一种图像采集与处理系统、方法以及存储介质

技术领域

本发明涉及内窥镜图像采集技术领域，具体涉及一种图像采集与处理系统、方法以及存储介质。

背景技术

医疗内窥镜是一种常用的医疗器械，它主要通过人体的天然通道或手术形成的小切口进入人体器官内部，如肺部的气管、支气管、胃部、十二指肠、泌尿系统的肾盂等，从而辅助医生对患者进行更准确的诊断和诊疗。由于人体器官腔道尺寸范围较大，一些小的腔道只有超细内窥镜才可以进入,比如支气管、肾、胆囊等，通往这些器官的通道非常小，要求对应的内窥镜直径必须达到超细标准。

其中电子内窥镜是以图像传感器和图像处理器为核心的新型内窥镜，电子内窥镜的直径大小很大程度上受到图像传感器尺寸大小的限制。目前基于CMOS的超小尺寸图像传感器，主要由豪威科技控制，基本形成垄断，价格昂贵，其图像传感器还需要配合私有的AD转换芯片配套使用，基于该图像传感器设计的医疗内窥镜，成本一直高居不下，给普通病患带来了巨大的经济压力。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是现有基于CMOS的电子内窥镜存在价格昂贵的技术问题。

根据第一方面，一种实施例中提供一种图像采集与处理系统，包括：图像采集模组、桥接处理模块以及图像处理模块；

图像采集模组包括图像传感器；图像传感器具有SPI接口，用于采集待采集区域的第一图像，通过SPI接口向桥接处理模块发送串行图像信号；串行图像信号为数字信号，串行图像信号包括第一图像对应的第一数据；

桥接处理模块具有SPI接口以及DVP接口，用于获取串行图像信号并进行处理，得到并行图像信号，通过DVP接口将并行图像信号发送至图像处理模块；并行图像信号为数字信号，并行图像信号包括第一图像对应的第一数据；

图像处理模块具有DVP接口，用于控制图像传感器工作，获取并行图像信号，对第一图像进行处理，调整第一图像的分辨率、色彩、亮度、锐度以及对比度中的至少一项，以提高第一图像的图像质量。

根据第二方面，一种实施例中提供一种图像采集与处理方法，包括：

对待采集区域进行第一图像采集，得到第一图像对应的串行图像信号，串行图像信号通过图像传感器的SPI接口输出，串行图像信号为数字信号，串行图像信号包括第一图像对应的第一数据；

获取串行图像信号并进行处理，得到并行图像信号，并行图像信号通过DVP接口输出；并行图像信号为数字信号，并行图像信号包括第一图像对应的第一数据；

获取并行图像信号，对第一图像进行处理，调整第一图像的分辨率、色彩、亮度、锐度以及对比度中的至少一项，以提高第一图像的图像质量。

根据第三方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，介质上存储有程序，程序能够被处理器执行以实现如第二方面所描述的测量方法。

依据上述实施例的图像采集与处理系统、方法以及存储介质，通过采用SPI接口的图像传感器，可以满足在内窥镜应用中的小尺寸要求，通过桥接处理模块可以将串行信号转变为并行信号，以使得图像处理模块可以实时处理图像传感器采集的图像信息，并进行图像处理提高图像质量，最终使得，以成本较低、没有技术限制的图像处理器以及桥接处理模块，实现了高质量的图像获取，满足内窥镜的应用需求。

附图说明

图1为现有的超细内窥镜中使用的图像采集系统的结构示意图；

图2为本申请一种实施例提供的图像采集与处理系统的结构示意图(一)；

图3为本申请一种实施例提供的图像采集模组的结构示意图；

图4为本申请一种实施例提供的图像采集与处理系统的结构示意图(二)；

图5为本申请一种实施例提供的图像采集与处理方法的流程图(一)；

图6为本申请一种实施例提供的图像采集与处理方法的流程图(二)；

图7为本申请一种实施例提供的对第一图像进行处理的流程图。

附图标记：10-图像采集模组，100-图像传感器；11-外壳；111-第一安装槽；112-第一窗口；20-桥接处理模块；30-图像处理模块。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

