以分析和處理的個(gè)人計(jì)算機(jī)。隨后內(nèi)科醫(yī)生利用易使用的用戶接 口來查看所述結(jié)果。然而，這些方法在數(shù)據(jù)傳輸處理期間都需要物理媒體轉(zhuǎn)換。例如，化學(xué) 膠片上的圖像數(shù)據(jù)必須被轉(zhuǎn)換為可由個(gè)人計(jì)算機(jī)讀取的物理數(shù)字介質(zhì)。通過電磁信號(hào)的無 線傳輸需要通過天線和射頻電子電路的大量處理，以便生成可被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)上的圖像。 而且，ARS裝置中的讀和寫操作依賴于充電粒子束流。使用半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置(不管是易失性還是非易失性)的膠囊相機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn) 能夠與CMOS或CCD圖像傳感器(其中捕獲圖像)和個(gè)人計(jì)算機(jī)(其中可以分析該圖像)兩 者直接接口連接。近年來實(shí)現(xiàn)的高密度和低制造成本使得半導(dǎo)體存儲(chǔ)器對(duì)于膠囊相機(jī)中的 圖像存儲(chǔ)成為最具前途的技術(shù)。根據(jù)摩爾定律(仍舊認(rèn)為有效)，集成電路的密度每24個(gè) 月就翻倍。同時(shí)，CMOS或CCD傳感器分辨率持續(xù)增加，每幾年就加倍。電子工業(yè)的最近發(fā) 展也促進(jìn)了膠囊相機(jī)技術(shù)的發(fā)展。例如，(a)發(fā)光二極管(LED)的尺寸和功率減小促進(jìn)了 LED用作膠囊相機(jī)的光源；(b)新型CMOS圖像傳感器也降低了功率和組件數(shù)；(c)集成電路 的持續(xù)小型化允許在單個(gè)硅襯底上集成許多功能(即，板上系統(tǒng)或“S0C”)，導(dǎo)致尺寸和功 率降低。膠囊相機(jī)制造中要克服的一個(gè)障礙是在膠囊相機(jī)被裝配并封裝在膠囊外殼中之 后要進(jìn)行全面測(cè)試。不僅在制造工藝期間裝配并包裝膠囊相機(jī)之后需要測(cè)試，而且在運(yùn)貨 之后或者在膠囊相機(jī)已被儲(chǔ)藏一段時(shí)間之后也需要測(cè)試。對(duì)于使用板上存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的膠囊 相機(jī)，通常無法通過無線與外部世界通信。無線通信允許測(cè)試命令在測(cè)試條件下被發(fā)送和施加，或者將測(cè)試數(shù)據(jù)從膠囊相機(jī)內(nèi)部提供到外部用以分析。對(duì)于具有無線性能的膠囊相機(jī)，通常僅提供發(fā)送機(jī)，而不提供接收機(jī)，或者僅提供其相應(yīng)的協(xié)議電路或軟件。在膠囊相 機(jī)中包括接收機(jī)將使膠囊相機(jī)設(shè)計(jì)復(fù)雜，增加其尺寸和成本。除了后封裝測(cè)試需求，向膠囊相機(jī)提供接收來自外部的命令、信息和數(shù)據(jù)的能力 會(huì)使能雙向通信和相互作用。該附加性能由于會(huì)增加膠囊相機(jī)的功能、應(yīng)用和靈活性而是 令人期待的。例如，使用這種附加性能，可以更新一些參數(shù)，可以校正錯(cuò)誤，并且可以提高性 能。作為另一個(gè)示例，這種性能允許衛(wèi)生保健從業(yè)者將膠囊相機(jī)編程來檢查特定區(qū)域(例 如，食道、小腸、大腸或者許多區(qū)域的任意組合)并且定制其操作。例如，可以將用于成像食 道的幀速率編程為與用于大腸的幀速率不同的值。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，具有圖像傳感器和發(fā)光系統(tǒng)(例如CMOS圖像傳感器和 LED發(fā)光系統(tǒng))的膠囊相機(jī)使用其圖像傳感器及其發(fā)光系統(tǒng)來與其外部環(huán)境通信，而不會(huì) 招致為傳統(tǒng)的射頻無線通信(例如發(fā)送機(jī)和接收機(jī))進(jìn)行配備的成本。使用膠囊相機(jī)的光 學(xué)系統(tǒng)可以將信息、命令或數(shù)據(jù)接收到膠囊相機(jī)。圖像可以通過例如膠囊相機(jī)的視場(chǎng)中的 靜止物體來展現(xiàn)，以便被圖像傳感器捕獲。對(duì)于通過膠囊相機(jī)使用其圖像傳感器捕獲、識(shí)別 和解碼的特定圖像圖案、連續(xù)圖像圖案或顏色，可以用數(shù)據(jù)來表示。圖像傳感器捕獲圖案或圖案序列作為圖像數(shù)據(jù)，并且將所述圖像數(shù)據(jù)提供給專用 集成電路(ASIC)，該ASIC分析所捕獲的圖像數(shù)據(jù)以便確定接收到的數(shù)據(jù)、命令或信息。在 一個(gè)實(shí)施例中，特定圖案、圖案序列、顏色或顏色圖案被提供用以在圖像中進(jìn)行捕獲。特定 圖案、圖案序列、顏色或顏色圖案編碼命令、數(shù)據(jù)或信息。在另一實(shí)施例中，可以使用圖像序 列中展現(xiàn)的特定強(qiáng)度或強(qiáng)度圖案、或特定強(qiáng)度的不同圖像或強(qiáng)度圖案來編碼命令、數(shù)據(jù)或 fn息ο根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，視頻圖像將命令、數(shù)據(jù)或信息傳送到膠囊相機(jī)。視頻圖 像可以是視場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)或變化物體，以便被圖像傳感器捕獲為視頻圖像。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，可以使用一個(gè)或更多LED來發(fā)信號(hào)至外部并且將數(shù)據(jù) 從膠囊相機(jī)傳送到外部環(huán)境。例如，可以使用特定LED強(qiáng)度來傳送特定命令、信息或數(shù)據(jù)。 可替換地，可以使用LED的特定強(qiáng)度閃爍序列來傳送特定命令、信息或數(shù)據(jù)。在另一實(shí)施例 中，可以共同使用具有不同強(qiáng)度的多個(gè)LED來傳送特定命令集合、信息或數(shù)據(jù)。作為又一個(gè) 示例，可以使用LED的特定強(qiáng)度閃爍序列來傳送特定命令集合、信息或數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，可以使用多個(gè)LED的閃爍序列來傳送特定命令、信息 或數(shù)據(jù)，每個(gè)LED提供不同的強(qiáng)度或顏色、或者強(qiáng)度和顏色的組合。在本發(fā)明的另一實(shí)施例 中，可以使用LED的導(dǎo)通時(shí)間的持續(xù)時(shí)間作為另一變量。