一種超聲檢測(cè)圖像三維標(biāo)定方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種超聲檢測(cè)圖像三維標(biāo)定方法，該方法通過(guò)超聲探頭上的接收器實(shí)時(shí)獲取超聲探頭的位姿信息，從而可將模板中任意點(diǎn)（包括棉線交點(diǎn)）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至接收器坐標(biāo)系中；通過(guò)超聲探頭對(duì)網(wǎng)狀模板中棉線交點(diǎn)的掃描，獲得棉線交點(diǎn)的超聲圖像；通過(guò)模板中棉線交點(diǎn)構(gòu)建空間矢量，按照模板中空間矢量間的幾何特性計(jì)算超聲圖像中棉線交點(diǎn)成像點(diǎn)的坐標(biāo)，進(jìn)而應(yīng)用同源點(diǎn)最小二乘匹配計(jì)算定位接收器坐標(biāo)系Or與探頭掃描圖像坐標(biāo)系0i間的關(guān)系。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)空間矢量關(guān)系計(jì)算圖像坐標(biāo)系中同源點(diǎn)坐標(biāo)，避免了以往方法中人工拾取圖像同源點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)人為因素影響，從而具有標(biāo)定精度與重建精度高、標(biāo)定速度快等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種超聲檢測(cè)圖像三維標(biāo)定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及超聲標(biāo)定【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種超聲檢測(cè)圖像三維標(biāo)定方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 三維（3-D)超聲標(biāo)定是超聲圖像3-D可視化不可缺少的關(guān)鍵步驟，因?yàn)槭殖殖?探頭Freehand采樣，得到的是一系列非平行、不規(guī)則的二維（2-D)超聲圖像，只有從超聲探 頭獲取的2-D圖像信息出發(fā)，計(jì)算其對(duì)應(yīng)的3-D空間中的幾何信息，再由此生成規(guī)則的平行 圖像序列，才能進(jìn)行后續(xù)的三維重建和目標(biāo)分割。這一定標(biāo)計(jì)算過(guò)程稱(chēng)為3-D超聲標(biāo)定，其 通常通過(guò)在超聲探頭上固定定位跟蹤設(shè)備，計(jì)算該設(shè)備與超聲探頭掃描平面間的方位關(guān)系 來(lái)實(shí)現(xiàn)。該設(shè)備可以實(shí)時(shí)記錄超聲探頭以任意方位掃描目標(biāo)時(shí)的方位信息，因此為掃描得 到的一系列非平行超聲圖像提供了相應(yīng)的空間方向與位置信息。
[0003]目前常用的兩種超聲探頭定位跟蹤方法是磁定位與光學(xué)定位，本專(zhuān)利采用磁定位 方法。而定位跟蹤設(shè)備一旦固定，其與超聲探頭掃描平面間的方位關(guān)系即已確定，這種轉(zhuǎn)換 關(guān)系一般不能通過(guò)物理方法來(lái)測(cè)量，但可以表示為定位跟蹤設(shè)備坐標(biāo)相對(duì)于超聲圖像平面 像素坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)關(guān)系（旋轉(zhuǎn)、平移和比例關(guān)系），其數(shù)學(xué)形式為4X 4矩陣。此轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)關(guān)系 矩陣亦稱(chēng)標(biāo)定矩陣，以往計(jì)算標(biāo)定矩陣中通過(guò)同源點(diǎn)在不同坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，應(yīng)用最小二 乘匹配算法獲得兩個(gè)坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換矩陣。其中同源點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)依賴(lài)人工從 圖像中拾取，這樣不可避免的帶來(lái)人為因素對(duì)標(biāo)定精度的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，從同源點(diǎn)在圖像中的坐標(biāo) 能夠被自動(dòng)提取的角度進(jìn)行研究，獨(dú)特之處在于應(yīng)用同源點(diǎn)的空間矢量特征關(guān)系進(jìn)行圖像 坐標(biāo)的自動(dòng)計(jì)算，從而提供減少算法中人為因素的影響，實(shí)現(xiàn)一種標(biāo)定精度與重建精度高、 標(biāo)定速度快的超聲檢測(cè)圖像三維標(biāo)定方法。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種超聲檢測(cè)圖像三維標(biāo)定方法，定位接收器與定位發(fā)射器連接，該方法通過(guò)模 板計(jì)算固定在超聲探頭上的定位接收器坐標(biāo)系Or與探頭掃描圖像坐標(biāo)系0i間的關(guān)系，所 述的模板上設(shè)有兩層網(wǎng)狀棉線，網(wǎng)狀棉線在掃描面上有η個(gè)棉線交點(diǎn)，所述的標(biāo)定方法包 括以下步驟：
[0007] 1)取超聲掃描圖像中的點(diǎn)Ii作為基準(zhǔn)點(diǎn)，獲取Ii在探頭掃描圖像坐標(biāo)系上的坐 標(biāo)，在定位接收器坐標(biāo)系中的坐標(biāo)Ri為：
[0008] Ri = Tr -t · Tt -ρ · P!