目前在超细内窥镜领域，实现方案主要有2种：一种是利用光导纤维的全反射原理而设计的光纤式医疗内窥镜，每一根光纤都可以看成是一个像素点，当一束有序排列的光纤成像时，就可以形成一幅完整的组织内部图像，故影响这种光纤式内窥镜直径的主要因素是每一根光纤丝的单丝直径，目前在制造工艺国内外差距并不明显，日本的奥林巴斯、富士、宾得等国际内窥镜三巨头均有生产该类光纤式超细内窥镜，并能满足大部分临床需求。但这种光纤式内窥镜在实际使用时难以装配，且光纤易损耗和断丝，导致基于光纤式的内窥镜价格很高，同时在仿真环境下设计的光学性能和指标很难实际实现，导致光纤式内窥镜的设计与成品之间差异较大，基于这些缺点，光纤式内窥镜的发展受限。

另一种是电子内窥镜，它是以图像传感器和图像处理器为核心的新型内窥镜，电子内窥镜的直径大小很大程度上受到图像传感器尺寸大小的限制。而图像传感器又被分为两大阵营，基于CCD和基于CMOS的两种技术。

在基于CCD的图像传感器领域，日本的奥林巴斯和富士等掌握着先进的技术，针对超小尺寸的CCD图像传感器，他们一般不对外销售，即使有允许定制部分也价格昂贵，技术更是完全保密。于是全球市场除日本外，在超小尺寸图像传感器领域，技术路线只剩下CMOS。而目前基于CMOS的超小尺寸图像传感器，主要由豪威科技(OV)控制，基本形成技术垄断，价格昂贵，其图像传感器还需要配合私有的AD转换芯片配套使用，基于该图像传感器设计的医疗内窥镜，成本偏高。

如图1中的(A)与(B)所示，针对超细医疗内窥镜市场，目前市面上普遍采用的技术方案有如下几种。其中，图像传感器选用豪威科技的OV6946/OV6948/OV6930系列，这些图像传感器的尺寸均小于等于1/18英寸，满足了针对超细内窥镜领域的小直径需求(小于或等于1/15英寸)。由于这些图形传感器被限制为输出私有模拟视频信号，需要采用该公司采用私有的AD转换芯片(如OV426系列)进行模数转换，得到开放的数字DVP信号。对于数字DVP信号，可以如图1中的(A)所示，采用FPGA芯片执行ISP算法进行图像处理，或者是如图1中的(B)所示，采用ASIC芯片内置的ISP芯片进行图像处理。具体如何处理，需要用户自己编程图像处理方法。

采用如图1中的(A)与(B)所示的技术方案，有如下几个缺点：

a.图像质量方面：由于视频信号从图像传感器输出时就是模拟视频信号，而模拟信号无论是传感器内部还是在传输过程中都极易受到外界信号的不同程度的干扰，从而产生波纹与噪点，从而影响最终的图像质量。

b.成本方面：该类图像传感器的视频信号为私有协议，无法使用市面上的通用解码芯片进行解码，需要绑定OV厂商自身的解码芯片进行采集和解码，进一步增加了芯片因垄断而带来的价格昂贵的风险。在针对医疗内窥镜市场的超小尺寸传感器领域，豪威科技的上述图像传感器几乎处于垄断地位，导致其价格居高不下，同时需要和图像传感器的配套解码芯片一起工作，导致解码芯片价格奇高，故此种方案设计的产品，成本会异常的高。

如图1中(C)所示，考虑到成本问题，可以采用输出CVBS通用视频协议信号的图像传感器(如OV6922/OV6920之类)，此种方案的好处是图像传感器输出信号为标准协议CVBS，市场上任意支持该视频接口的芯片均可采集和解码，但该方案的主要缺点如下：

1.引入一个新的尺寸问题，该类图像传感器的尺寸偏大，芯片实际封装尺寸已大于1/15英寸，不能完全满足超细医疗内窥镜对直径的需求。

2.该视频信号为模拟信号，仍然存在方案1中提到的信号干扰问题，对图像质量的影响较大。

3.该图像传感器芯片价格仍然在几美金以上，如果在一次性使用内窥镜场景下，该成本仍然偏高。

本申请实施例中，通过采用开放非私有的、具有SPI接口的图像采集模组10，配合桥接处理模块20，克服现有CMOS传感器在内窥镜领域的技术壁垒，实现低延时图像采集模和能够满足临床图像质量需求，同时解决成本昂贵的问题。尤其适合应用于一次性使用的内窥镜场景，这是由于一些检测项目的特殊，内窥镜镜头不便于循环使用，需要一次性使用。