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，關(guān)斷時(shí) 間可被用作另一變量。LED可以用于當(dāng)外部源與膠囊相機(jī)之間通信信息時(shí)的通信協(xié)議中。例如，LED信號(hào) 可以用作響應(yīng)于從外部傳送到膠囊相機(jī)的數(shù)據(jù)的確認(rèn)信號(hào)或否認(rèn)信號(hào)。在相反方向上，膠 囊相機(jī)的圖像傳感器可以檢測(cè)響應(yīng)于從膠囊相機(jī)傳送的數(shù)據(jù)的光確認(rèn)或否認(rèn)信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種用于將數(shù)據(jù)傳送到相機(jī)而在該相機(jī)中不需要傳統(tǒng) 的無線傳輸性能的方法包括(a)在相機(jī)的視場(chǎng)中，提供形成圖像的物體，在所述圖像上編碼數(shù)據(jù)；(b)使用相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)來捕獲物體的圖像；和(C)從物體的圖像中恢復(fù)數(shù)據(jù)。所 述數(shù)據(jù)按照在所述物體的一部分或多個(gè)部分上的光學(xué)可檢測(cè)數(shù)量(例如光強(qiáng)度或顏色)被 解碼。所述數(shù)據(jù)可以通過光學(xué)可檢測(cè)的數(shù)量在圖像或其衍生物內(nèi)的分布來運(yùn)送。相機(jī)的視 場(chǎng)可被劃分為多個(gè)子區(qū)域以便允許提供多個(gè)數(shù)據(jù)承載(data bearing)圖像?？梢允褂盟?述圖像的序列來增加能夠以這種方式傳送的數(shù)據(jù)量。另外，可以使用時(shí)間域來創(chuàng)建其它維 數(shù)的數(shù)據(jù)編碼。另外，使用相機(jī)中的一個(gè)或更多發(fā)光裝置能夠提供相反方向的通信。一種 使用是提供響應(yīng)(例如基于所恢復(fù)的數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_認(rèn)或否認(rèn))。通過相機(jī)外部的一 個(gè)或更多光檢測(cè)器可以檢測(cè)相機(jī)的響應(yīng)。使用交互式通信協(xié)議可以執(zhí)行通信。通過在相機(jī) 中提供多個(gè)發(fā)光裝置和在外部提供多個(gè)光檢測(cè)器，系統(tǒng)提供并行數(shù)據(jù)總線，其可以包括管 理總線上的定時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)。所述數(shù)據(jù)可被表示為量化值。 在考慮下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述的情況下，本發(fā)明得以更好地理解。


圖IA示意性示出了在GI道中具有板上存儲(chǔ)器的膠囊相機(jī)01，它示出了體腔中的膠囊。圖IB示意性示出了在GI道中具有發(fā)送機(jī)和天線的膠囊相機(jī)02，它示出了體腔中 的膠囊。圖2A和圖2B是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、在使用靜止圖像的從外部到膠囊相機(jī) 的通信期間膠囊相機(jī)中的信息流的功能方框圖。圖3A和圖3B是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、在使用靜止圖像的從外部到膠囊相機(jī) 的通信期間膠囊相機(jī)中的信息流的功能方框圖。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱D像的一個(gè)示例。圖5示出了其中強(qiáng)度急劇增加的邊緣和強(qiáng)度的導(dǎo)數(shù)(derivative)。圖6A和圖6B示出了條形碼中的單個(gè)條的強(qiáng)度；圖6A示出了暗背景中亮單個(gè)條， 而圖6B示出了亮背景中的暗條。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、其中將命令從外部傳送到膠囊相機(jī)的示例 性通信會(huì)話的流程圖。 圖8是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、當(dāng)外部圖像捕獲裝置41被展現(xiàn)并布置來檢 測(cè)來自照明單元12的照明時(shí)或者當(dāng)來自照明單元12的光在外部圖像41的視場(chǎng)之內(nèi)時(shí)在 膠囊相機(jī)01的操作期間的信息流的功能方框圖。圖9是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、當(dāng)多個(gè)外部圖像捕獲裝置41和N個(gè)照明單 元12被展現(xiàn)并布置成每個(gè)照明單元12或者來自每個(gè)照明單元12的光在一個(gè)或更多外部 圖像捕獲裝置41的視場(chǎng)之內(nèi)時(shí)在膠囊相機(jī)01的操作中的信息流的功能方框圖。圖IOA是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、當(dāng)外部光檢測(cè)器43被展現(xiàn)并布置成照明 單元12或者來自照明單元12的光可能到達(dá)外部光檢測(cè)器43時(shí)在膠囊相機(jī)01的操作期間 的信息流的功能方框圖。圖IOB是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、在使用LED和光檢測(cè)器將數(shù)據(jù)或命令從膠囊 內(nèi)部通信到外部期間的膠囊相機(jī)的信息流的功能流程圖。 圖IlA示出了從第一圖像中的區(qū)域中收集的值和從圖IlB中的第二圖像中收集的值的示例；用以確認(rèn)或者聯(lián)合地提供所發(fā)送的信息。