[0009] 其中，Pi為基準(zhǔn)點(diǎn)L在模板坐標(biāo)系Op中的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)，為定位發(fā)射器坐標(biāo)系 〇t相對(duì)于定位接收器坐標(biāo)系Or的轉(zhuǎn)換矩陣，T ti為模板坐標(biāo)系Op相對(duì)于定位發(fā)射器坐標(biāo) 系〇t的轉(zhuǎn)換矩陣；
[0010] 2)根據(jù)模板上棉線交點(diǎn)的位置在掃描圖像中拾取點(diǎn)12，獲得向量

【權(quán)利要求】
1. 一種超聲檢測(cè)圖像三維標(biāo)定方法，定位接收器與定位發(fā)射器連接，其特征在于，該方 法通過(guò)模板建立同源點(diǎn)空間矢量來(lái)計(jì)算固定在超聲探頭上的定位接收器坐標(biāo)系Or與探頭 掃描圖像坐標(biāo)系〇i間的關(guān)系，所述的模板上設(shè)有兩層網(wǎng)狀棉線，網(wǎng)狀棉線在掃描面上有η 個(gè)棉線交點(diǎn)，所述的標(biāo)定方法包括以下步驟： 1) 取超聲掃描圖像中的點(diǎn)L作為基準(zhǔn)點(diǎn)，獲取L在探頭掃描圖像坐標(biāo)系上的坐標(biāo)，1: 在定位接收器坐標(biāo)系中的坐標(biāo)Ri為： Ri = Tr^t · Tt^p · Pi 其中，Pi為基準(zhǔn)點(diǎn)L在模板坐標(biāo)系Op中的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)，為定位發(fā)射器坐標(biāo)系Ot相 對(duì)于定位接收器坐標(biāo)系Or的轉(zhuǎn)換矩陣，Tti為模板坐標(biāo)系Op相對(duì)于定位發(fā)射器坐標(biāo)系Ot 的轉(zhuǎn)換矩陣； 2) 根據(jù)模板上棉線交點(diǎn)的位置在掃描圖像中拾取點(diǎn)12，獲得向量
的方向，12在模板 坐標(biāo)系Op中的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)為P 2，根據(jù)Pi與P2的距離d12和
的方向計(jì)算12在探頭掃描圖像 坐標(biāo)系上的坐標(biāo)，12在定位接收器坐標(biāo)系中的坐標(biāo)R2為： R2 = Tr -t · Tt-p · P2 ; 3) 根據(jù)模板上棉線交點(diǎn)的位置在掃描圖像中拾取點(diǎn)13, I3在模板坐標(biāo)系Op中的對(duì)應(yīng) 坐標(biāo)為P3，向量
間的夾角為Θ，根據(jù)
Θ確定
的方向，根據(jù)Pi與P3的距 離d13和
的方向計(jì)算13在探頭掃描圖像坐標(biāo)系上的坐標(biāo)，1 3在定位接收器坐標(biāo)系中的坐 標(biāo)R3為： R3 = Tr -t · Tt-p · P3 ; 4) 重復(fù)步驟2)、3)，獲得掃描面上n個(gè)棉線交點(diǎn)在定位接收器坐標(biāo)系與探頭掃描圖像 坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，并根據(jù)以下公式進(jìn)行同源點(diǎn)最小二乘原理匹配，獲得標(biāo)定矩陣
其中，氏為第i個(gè)棉線交點(diǎn)在定位接收器坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，Ii為第i個(gè)棉線交點(diǎn)在探 頭掃描圖像坐標(biāo)系上的坐標(biāo)，s為比例系數(shù)，R為旋轉(zhuǎn)關(guān)系矩陣，p為平移向量； 5) 采集m幅超聲掃描圖像，重復(fù)步驟1)-4)，計(jì)算m個(gè)標(biāo)定矩陣?； q的平均值作為最 終標(biāo)定結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲檢測(cè)圖像三維標(biāo)定方法，其特征在于，所述的基準(zhǔn) 點(diǎn)L為網(wǎng)狀棉線中最上層交點(diǎn)的中間一點(diǎn)在超聲圖像中的成像點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲檢測(cè)圖像三維標(biāo)定方法，其特征在于，所述的
的 方向取決于沿基準(zhǔn)點(diǎn)〗1的方向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲檢測(cè)圖像三維標(biāo)定方法，其特征在于，所述的Tti 通過(guò)模板標(biāo)定方法計(jì)算得到，所述的模板標(biāo)定方法具體為： 模板兩側(cè)設(shè)有多個(gè)通孔，且通孔坐標(biāo)已知，將定位接收器的探針針尖依次接觸通孔，根 據(jù)針尖相對(duì)于其上定位接收器的位置關(guān)系及獲得這些通孔在定位發(fā)射器坐標(biāo)系Ot上 的坐標(biāo)，根據(jù)同源點(diǎn)最小二乘原理匹配獲得T ti。
【文檔編號(hào)】A61B8/00GK104207801SQ201310221987
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月5日
【發(fā)明者】么嬈, 陳閔葉, 徐海榮, 曹達(dá)敏 申請(qǐng)人:上海工程技術(shù)大學(xué)