如图2所示，本申请实施例提供一种图像采集与处理系统(简称为系统)，该系统可以包括：图像采集模组10、桥接处理模块20以及图像处理模块30。

图像采集模组10可以包括图像传感器100；图像传感器100具有SPI接口，图像传感器100用于采集待采集区域的第一图像，通过SPI接口向桥接处理模块20发送串行图像信号；串行图像信号为数字信号，串行图像信号可以包括第一图像对应的第一数据。

桥接处理模块20具有SPI接口以及DVP接口，用于通过SPI接口获取串行图像信号并进行处理，得到并行图像信号，通过DVP接口将并行图像信号发送至图像处理模块30；并行图像信号为数字信号，并行图像信号可以包括第一图像对应的第一数据。在本实施例中，第一图像对应的第一数据，可以理解为一张图片格式文件的数据，其可以不携带其他时钟或通信信息，作为还原出第一图像的最低数据，当然也可以携带其他信息，例如是图像传感器100的信号、拍摄时间等信息。

如图4所示，一种实施例中，串行图像信号还可以包括像素时钟信号、同步码数据、数据包ID以及第一数据。

桥接处理模块20还用于向图像传感器100发送主时钟信号，像素时钟信号由图像传感器100根据主时钟信号(MCLK)分频得到；桥接处理模块20还用于获取像素时钟信号、同步码数据以及数据包ID，根据同步码数据以及数据包ID得到行同步信号以及频同步信号，将像素时钟信号(PCLK)、行同步信号(HSYNC)、频同步信号(VSYNC)以及第一数据(D0至D7输出的数据)发送至图像处理模块30。

图像处理模块30具有DVP接口，用于控制图像传感器100工作，获取并行图像信号，对第一图像进行处理，调整第一图像的分辨率、色彩、亮度、锐度以及对比度中的至少一项，以提高第一图像的图像质量。

一种实施例中，图像采集模组10的最大外径小于或等于1/15英寸，采集帧率大于或等于30帧，分辨率大于或等于320*240像素；和/或，桥接处理模块20可以包括可编程桥接芯片；和/或，图像处理模块30可以包括图像处理芯片。例如，如图3所示，图像采集模组10可以包括图像传感器100以及外壳11，外壳11用于适配需要应用的内窥镜的镜头，以使得图像采集模组10能够安装在内窥镜的镜头上，外壳11还可以具有第一安装槽111以及第一窗口112，图像传感器100通过第一安装槽111匹配安装在外壳11上，第一窗口112限制图像传感器100的感光角度范围，第一窗口112上也可以用于安装透镜等光学元件。

一实施例中，图像传感器100可以采用任何一种市面上开放非私有的且带有SPI接口的图像传感器，例如是采用比亚迪的BF30A2等CMOS传感器，其可以满足分辨率与尺寸要求。这一类传感器分辨率约为8万像素(原始分辨率为320*240)，小于OV的主流产品ov6946的16万像素，虽然分辨率为ov6946的一半，但其实间接的在尺寸上占了优势，刚好可以满足应用在小尺寸医疗内窥镜市场。同时输出信号其为spi的RAW数字信号，原始的信号比较好，便于采用图像处理算法进行图像质量优化，以使得其接近ov6946的图像质量。这里需要解释的是，虽然ov6946传感器的像素分辨率更高，但是其先输出模拟信号，再经过数模转化，模拟信号无论是传感器内部还是在传输过程中都极易受到外界信号的不同程度的干扰，从而产生波纹与噪点，原始图像质量降低。因此，本申请采用的分辨率相对较低的图像传感器100，输出数字信号，受外界干扰小，原始图像质量高，因此再经过图像处理，进一步提升图像质量，即可接近ov6946的图像质量。