具體實(shí)施例方式對(duì)于包括板上存儲(chǔ)器(on-board storage)但不包括無線發(fā)送機(jī)的膠囊相機(jī)，或者 對(duì)于具有無線發(fā)送機(jī)但具有從相機(jī)到外部的輔助數(shù)據(jù)傳輸路由的膠囊相機(jī)，可以使用膠囊 相機(jī)內(nèi)的LED將數(shù)據(jù)、命令或信息從膠囊相機(jī)內(nèi)傳送到其外部。而且，膠囊相機(jī)內(nèi)的圖像傳 感器(其能夠捕獲圖像、視頻或兩者)可以解譯處理器中捕獲的圖像或視頻以便確定在其 視場(chǎng)內(nèi)看到的物體是否通信任何數(shù)據(jù)、命令或信息。由于圖像傳感器和LED是膠囊相機(jī)的 慣用組件，因此使用圖像傳感器和LED來通信膠囊相機(jī)與外部之間的信息不會(huì)增加額外的 開銷成本。圖IA示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的身體體腔00內(nèi)的可吞咽膠囊相機(jī)01。體腔00例如可以是結(jié)腸、小腸、食道或胃。膠囊相機(jī)01在身體內(nèi)部時(shí)是完全自主的，其所有元件 被封裝在膠囊外殼10中，該膠囊外殼10提供潮濕屏障，保護(hù)內(nèi)部組件不受體液的影響。膠 囊外殼10是透明的，因此允許來自照明系統(tǒng)12的LED的光穿過膠囊外殼10的壁直到體腔 00壁，并且允許來自體腔00壁的散射光在膠囊內(nèi)被收集并成像。隔板或反射器11被用來 將光導(dǎo)向物體和避免光直接進(jìn)入瞳孔。膠囊外殼10也保護(hù)體腔00不與膠囊外殼10內(nèi)部的 外來材料直接接觸。膠囊外殼10的形狀被提供為使其能夠易于吞咽并且隨后穿過GI道。 通常，膠囊外殼10是無菌的，由無毒材料制成，并且足夠平滑以最小化寄宿體腔的機(jī)會(huì)。如圖IA所示，膠囊相機(jī)01包括照明系統(tǒng)12以及含有光學(xué)系統(tǒng)14和圖像傳感器 16的相機(jī)。圖像傳感器16捕獲的圖像可以通過基于圖像的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器18來處理，該基于 圖像的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器18確定在相機(jī)的光學(xué)視場(chǎng)內(nèi)膠囊相對(duì)于GI道部分是否正在運(yùn)動(dòng)?；?圖像的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器18能夠以在數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或中央處理單元(CPU)上運(yùn)行的軟 件、以硬件或者軟件和硬件的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。可選的基于圖像的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器18可以具有一個(gè) 或更多部分幀緩沖器，在取回膠囊之后，可以提供半導(dǎo)體非易失性檔案存儲(chǔ)器20以便允許 在身體外部的系泊部位(docking station)處恢復(fù)圖像。系統(tǒng)01包括電池電源24和輸出 端口 26。通過蠕動(dòng)可以將膠囊相機(jī)01推動(dòng)穿過GI道。照明系統(tǒng)12可以通過LED來實(shí)現(xiàn)。在圖1中，LED位于相機(jī)的光圈附近，盡管其 它配置是可能的。例如，也可以將光源提供在光圈的后面。也可以使用其它的光源，例如激 光二極管。可替換地，也可以使用白光源或兩個(gè)或更多窄波長(zhǎng)波帶源的組合。白LED是可 用的，該白LED可以包括藍(lán)LED或紫LED，連同被LED光激勵(lì)來發(fā)射更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光的磷光材 料。允許光穿透的膠囊外殼10部分可以由生物兼容玻璃或聚合物制成。光學(xué)系統(tǒng)14可以包括多個(gè)折射型、衍射型或反射型透鏡元件，它在圖像傳感器16 上提供體腔壁的圖像。圖像傳感器16可以通過將接收到的光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號(hào)的電 荷耦合器件(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)型器件來提供。圖像傳感器16可以具 有單色響應(yīng)或包括濾色鏡陣列，從而可以捕獲彩色圖像(例如使用RGB或CYM表示法)。來 自圖像傳感器16的模擬信號(hào)優(yōu)選地被轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式以便允許以數(shù)字形式進(jìn)行處理。這 樣的轉(zhuǎn)換可以使用模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)，該A/D轉(zhuǎn)換器可被提供在傳感器內(nèi)部(就象 當(dāng)前情況一樣)，或者被提供在膠囊外殼10內(nèi)部的另一部分中。A/D單元可被提供在圖像傳 感器16與系統(tǒng)的剩余部分之間。照明系統(tǒng)12中的LED與圖像傳感器16的操作同步。控制模塊22的一個(gè)功能是在圖像捕獲操作期間控制LED。當(dāng)圖像相對(duì)于先前圖像顯示足夠運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊18(如果配備)選擇該圖像進(jìn)行保留，以便節(jié)省可用的有限存儲(chǔ)空間。圖像被存儲(chǔ)在板上檔案存儲(chǔ)器系統(tǒng)20中。 圖IA中所示的輸出端口 26在活的有機(jī)體內(nèi)是不操作的，但是在膠囊穿過身體而被取回之 后將數(shù)據(jù)上傳到工作站。也可以使用運(yùn)動(dòng)檢測(cè)來調(diào)節(jié)圖像捕獲率(即，相機(jī)捕獲圖像的頻 率)。當(dāng)膠囊運(yùn)動(dòng)時(shí)，人們期望增加捕獲率。如果膠囊保持在相同位置，則可以期望不太頻 繁地捕獲圖像以節(jié)省電池能量。圖IB示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的可吞咽膠囊系統(tǒng)02。膠囊系統(tǒng)02可以與圖 IA的膠囊相機(jī)01的構(gòu)造基本相同，除了不再需要檔案存儲(chǔ)器系統(tǒng)20和輸出端口 26。膠囊 系統(tǒng)02還包括都在無線傳輸中使用的通信協(xié)議編碼器27和發(fā)送機(jī)28。因此膠囊01和膠 囊02的基本相同的元件具有相同的附圖標(biāo)記。因此此處不再描述它們的構(gòu)造和功能。通 信協(xié)議編碼器27能夠以在DSP或CPU上運(yùn)行的軟件、硬件或者軟件和硬件的組合來實(shí)現(xiàn)。 發(fā)送機(jī)28包括用于發(fā)送所捕獲的數(shù)字圖像的天線系統(tǒng)。圖IA和IB中的上面示例是具有位于末端沿著縱軸向前或向后看的透鏡的膠囊相 機(jī)。然而，本發(fā)明可應(yīng)用于使用實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)(例如在Capso Vision公司提交的美國(guó)專利 申請(qǐng)序列號(hào)第11/642，275號(hào)和美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)第60/862，973號(hào)中描述的全景光 學(xué)系統(tǒng))的其它方式的方法，其公開了捕獲位于與膠囊相機(jī)的縱軸垂直方向上的物體的圖 像的系統(tǒng)。