一種超聲檢測圖像三維標定方法
【專利摘要】本發明涉及一種超聲檢測圖像三維標定方法，該方法通過超聲探頭上的接收器實時獲取超聲探頭的位姿信息，從而可將模板中任意點（包括棉線交點）坐標轉換至接收器坐標系中；通過超聲探頭對網狀模板中棉線交點的掃描，獲得棉線交點的超聲圖像；通過模板中棉線交點構建空間矢量，按照模板中空間矢量間的幾何特性計算超聲圖像中棉線交點成像點的坐標，進而應用同源點最小二乘匹配計算定位接收器坐標系Or與探頭掃描圖像坐標系0i間的關系。與現有技術相比，本發明通過空間矢量關系計算圖像坐標系中同源點坐標，避免了以往方法中人工拾取圖像同源點坐標時人為因素影響，從而具有標定精度與重建精度高、標定速度快等優點。
【專利說明】一種超聲檢測圖像三維標定方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及超聲標定【技術領域】，尤其是涉及一種超聲檢測圖像三維標定方法。
【背景技術】
[0002] 三維（3-D)超聲標定是超聲圖像3-D可視化不可缺少的關鍵步驟，因為手持超聲 探頭Freehand采樣，得到的是一系列非平行、不規則的二維（2-D)超聲圖像，只有從超聲探 頭獲取的2-D圖像信息出發，計算其對應的3-D空間中的幾何信息，再由此生成規則的平行 圖像序列，才能進行后續的三維重建和目標分割。這一定標計算過程稱為3-D超聲標定，其 通常通過在超聲探頭上固定定位跟蹤設備，計算該設備與超聲探頭掃描平面間的方位關系 來實現。該設備可以實時記錄超聲探頭以任意方位掃描目標時的方位信息，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定位，本專利采用磁定位 方法。而定位跟蹤設備一旦固定，其與超聲探頭掃描平面間的方位關系即已確定，這種轉換 關系一般不能通過物理方法來測量，但可以表示為定位跟蹤設備坐標相對于超聲圖像平面 像素坐標的轉換轉關系（旋轉、平移和比例關系），其數學形式為4X 4矩陣。此轉換轉關系 矩陣亦稱標定矩陣，以往計算標定矩陣中通過同源點在不同坐標系下的坐標，應用最小二 乘匹配算法獲得兩個坐標系間的轉換矩陣。其中同源點在圖像坐標系中的坐標依賴人工從 圖像中拾取，這樣不可避免的帶來人為因素對標定精度的影響。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷，從同源點在圖像中的坐標 能夠被自動提取的角度進行研究，獨特之處在于應用同源點的空間矢量特征關系進行圖像 坐標的自動計算，從而提供減少算法中人為因素的影響，實現一種標定精度與重建精度高、 標定速度快的超聲檢測圖像三維標定方法。
[0005] 本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：
[0006] -種超聲檢測圖像三維標定方法，定位接收器與定位發射器連接，該方法通過模 板計算固定在超聲探頭上的定位接收器坐標系Or與探頭掃描圖像坐標系0i間的關系，所 述的模板上設有兩層網狀棉線，網狀棉線在掃描面上有η個棉線交點，所述的標定方法包 括以下步驟：
[0007] 1)取超聲掃描圖像中的點Ii作為基準點，獲取Ii在探頭掃描圖像坐標系上的坐 標，在定位接收器坐標系中的坐標Ri為：
[0008] Ri = Tr -t · Tt -ρ · P!
[0009] 其中，Pi為基準點L在模板坐標系Op中的對應坐標，為定位發射器坐標系 〇t相對于定位接收器坐標系Or的轉換矩陣，T ti為模板坐標系Op相對于定位發射器坐標 系〇t的轉換矩陣；
[0010] 2)根據模板上棉線交點的位置在掃描圖像中拾取點12，獲得向量
【權利要求】
1. 一種超聲檢測圖像三維標定方法，定位接收器與定位發射器連接，其特征在于，該方 法通過模板建立同源點空間矢量來計算固定在超聲探頭上的定位接收器坐標系Or與探頭 掃描圖像坐標系〇i間的關系，所述的模板上設有兩層網狀棉線，網狀棉線在掃描面上有η 個棉線交點，所述的標定方法包括以下步驟： 1) 取超聲掃描圖像中的點L作為基準點，獲取L在探頭掃描圖像坐標系上的坐標，1: 在定位接收器坐標系中的坐標Ri為： Ri = Tr^t · Tt^p · Pi 其中，Pi為基準點L在模板坐標系Op中的對應坐標，為定位發射器坐標系Ot相 對于定位接收器坐標系Or的轉換矩陣，Tti為模板坐標系Op相對于定位發射器坐標系Ot 的轉換矩陣； 2) 根據模板上棉線交點的位置在掃描圖像中拾取點12，獲得向量
的方向，12在模板 坐標系Op中的對應坐標為P 2，根據Pi與P2的距離d12和
的方向計算12在探頭掃描圖像 坐標系上的坐標，12在定位接收器坐標系中的坐標R2為： R2 = Tr -t · Tt-p · P2 ; 3) 根據模板上棉線交點的位置在掃描圖像中拾取點13, I3在模板坐標系Op中的對應 坐標為P3，向量
間的夾角為Θ，根據
Θ確定
的方向，根據Pi與P3的距 離d13和
的方向計算13在探頭掃描圖像坐標系上的坐標，1 3在定位接收器坐標系中的坐 標R3為： R3 = Tr -t · Tt-p · P3 ; 4) 重復步驟2)、3)，獲得掃描面上n個棉線交點在定位接收器坐標系與探頭掃描圖像 坐標系中的坐標，并根據以下公式進行同源點最小二乘原理匹配，獲得標定矩陣
其中，氏為第i個棉線交點在定位接收器坐標系中的坐標，Ii為第i個棉線交點在探 頭掃描圖像坐標系上的坐標，s為比例系數，R為旋轉關系矩陣，p為平移向量； 5) 采集m幅超聲掃描圖像，重復步驟1)-4)，計算m個標定矩陣?； q的平均值作為最 終標定結果。
2. 根據權利要求1所述的一種超聲檢測圖像三維標定方法，其特征在于，所述的基準 點L為網狀棉線中最上層交點的中間一點在超聲圖像中的成像點。
3. 根據權利要求1所述的一種超聲檢測圖像三維標定方法，其特征在于，所述的
的 方向取決于沿基準點〗1的方向。
4. 根據權利要求1所述的一種超聲檢測圖像三維標定方法，其特征在于，所述的Tti 通過模板標定方法計算得到，所述的模板標定方法具體為： 模板兩側設有多個通孔，且通孔坐標已知，將定位接收器的探針針尖依次接觸通孔，根 據針尖相對于其上定位接收器的位置關系及獲得這些通孔在定位發射器坐標系Ot上 的坐標，根據同源點最小二乘原理匹配獲得T ti。
【文檔編號】A61B8/00GK104207801SQ201310221987
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年6月5日 優先權日:2013年6月5日
【發明者】么嬈, 陳閔葉, 徐海榮, 曹達敏 申請人:上海工程技術大學