一实施例中，桥接处理模块20可以采用任一种市面上开放非私有的桥接芯片来实现。例如，可以采用京微齐力厂家的H1C02系列，该芯片是一款低功耗、低成本的可编程器件，它将高灵活性FPGA和增强型8051MCU集成在一起，封装小，成本低，基于SRAM的FPGA架构-1536个4输入查找表，1024个DFF寄存器，性能高达200MHz，性能完全能满足实时采集320*240的分辨率视频。采用这类型的桥接芯片以及上述图像传感器100，只需要约4元人民币，较于图1中(A)与(B)的技术方案，成本降低至原来(私有模数转换芯片以及私有模拟信号的图像传感器)的1％以下。较低成本的图像传感器100，可以满足一次性使用的内窥镜场景需求。

一实施例中，图像处理模块30可以采用可用的FPGA芯片或ASIC芯片来实现，例如是星宸科技的SSC336等可用的芯片。ASIC芯片是图像处理芯片，其在处理图像数据时，也是可以通过I2C接口来控制图像传感器100，主要包含了图像传感器100的初始化、复位、实时配置曝光和增益相关的寄存器。

综上所述，第一方面通过SPI接口的图像传感器100来满足尺寸要求以及采集帧率的要求，也大幅度降低图像采集模组10的成本。第二方面，通过图像处理模块30进行图像处理，提高最终图像质量，满足临床的要求。第三方面，采用桥接处理模块20，可以实时处理图像传感器100的数据，不需要进行缓存后再处理。第四方面，图像传感器100以及桥接处理模块20均可以采用开放非私有的硬件实现，大大降低由于技术垄断带来的高成本问题。

进一步说明，对于第三方面，如果是采用图像处理模块30直接接收图像传感器100输出的串行图像信号，需要图像处理模块30先将串行图像信号进行缓存后再处理，实时性差。本申请巧妙的采用桥接处理模块20对串行图像信号进行实时处理，不需要进行暂存，并采用并行传输的方式发送至图像处理模块30，图像处理模块30即可对第一图像进行实时处理。

也就是说，本申请提供的图像采集与处理系统，可以采用低成本、无技术限制的前提下实现较高质量的、实时性高的图像采集，以使得满足超细直径的医疗内窥镜的使用要求。

下面就图像采集与处理系统进行图像采集与处理方法的具体过程进行阐述，如图5与图6所示所示，图像采集与处理方法(简称为方法)可以包括如下步骤：

步骤1、对待采集区域进行第一图像采集，得到第一图像对应的串行图像信号，串行图像信号通过图像传感器100的SPI接口输出，串行图像信号为数字信号，串行图像信号可以包括第一图像对应的第一数据。

例如，如图4与图6所示，桥接处理模块20向图像传感器100发送主时钟信号，图像处理模块30通过I2C端口初始化图像传感器100，控制图像传感器100工作以及进行待采集区域的第一图像获取。

步骤2、如图6所示，获取串行图像信号并进行处理，得到并行图像信号，并行图像信号通过DVP接口输出；并行图像信号为数字信号，并行图像信号可以包括第一图像对应的第一数据。

一种实施例中，串行图像信号还可以包括像素时钟信号、同步码数据以及数据包ID；图像传感器100通过MOSI通道输出串行图像信号，串行图像信号对应可以包括像素时钟信号(PLCK)、同步码数据(Sync code)、数据包ID(Packet ID)以及第一数据(D0至D7输出的数据)。串行时钟频率(SCLK)依据图像传感器100的采样频率以及采样位数来决定。

如图6所示，在步骤1之前，方法还可以包括：

步骤0、向图像传感器100发送主时钟信号，像素时钟信号由图像传感器100根据主时钟信号分频得到。

如图6所示，上述步骤2可以包括：

步骤210、对串行图像信号进行处理，得到像素时钟信号、同步码数据、数据包ID以及第一数据。通过读取串行图像信号中的帧头帧尾数据以及行头行尾数据，可以得到同步信号以及频同步信号。