圖2A是膠囊相機(jī)01的操作期間的信息流的功能方框圖。另外，圖像9在膠囊相 機(jī)01的視場(chǎng)內(nèi)被示出(象征性地)展現(xiàn)給膠囊相機(jī)01。圖像9可以是任何一維(ID)、二 維(2D)或三維(3D)物體，其通過光學(xué)系統(tǒng)14在圖像傳感器16上形成圖像。在膠囊相機(jī) 01中，基于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)電路18(其決定當(dāng)前圖像是否與先前圖像足夠不同)做出的決定，捕獲 一些圖像但是不將其存儲(chǔ)在檔案存儲(chǔ)器20中。如果不認(rèn)為圖像與剛好先前存儲(chǔ)的圖像足 夠不同，則可以丟棄該圖像?？梢蕴峁┹o助傳感器17 (例如pH、熱或壓力傳感器)。來自圖 像傳感器16的數(shù)據(jù)在被圖像處理器/壓縮塊19或輔助傳感器17處理之后，被存儲(chǔ)在檔案 存儲(chǔ)器系統(tǒng)20中?？刂颇K22可以由微處理器、狀態(tài)機(jī)或隨機(jī)邏輯電路或這些電路的任 意組合組成，該控制模塊22控制所述模塊的操作。閃存系統(tǒng)20可以通過一個(gè)或更多非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置來實(shí)現(xiàn)。存在可以使 用的許多存儲(chǔ)器類型；甚至可以使用照相軟片用以圖像感測(cè)和存儲(chǔ)。由于針對(duì)數(shù)字圖像處 理技術(shù)，例如運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，圖像數(shù)據(jù)被數(shù)字化，因此選擇與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可兼容的存儲(chǔ)器技術(shù)。閃 存系統(tǒng)20中的數(shù)據(jù)可以通過輸出端口 26來存取。在圖2A中，在人體內(nèi)部的膠囊相機(jī)01的正常診斷操作期間，通過照明系統(tǒng)12來 提供用于捕獲圖像的發(fā)光。然而，當(dāng)圖像9被提供來將數(shù)據(jù)從外部通信到膠囊相機(jī)01時(shí)， 通過外部環(huán)境來控制和提供發(fā)光，因此可以通過圖像傳感器16來捕獲具有預(yù)定顏色和強(qiáng) 度的圖像，而照明單元12被關(guān)閉或者僅形成總發(fā)光的一部分。圖2B是膠囊相機(jī)01的操作期間的信息流的功能方框圖。另外，圖像9在膠囊相 機(jī)01的視場(chǎng)內(nèi)被示出(象征性地)展現(xiàn)給膠囊相機(jī)02。在膠囊相機(jī)02中，與膠囊相機(jī)01 不同，不存在板上存儲(chǔ)器，但是提供發(fā)送機(jī)28A和天線28B來將數(shù)據(jù)發(fā)送到外部，而不是將 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在閃存中。
圖3A是膠囊相機(jī)01的操作期間的信息流的功能方框圖。圖3A也示出了(象征 性地)在膠囊相機(jī)01的視場(chǎng)內(nèi)展現(xiàn)給膠囊相機(jī)01的視頻8。視頻8可以是由意欲通過光 學(xué)系統(tǒng)14在圖像傳感器16中創(chuàng)建圖像序列的任意1D、2D或3D運(yùn)動(dòng)或變化物體形成的圖 像序列類似地，圖3B是膠囊相機(jī)02的操作期間的信息流的功能方框圖。另外，圖3B也示出了(象征性地)在膠囊相機(jī)01的視場(chǎng)內(nèi)展現(xiàn)給膠囊相機(jī)01的視頻8。視頻8可以是 由意欲通過光學(xué)系統(tǒng)14在圖像傳感器16中創(chuàng)建圖像序列的任意1D、2D或3D運(yùn)動(dòng)或變化 物體形成的圖像序列。在圖3B中，不存在板上存儲(chǔ)器，但是提供發(fā)送機(jī)28A和天線28B來 將數(shù)據(jù)發(fā)送到外部，而不是將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在閃存中。在圖2A、圖2B、圖3A和圖3B的系統(tǒng)中，環(huán)境中的發(fā)光被控制并被提供來展現(xiàn)圖像 9或視頻8以便將數(shù)據(jù)通信到膠囊相機(jī)01或02。形成圖像9或視頻8的圖像、視頻或物體 以預(yù)定方式和位置被放置以實(shí)現(xiàn)期望圖像或膠囊相機(jī)01或02的圖像傳感器16中的圖像。 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)定圖案或圖案序列表示外部與膠囊相機(jī)01或02之間的通信 會(huì)話、標(biāo)題或分隔符(delimiter)的開始。另一圖案或圖案序列表示通信會(huì)話的結(jié)束。隔 板可被用來避免色度亮度干擾(crosstalk)，因此更精確地拾取來自一個(gè)或更多預(yù)期源的 光。圖2A和圖2B中的圖像可以是膠囊相機(jī)視場(chǎng)內(nèi)的靜止物體的圖像。類似地，圖3A 和圖3B中的視頻可以是實(shí)際運(yùn)動(dòng)物體或變化物體的視頻，其提供膠囊相機(jī)的圖像傳感器 中的已知圖像序列。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，變化物體可以是外部的白LED、彩色LED或 其它光源。每個(gè)圖像或圖像序列代表所傳送的信息。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的 用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱D像的一個(gè)示例。如圖4所示，在圖像400中，圖像區(qū)域被劃分為許多子區(qū) 域401-406。每個(gè)區(qū)域中的像素強(qiáng)度對(duì)η位數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼(假設(shè)膠囊相機(jī)的圖像傳感器具 有η位強(qiáng)度分辨率)。使用顏色，可以將所傳送的數(shù)據(jù)量進(jìn)一步增加多倍。所傳送的信息量 取決于可在膠囊相機(jī)的視場(chǎng)中展現(xiàn)的子區(qū)域的數(shù)目，其依次取決于傳感器像素大小、傳感 器分辨率和可以放置在傳感器視場(chǎng)中的外部圖案的精確度。盡管圖4中示出為矩形，但是 子區(qū)域401-406可以是任何期望的形狀。在圖4的子區(qū)域401-406的情況下，用來傳送信 息的數(shù)據(jù)可以是平均的單獨(dú)像素強(qiáng)度或顏色、和如圖5中所示的邊緣差。圖5示出了(a) 光強(qiáng)度急劇增加(在χ方向上)所穿過的邊緣和(b)光強(qiáng)度沿χ方向的導(dǎo)數(shù)?？商鎿Q地， 也可以使用局部最小或最大的光強(qiáng)度，例如圖6所示。在圖像傳感器中創(chuàng)建最大值和最小值的一種方式是在相機(jī)的視場(chǎng)中具有數(shù)個(gè)LED 和黑物體。由于膠囊相機(jī)與外部之間的通信優(yōu)選地為雙向的，因此將數(shù)據(jù)、命令或信息從膠 囊相機(jī)傳送到外部的一種方法是使用相機(jī)的LED。在這種方法下，外部光檢測(cè)器或傳感器 感測(cè)LED光強(qiáng)度。當(dāng)外部LED有效時(shí)，一個(gè)或更多外部圖像傳感器應(yīng)當(dāng)被禁止來捕獲數(shù)據(jù)。 可替換地，在所述時(shí)間期間捕獲的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)被接受為從膠囊相機(jī)傳送到外部的數(shù)據(jù)。在本 發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用隔板來阻擋色度亮度干擾，以便使能同時(shí)雙工傳輸。在本發(fā)明的 另一實(shí)施例中，外部LED的光強(qiáng)度或其導(dǎo)數(shù)(例如光強(qiáng)度最小值或最大值)對(duì)外部圖像傳 感器或光檢測(cè)器的影響被減去以便確定從膠囊相機(jī)的LED傳送實(shí)際的影響。圖5示出了光強(qiáng)度在χ方向上急劇增加所在的邊緣的示例。膠囊相機(jī)的圖像傳 感器檢測(cè)從外部LED傳送的數(shù)據(jù)、信息或命令以及強(qiáng)度的相應(yīng)導(dǎo)數(shù)。邊緣高度05 ( "delta05”)表示所傳送的數(shù)據(jù)、命令或信息。在一個(gè)實(shí)施例中，取代delta 05的大小，取決于邊緣高度落入的數(shù)個(gè)范圍之一，邊緣高度可被量化為數(shù)個(gè)離散值之一。每個(gè)離散值表示所傳 送的數(shù)據(jù)、命令或信息中的至少一部分。由于用于通信的環(huán)境和設(shè)施并不具有無限的精度， 并且由于可能存在膠囊相機(jī)彼此的差異，因此可以使用一個(gè)范圍(而不是精確的數(shù)值)來 表示數(shù)據(jù)、命令或信息。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，測(cè)量值(例如強(qiáng)度、或強(qiáng)度的導(dǎo)數(shù)，例如最大值)的一 個(gè)范圍表示具體數(shù)據(jù)、命令或信息的至少一部分。測(cè)量范圍在值方面彼此分離，以便避免由 于通信環(huán)境中的噪聲或者裝置到裝置差異引起的誤差。如圖5所示，導(dǎo)數(shù)“id 02”可被用 作另一形式以表示數(shù)據(jù)、命令或信息中的至少一部分。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)滿足下 列條件時(shí)識(shí)別所表示的數(shù)據(jù)、命令或信息dl =< delta 05 =< dh和idl =< id 02 =< idh圖6A和圖6B示出了條形碼中的單個(gè)條的強(qiáng)度；圖6A示出了暗背景中的亮單個(gè) 條；而圖6B示出了亮背景中的暗條。除了它們的大小，圖6A中的dl06和d207以及圖6B 中的dl03和d204的極性(即，遞增或遞減強(qiáng)度的方向)也被用來表示附加信息。因此，圖 5和圖6圖示了可被用來使用相機(jī)的圖像傳感器并且利用預(yù)定圖案或物體的優(yōu)勢(shì)通過將所 述圖案或物體放置在相機(jī)的視場(chǎng)中將信息通信到膠囊相機(jī)的兩種方法。其它方法包括例如 子區(qū)域內(nèi)的簡(jiǎn)單平均光強(qiáng)度值或彩色圖案。健壯通信實(shí)踐(例如信道編碼、標(biāo)題信息、檢錯(cuò)和糾錯(cuò)、冗余位、開始、結(jié)束和確認(rèn) 信息)都可以通過其LED從膠囊相機(jī)傳送到外部以及通過膠囊相機(jī)的圖像傳感器從外部傳 送到膠囊相機(jī)。在從外部到膠囊相機(jī)的傳輸期間，相機(jī)的LED可被用來將確認(rèn)或未確認(rèn)信 息從膠囊相機(jī)發(fā)送回外部。類似地，膠囊相機(jī)的圖像傳感器可被用來響應(yīng)于從膠囊相機(jī)傳 送的數(shù)據(jù)接收從外部到膠囊相機(jī)的確認(rèn)或未確認(rèn)信息。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、其中將命令從外部傳送到膠囊相機(jī)的示例 性通信會(huì)話的流程圖。在捕獲圖像之后(步驟35)，圖像傳感器16將所捕獲的圖像數(shù)據(jù)發(fā) 送到圖像處理器19用以分析(步驟38)，以便檢測(cè)任何期望的預(yù)定義的圖案。如果圖像數(shù) 據(jù)不包含預(yù)定義的圖案，則膠囊相機(jī)在步驟37繼續(xù)它的正常操作。在通信會(huì)話期間，可以傳送比其它數(shù)據(jù)或信息更關(guān)鍵的數(shù)據(jù)和信息(例如確認(rèn)協(xié) 議或標(biāo)題)。僅能容忍低錯(cuò)誤率的所述數(shù)據(jù)或信息可以利用下列條件被傳送(a)幾乎不可 能的圖像圖案組合(即，圖像圖案組合被設(shè)計(jì)成使得膠囊相機(jī)在正常操作下遇到的圖像圖 案不能具有混亂)；(b)空間域中的高冗余、檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)域可被用來利用在不同時(shí)間點(diǎn)提供的圖案(請(qǐng)參考 例如步驟31)來降低錯(cuò)誤率。根據(jù)另一實(shí)施例，圖像圖案根據(jù)預(yù)定的規(guī)則可以在不同時(shí)間 變化。在需要數(shù)個(gè)圖像來完成數(shù)據(jù)的傳輸?shù)那闆r下，一個(gè)時(shí)間間隔(例如步驟32)分離期 望的圖案。所述時(shí)間間隔允許通信設(shè)置來替換在下一膠囊相機(jī)曝光之前的圖像和所拍攝的 圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，如果下一期望的圖像或圖案未被示出在時(shí)間間隔之內(nèi)，則發(fā)生超時(shí) 事件，要求重新開始通信會(huì)話(圖7中未示出)。對(duì)于關(guān)鍵事件(例如，關(guān)鍵命令、傳輸?shù)拈_始或會(huì)話的結(jié)束)，可以交互式地執(zhí)行多次傳輸/確認(rèn)交易(步驟31或33)，以便確保通信中的健壯性。