步骤220、根据同步码数据以及数据包ID得到行同步信号以及频同步信号，并行图像信号可以包括像素时钟信号、行同步信号、频同步信号以及第一数据。

一种实施例中，上述步骤220可以包括：

步骤221、判断同步码数据以及数据包ID中的帧头数据包是否与预设帧开始同步头相同，若是，确定频同步信号有效并输出频同步信号。也就是说，帧头数据符合预设帧开始同步头时，证明此时图像传输模块正常采集图像，产生系统预设的帧同步信号。若不是，则持续采集串行图像数据，直至解析出匹配的帧头数据。

步骤222、判断同步码数据以及数据包ID中的行头数据包是否与预设行开始同步头相同，若是，确定行同步信号有效并输出行同步信号。同理，行头数据符合预设行开始同步头，证明行频均同步，可以进行第一数据的获取与传输。若不是，则持续采集串行图像数据，直至解析出匹配的帧头数据以及行头数据。

步骤223、判断同步码数据以及数据包ID中的行尾数据包是否与预设行结束同步头相同，若不是，通过DVP接口输出第一数据；若是，确定频同步信号无效，停止输出第一数据。当没有检测到行尾之前，表示当前帧的第一图像的当前行对应的数据未完成采集与传输，当检测到行尾数据时，表示当前帧的第一图像的当前行对应的数据已经完成传输，桥接处理模块20可以进行下一行的数据采集。。

步骤224、判断同步码数据以及数据包ID中的帧尾数据包的行数总量与预设行数相同，若是，确定频同步信号无效，完成一帧串行图像信号的采集。当完成所有行采集后，表明当前帧的第一图像完成采集，可以进行下一帧采集或者是完成图像采集。

步骤225、判断所有帧的串行图像信号是否完成采集，若是，停止对串行图像信号的采集；若不是，重新采集新的一帧的串行图像信号。例如，图像处理模块30根据预设采集时间控制图像传感器100工作，或者是，在用户触发的控制指令下，控制图像传感器100工作或停止工作。

步骤3、如图7所示，获取并行图像信号，对第一图像进行处理，调整第一图像的分辨率、色彩、亮度、锐度以及对比度中的至少一项，以提高第一图像的图像质量。

一种实施例中，上述步骤3中，对第一图像进行处理，可以包括：

步骤310、对第一图像进行3D降噪以及白平衡处理。图像传感器100输出的串行图像信号中的第一图像的原始格式为RAW格式，RAW图像是未经处理的原始数据图像，能提供非常大的后期处理空间。3D数字降噪处理能够降低弱信号图像的噪波干扰。白平衡处理能够还原图像的色彩效果，可以采用自动或手动调节白平衡。

步骤320、对RAW格式的第一图像进行去马赛克处理，得到RGB格式的第一图像。去马赛克处理可以从raw图中恢复出缺失的像素值,形成标准的RGB图像。

步骤330、对RGB格式的第一图像进行格式转换，得到YUV格式的第一图像。

一种实施例中，在步骤310之前，步骤3还可以包括：

步骤300、对第一图像进行黑电平校正处理。图像传感器100本身会存在暗电流，导致在没有光线照射的时候，也有一定的输出电压。因此在图像处理过程中需要减去这部分电压值，否则会对图像后续的白平衡等模块造成影响。

一种实施例中，在步骤310中，对第一图像进行3D降噪以及白平衡处理之间，步骤3还可以包括：

步骤311、对第一图像进行坏点校正处理。如果图像中存在坏点的话，ISP后续进行插值和滤波处理时，会影响周围的像素点值，因此需要在插值和滤波之前对坏点进行校正。图像存在坏点比较多或动态坏点很多的情况下，会造成图像的边缘出现伪色彩的情况，这种现象不但影响图像的清晰度，而且会影响边缘的色彩；

一种实施例中，在步骤310之后，步骤3还可以包括：

步骤312、对第一图像进行镜头阴影校正处理。由于渐晕现象带来的图像亮度不均会影响后续处理的准确性。因此从图像传感器100输出的数字信号必须先经过镜头矫正处理来消除渐晕给第一图像带来的影响

一种实施例中，在步骤320之后，步骤3还可以包括：

步骤321、对RGB格式的第一图像进行色彩校正处理。图像传感器100在获得数字图像时，由于一起或环境光照或人为因素的影响，采集的图像往往与原始图像有很大差别。颜色校正可以在一定程度上减少这种差别。

一种实施例中，在步骤330之后，步骤3还可以包括：

步骤340、对YUV格式的第一图像进行色彩处理以及亮度处理。在图像传输过程中，由于环境的干扰或者设备的限制，往往最终接收得到的图片带有很多噪声，图像变得很模糊等情况出现，因此需要采用滤波、去噪等方式进行色彩处理以及亮度处理，以提高图像质量。

其中，对YUV格式的第一图像进行色彩处理可以包括进行色彩缩放、色彩滤波以及色彩去噪中的至少一种处理。对YUV格式的第一图像进行亮度处理可以包括进行亮度降噪、锐化以及亮度缩放中的至少一种处理。

在步骤3中，涉及了多种图像处理步骤，对于每个步骤，本领域技术人员可以采用对应公开的算法，或者是进一步针对设计算法，在本申请中不对具体步骤涉及的算法进行展开描述。即使是采用现有公开的算法，在对图像进行步骤3的处理后，可以提高第一图像的图像质量，使得图像的清晰度提高、噪点降低、色彩更好，以满足内窥镜的应用要求。

一种实施例中，在步骤3之后，方法还可以包括：

步骤4、根据预设输出分辨率，对完成处理的第一图像进行重采样，重采样包括进行色彩缩放以及亮度缩放，以改变当前第一图像的分分辨率。

采用桥接芯片(桥接处理模块20)的设计，极大的方便了ISP图像处理芯片9(图像处理模块30)的选型，这里可以选择的芯片居多，很好的保证了低成本的原则。此处以SSC336芯片为例说明，ISP图像处理芯片的主要功能为采集桥接芯片输出的DVP视频信号数据，然后通过如下步骤的图像处理算法做一系列的去噪、白平衡、颜色校正、gamma校正、锐化等等，最终使图像质量完全满足医疗内窥镜的临床需求。

本申请通过设计spi接口的图像模组(包含了图像传感器100和外壳11等)，将成像模组部分的费用成本降低到原来通用方案的1％左右，完全实现了低成本的需求，同时保证了超细医疗内窥镜对直径的要求。同时由于设计为spi接口的数字视频信号，可以更大程度上避免外界的干扰，保证图像画面的干净。

通过设计桥接芯片完成spi非标准视频信号到标准视频信号dvp的转接，从而实现可以利用市面上通用ISP芯片进行图像质量的调优的效果，能够最大程度保证图像的优秀质量。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

本文参照了各种示范实施例进行说明。然而，本领域的技术人员将认识到，在不脱离本文范围的情况下，可以对示范性实施例做出改变和修正。例如，各种操作步骤以及用于执行操作步骤的组件，可以根据特定的应用或考虑与系统的操作相关联的任何数量的成本函数以不同的方式实现(例如一个或多个步骤可以被删除、修改或结合到其他步骤中)。

虽然在各种实施例中已经示出了本文的原理，但是许多特别适用于特定环境和操作要求的结构、布置、比例、元件、材料和部件的修改可以在不脱离本披露的原则和范围内使用。以上修改和其他改变或修正将被包含在本文的范围之内。

前述具体说明已参照各种实施例进行了描述。然而，本领域技术人员将认识到，可以在不脱离本披露的范围的情况下进行各种修正和改变。因此，对于本披露的考虑将是说明性的而非限制性的意义上的，并且所有这些修改都将被包含在其范围内。同样，有关于各种实施例的优点、其他优点和问题的解决方案已如上所述。然而，益处、优点、问题的解决方案以及任何能产生这些的要素，或使其变得更明确的解决方案都不应被解释为关键的、必需的或必要的。本文中所用的术语“包括”和其任何其他变体，皆属于非排他性包含，这样包括要素列表的过程、方法、文章或设备不仅包括这些要素，还包括未明确列出的或不属于该过程、系统、方法、文章或设备的其他要素。此外，本文中所使用的术语“耦合”和其任何其他变体都是指物理连接、电连接、磁连接、光连接、通信连接、功能连接和/或任何其他连接。

具有本领域技术的人将认识到，在不脱离本发明的基本原理的情况下，可以对上述实施例的细节进行许多改变。因此，本发明的范围应仅由权利要求确定。