例如，當(dāng)通過膠囊相機(jī) 的圖像傳感器檢測(cè)到來自外部的命令或開始圖案或開始圖案序列時(shí)，相機(jī)的LED以預(yù)定的 方式通過一個(gè)或更多閃爍(flash)來提供確認(rèn)(步驟33)。在接收來自相機(jī)的LED的確認(rèn) 之后，可以發(fā)送另一開始圖案或圖案序列(步驟34)。該新的圖案或圖案序列可能不同于 先前的圖案或圖案序列。相機(jī)的LED可以使用例如不同的LED圖案或圖案序列來再次確認(rèn) (步驟33)。因此，可以使用多層協(xié)議來開始會(huì)話以及提供相應(yīng)的確認(rèn)。所述協(xié)議不僅可被 用于命令或者用于通信傳輸?shù)拈_始；它可被用以任何命令或數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)從膠囊相機(jī)傳送 到外部時(shí)，如圖8-10中所示，也可以使用所述協(xié)議。圖8是示出當(dāng)外部圖像捕獲裝置41被展現(xiàn)并布置來檢測(cè)來自照明單元12的照明 時(shí)或者當(dāng)來自照明單元12的光在外部圖像41的視場(chǎng)之內(nèi)時(shí)在膠囊相機(jī)01的操作期間的 信息流的功能方框圖。由外部圖像捕獲裝置41從膠囊相機(jī)接收到的圖像數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)送到處 理器(未示出)用以解釋。從膠囊相機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)可以通過光強(qiáng)度、顏色或者它們的變化 連同膠囊相機(jī)的照明單元12的照明時(shí)間一起而被編碼?？刂颇K22可以由微處理器、狀 態(tài)機(jī)或隨機(jī)邏輯電路或者這些電路的任意組合組成，該控制模塊22控制照明單元12的操 作?？刂颇K22可以基于閃存20中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)來控制照明單元12。在圖8中，在膠囊相 機(jī)與外部圖像捕獲裝置41之間的通信期間環(huán)境中的發(fā)光條件受到控制。例如，以使得在外 部圖像捕獲裝置41中的圖像傳感器上實(shí)現(xiàn)已知的預(yù)定期望信號(hào)電平的方式提供外部圖像 捕獲裝置41相對(duì)于膠囊相機(jī)01的位置和方位。圖9是示出當(dāng)多個(gè)外部圖像捕獲裝置41和N個(gè)照明單元12被展現(xiàn)并布置成使得 每個(gè)照明單元12或者來自每個(gè)照明單元12的光在一個(gè)或更多外部圖像捕獲裝置41的視 場(chǎng)之內(nèi)時(shí)在膠囊相機(jī)01的操作中的信息 流的功能方框圖。將來自每個(gè)外部圖像捕獲裝置 41的數(shù)據(jù)提供給處理器(未示出)用以處理。從膠囊相機(jī)01發(fā)送到外部捕獲裝置41的 信息可以通過光強(qiáng)度、顏色或者它們的變化連同照明時(shí)間一起而被編碼?？刂颇K22可以 由微處理器、狀態(tài)機(jī)或隨機(jī)邏輯電路或者這些電路的任意組合組成，該控制模塊22控制每 個(gè)照明單元12的操作?？刂颇K22可以基于閃存20中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)來控制照明單元12。 外部圖像捕獲裝置41的數(shù)目不必等于內(nèi)部照明單元12的數(shù)目。而且，可以使用一個(gè)或更 多處理器來分析和解碼由照明單元12發(fā)送到外部圖像捕獲裝置41的信息。在一個(gè)實(shí)施例 中，可以使用隔板來避免色度亮度干擾，因此來自照明單元12的光可以在外部圖像捕獲裝 置41處得以更精確地檢測(cè)。此上討論的涉及圖5到圖8的協(xié)議和方法的技術(shù)同樣可應(yīng)用于每個(gè)照明單元12 和每個(gè)圖像捕獲裝置41。在圖9的結(jié)構(gòu)中，不同的LED強(qiáng)度可以表示不同的數(shù)據(jù)值。例如， 圖9的照明單元12中用于發(fā)送數(shù)據(jù)的N個(gè)LED可被組織來形成N位寬的總線。也可以從 這些N個(gè)LED中布置LED強(qiáng)度的組合來表示一個(gè)值或值集合。而且，一個(gè)或更多LED可以 改變它們的強(qiáng)度來表示一個(gè)值或值集合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以使用一個(gè)LED來提供時(shí)鐘信號(hào)。每個(gè)LED可以具 有數(shù)個(gè)信號(hào)電平，因此可以表示不止一個(gè)位。因此，當(dāng)使用兩個(gè)或更多LED時(shí)，許多強(qiáng)度組 合可用于表示許多可能的數(shù)據(jù)值。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用一個(gè)或更多LED來提供時(shí)鐘 信號(hào)。在另一實(shí)施例中，可以使用該時(shí)鐘信號(hào)而不是操作100%時(shí)間的專用時(shí)鐘信號(hào)來不時(shí) 地在膠囊相機(jī)與外部世界之間同步。提供臨時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)允許LED的帶寬不被時(shí)鐘信號(hào)功能完全消耗。例如，系統(tǒng)可能足夠精確來每微秒IO6-I次發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，但是每IO6次定 時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部和定時(shí)系統(tǒng)外部的累積錯(cuò)誤可能需要同步來確保下一 IO6-I個(gè)交易被正確地處 理。因此，LED時(shí)鐘信號(hào)僅花費(fèi)其帶寬的1/106來執(zhí)行時(shí)鐘功能。這種技術(shù)可用于通信中的 兩個(gè)方向。圖IOA是示出膠囊相機(jī)01的操作期間的信息流的功能方框圖。另外，外部光檢測(cè) 器43被放置用于檢測(cè)來自照明單元12的光。將外部光檢測(cè)器43接收到的數(shù)據(jù)提供給處 理器45，以便解碼從膠囊相機(jī)01發(fā)送的信息?？梢酝ㄟ^強(qiáng)度、顏色或它們的變化連同照明 單元12的照明時(shí)間來編碼數(shù)據(jù)?？刂颇K22可以由微處理器、狀態(tài)機(jī)或隨機(jī)邏輯電路或 這些電路的任意組合組成，該控制模塊22控制照明單元12的操作?？刂颇K12可以基于 閃存20中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)來控制照明單元12。
在圖IOB中是示出膠囊相機(jī)01的操作期間的信息流的功能方框圖。另外，光電二 極管48用于檢測(cè)照明單元12，或者來自照明單元12的光可以到達(dá)光電二極管48。與圖 IOA不同，光電二極管48-不是光檢測(cè)器43-用作光檢測(cè)器。來自光電二極管48的信號(hào) (例如電流)被發(fā)送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器47，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器依次將數(shù)據(jù)傳送到外部處理單元45，在 該外部處理單元45中解碼由照明單元12發(fā)送的命令、信息或數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施 例中，處理單元45具有數(shù)字積分器來測(cè)量接收到的總光量。在另一實(shí)施例中，可以使用模 擬積分器來測(cè)量接收到的總光量。外部圖像或視頻捕獲裝置41 (圖8)以及光檢測(cè)器43和47 (圖IOA和圖10B)可 以與外部圖像、視頻、光源8和9(圖2A、2B、3A和3B)共同存在，以便允許膠囊相機(jī)及其環(huán) 境之間的雙工或半雙工數(shù)據(jù)通信。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，圖像8以及視頻9都不占據(jù) 膠囊相機(jī)的整個(gè)視場(chǎng)，因此外部圖像或視頻捕獲裝置41、光檢測(cè)器43或47可位于相同視場(chǎng) 中。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)外部圖像或視頻捕獲裝置41、或光檢測(cè)器43或47在相同視場(chǎng)內(nèi) 時(shí)，外部LED或者其它光源以它的光可被膠囊相機(jī)01中的圖像傳感器16檢測(cè)的方式被用 在膠囊相機(jī)視場(chǎng)的外部。在一個(gè)實(shí)施例中，由于LED的光被設(shè)計(jì)成覆蓋膠囊相機(jī)01外部的 某些區(qū)域，因此來自膠囊相機(jī)的照明單元12中的LED的光被外部圖像或視頻捕獲裝置41、 或光檢測(cè)器43或47 (位于膠囊相機(jī)01的視場(chǎng)的外部)檢測(cè)到。為了降低光源之間的色度 亮度干擾，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜我环较蛏峡梢允褂酶舭?。如上所討論的，在膠囊相機(jī)和外部設(shè)置之間的通信會(huì)話期間，所傳送的一些數(shù)據(jù) 或信息(例如確認(rèn)和標(biāo)題)被認(rèn)為比其它數(shù)據(jù)或信息更關(guān)鍵。這樣的數(shù)據(jù)或信息要求低錯(cuò) 誤率，因此它們可以使用幾乎不太可能的圖像圖案來進(jìn)行傳輸，具備冗余和檢錯(cuò)以及空間 域中校正的高開銷。在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)間域冗余可被用來降低錯(cuò)誤率。在另一實(shí)施例中， 圖案可以在不同時(shí)間改變，不同時(shí)間處的兩個(gè)圖像被預(yù)定關(guān)系來管理以便提供冗余。圖IlA和圖IlB圖示了其中從兩個(gè)不同時(shí)間處的兩個(gè)圖像衍生的兩個(gè)圖像矩陣的 示例。圖像矩陣的每個(gè)項(xiàng)是16個(gè)子區(qū)域的相應(yīng)一個(gè)內(nèi)的像素平均值(通過比較，圖4示出 了具有3X2個(gè)子區(qū)域的圖像)。如圖IlA和圖IlB所示，這些矩陣的左半部上的子區(qū)域的 值在圖IlB中比圖IlA中的相應(yīng)值大10。類似地，在這些矩陣的右半部上，圖IlB中的值比 圖IlA中的相應(yīng)項(xiàng)小20。在一個(gè)實(shí)施例中，可以交換數(shù)據(jù)的位置。在另一實(shí)施例中，一頁(yè)上 的圖像數(shù)據(jù)是每個(gè)對(duì)應(yīng)于光強(qiáng)度的數(shù)個(gè)范圍之一的量化值。在一個(gè)實(shí)施例中，圖像(或者 圖像序列)之間的時(shí)間可以是特定時(shí)間范圍，在所述時(shí)間范圍內(nèi)可以在檢測(cè)第一圖像之后檢測(cè)第二圖像，具有或不具有超時(shí)功能。這些考慮可應(yīng)用于雙向通信。如上所討論的，將值范圍內(nèi)的一個(gè)值量化為單個(gè)離散數(shù)據(jù)值優(yōu)越于將那個(gè)值提供 為精確的單個(gè)值，因?yàn)闇y(cè)試環(huán)境中的發(fā)光精度、精確的物體形狀和顏色以及膠囊相機(jī)的位 置不能被高精度地控制。傳感器逐個(gè)膜芯(die)內(nèi)的像素而變化，逐個(gè)膜芯而變化，逐個(gè)晶 片而變化以及逐堆(lot)而變化；這些變化中的任一個(gè)可以歸因于所捕獲的值的偏差。在 一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于更大值，所述范圍更大。所傳送的數(shù)據(jù)或信息可以通過像素值或者從像素值中衍生的數(shù)據(jù)(例如，像素值 的平均值或差值)來表示。例如，遞增值或遞減值可以通過沿著給定方向在光強(qiáng)度中的跳 躍或突變下降來表示，其可以使用邊緣檢測(cè)方法來讀取，例如由圖5中所示的delta 05以 及圖6中的03、04、06、07來圖示。可替換地，數(shù)據(jù)可以通過在兩個(gè)不同位置處或在不同時(shí) 間處的光學(xué)可測(cè)量的數(shù)量之間的差、或者通過在兩個(gè)或更多位置處的光學(xué)可測(cè)量的數(shù)量之 間的算術(shù)或邏輯關(guān)系來表示。在一個(gè)實(shí)施例中，所傳送的數(shù)據(jù)根據(jù)打算要通信的編碼和數(shù)據(jù)之間的預(yù)定表格或 關(guān)系而編碼。所述表格或關(guān)系可以是時(shí)變的，或者從一種圖案或圖像變化為一系列圖案或 圖像中的下一個(gè)。在一個(gè)實(shí)施例中，使用在后一時(shí)間傳送的圖像或圖案來確認(rèn)在后一時(shí)間 傳送的圖像和圖案。在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)和表示該數(shù)據(jù)的代碼具有不同的位數(shù)。在一個(gè) 實(shí)施例中，數(shù)據(jù)由具有唯一值集合的代碼表示。為了高效率地通信數(shù)據(jù)，更頻繁發(fā)生的數(shù)據(jù) 或數(shù)據(jù)集合可以通過具有比表示不太頻繁發(fā)生的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)集合的代碼更少位數(shù)的代碼 來表示。在一個(gè)實(shí)施例中，用于解碼數(shù)據(jù)的表格或關(guān)系取決于表示一系列圖案或圖像內(nèi)的 數(shù)據(jù)的圖案的位置、圖像或時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)從在兩個(gè)位置、時(shí)間或位置和時(shí)間的組合處的值衍生的值來表示數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，表格或關(guān)系根據(jù)日期、用戶ID、口令 或其它信息而變化。上面詳細(xì)的描述被提供來圖示本發(fā)明的特定實(shí)施例，而不意欲進(jìn)行限制。在本發(fā) 明的范疇之內(nèi)的許多變化和修改是可能的。本發(fā)明如所附權(quán)利要求所闡述。
權(quán)利要求
一種將數(shù)據(jù)或命令傳送到相機(jī)的方法，包括在相機(jī)的視場(chǎng)中，提供形成圖像的物體，在所述圖像上編碼數(shù)據(jù)；使用相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)來捕獲物體的圖像；和從物體的圖像中恢復(fù)數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中所述數(shù)據(jù)按照物體的一部分或多個(gè)部分中的光學(xué)可檢測(cè) 的數(shù)量被解碼。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中所述光學(xué)可檢測(cè)的數(shù)量包括下列中的一個(gè)或更多光強(qiáng) 度和顏色。
4.如權(quán)利要求2的方法，其中所述恢復(fù)數(shù)據(jù)包括分析所述光學(xué)可檢測(cè)的數(shù)量在圖像 內(nèi)的分布。
5.如權(quán)利要求2的方法，其中所述恢復(fù)數(shù)據(jù)包括分析所述光學(xué)可檢測(cè)的數(shù)量在圖像 內(nèi)的分布的變化。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中所述物體是圖案。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中所述物體被放置在相機(jī)視場(chǎng)的預(yù)定位置處。
8.如權(quán)利要求5的方法，其中所述預(yù)定位置在相機(jī)視場(chǎng)的多個(gè)預(yù)定區(qū)域之一內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1的方法，還包括在預(yù)定時(shí)間間隔之后捕獲第二圖像。
10.如權(quán)利要求9的方法，還包括在所述預(yù)定時(shí)間間隔期間移動(dòng)物體。
11.如權(quán)利要求9的方法，還包括在所述預(yù)定時(shí)間間隔期間改變物體。
12.如權(quán)利要求11的方法，其中所述數(shù)據(jù)按照物體的一部分或多個(gè)部分中的光學(xué)可檢 測(cè)的數(shù)量被編碼。
13.如權(quán)利要求12的方法，其中所述光學(xué)可檢測(cè)數(shù)量包括下列中的一個(gè)或更多光強(qiáng) 度和顏色。
14.如權(quán)利要求12的方法，其中所述恢復(fù)數(shù)據(jù)包括分析光學(xué)可檢測(cè)的數(shù)量在圖像內(nèi) 的分布。
15.如權(quán)利要求12的方法，其中所述恢復(fù)數(shù)據(jù)包括分析光學(xué)可檢測(cè)的數(shù)量在圖像內(nèi) 的分布的變化。
16.如權(quán)利要求1的方法，其中所傳送的數(shù)據(jù)包括下列中的一個(gè)或更多命令、數(shù)據(jù)或fn息ο
17.如權(quán)利要求19的方法，還包括控制對(duì)物體的照明。
18.如權(quán)利要求17的方法，還包括基于所恢復(fù)的數(shù)據(jù)，使用相機(jī)中的一個(gè)或更多發(fā)光 裝置來指示對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻憫?yīng)。
19.如權(quán)利要求18的方法，其中所述發(fā)光裝置被提供來將數(shù)據(jù)從相機(jī)傳送到外部。
20.如權(quán)利要求18的方法，還包括使用相機(jī)外部的一個(gè)或更多光檢測(cè)器檢測(cè)來自相 機(jī)的發(fā)光裝置的光。
21.如權(quán)利要求20的方法，其中每個(gè)光檢測(cè)器包括光電二極管和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
22.如權(quán)利要求20的方法，其中所述光檢測(cè)器被放置在相機(jī)的視場(chǎng)的外部。
23.如權(quán)利要求20的方法，其中與相機(jī)的通信通過交互式通信協(xié)議來管理。
24.如權(quán)利要求20的方法，其中所述發(fā)光裝置提供并行數(shù)據(jù)總線。
25.如權(quán)利要求24的方法，其中所述發(fā)光裝置之一提供時(shí)鐘信號(hào)。
26.如權(quán)利要求1的方法，其中所述數(shù)據(jù)表示量化的值。
全文摘要
一種用于將數(shù)據(jù)傳送到相機(jī)而在該相機(jī)內(nèi)不需要傳統(tǒng)的無線傳輸性能的方法，包括(a)在相機(jī)的視場(chǎng)中，提供形成圖像的物體，在所述圖像上編碼數(shù)據(jù)；(b)使用相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)來捕獲物體的圖像；和(c)從物體的圖像中恢復(fù)數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)按照物體的一部分或多部分中的光學(xué)可檢測(cè)的數(shù)量(例如光強(qiáng)度或顏色)或圖案而被編碼。所述數(shù)據(jù)可以通過光學(xué)可檢測(cè)的數(shù)量在所述圖像或其衍生物內(nèi)的分布來獲得。相機(jī)的視場(chǎng)可被劃分為多個(gè)子區(qū)域以便允許提供多個(gè)數(shù)據(jù)方位圖像?？梢允褂眠@樣的圖像的序列來增加能夠以這種方式傳送的數(shù)據(jù)量。
文檔編號(hào)G03B41/00GK101802708SQ200880106599
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者丘恩-塔·李, 王康懷 申請(qǐng)人:卡普索影像股份有限公司