本發(fā)明涉及一種探頭標(biāo)定的方法，尤其涉及一種關(guān)于環(huán)形超聲換能器的n線標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：

1、超聲探頭標(biāo)定是超聲成像領(lǐng)域中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它確保了超聲圖像的準(zhǔn)確性、可靠性和可重復(fù)性。超聲探頭標(biāo)定就是確定探頭在空間中的位置、方向和聲束特性，以便在圖像重建過(guò)程中進(jìn)行必要的校正。在三維超聲成像中，探頭的標(biāo)定精度對(duì)三維超聲圖像的成像質(zhì)量是至關(guān)重要的，它直接影響到三維定位系統(tǒng)的定位精度。只有對(duì)超聲探頭實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的標(biāo)定，我們才能確定二維超聲圖像在三維空間中的準(zhǔn)確位置。

2、利用n線模型進(jìn)行標(biāo)定是一種廣泛應(yīng)用于超聲換能器標(biāo)定技術(shù)，但現(xiàn)有的n線模型主要針對(duì)小尺寸線陣或面陣探頭進(jìn)行標(biāo)定，對(duì)于大尺寸的環(huán)形換能器，則標(biāo)定較為困難，以至于大多三維環(huán)陣超聲成像系統(tǒng)中，仍采用機(jī)械定位的方法進(jìn)行三維定位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種關(guān)于環(huán)形超聲換能器的n線標(biāo)定方法。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種關(guān)于環(huán)形超聲換能器的n線標(biāo)定方法，該標(biāo)定方法應(yīng)用于標(biāo)定系統(tǒng)，所述標(biāo)定系統(tǒng)包括環(huán)形超聲換能器、安裝于所述環(huán)形超聲換能器的換能器標(biāo)定板、相機(jī)、n線模型以及安裝于所述n線模型的模型標(biāo)定板，該標(biāo)定方法包括如下步驟：

3、步驟1，對(duì)所述環(huán)形超聲換能器中的不同弧形環(huán)部分之間的相對(duì)位置進(jìn)行標(biāo)定；

4、步驟2，所述相機(jī)拍攝所述模型標(biāo)定板，通過(guò)光學(xué)跟蹤法確定所述模型標(biāo)定板在相機(jī)坐標(biāo)系中的位姿；

5、步驟3，保持所述n線模型與所述相機(jī)的相對(duì)位置不變，移動(dòng)所述環(huán)形超聲換能器，獲取多組所述環(huán)形超聲換能器對(duì)于n線掃描所得的二維超聲圖像，所述相機(jī)同步記錄對(duì)應(yīng)時(shí)刻所述換能器標(biāo)定板在相機(jī)坐標(biāo)系中的位姿pc；

6、步驟4，根據(jù)每組所述環(huán)形超聲換能器對(duì)于n線掃描所得的二維超聲圖像以及所述模型標(biāo)定板在相機(jī)坐標(biāo)系中的位姿pc，計(jì)算得到所述n線成像點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)；

7、步驟5，根據(jù)所述n線成像點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)以及所述相機(jī)所記錄的對(duì)應(yīng)時(shí)刻所述換能器標(biāo)定板在相機(jī)坐標(biāo)系中的位姿，對(duì)超聲圖像坐標(biāo)系與換能器標(biāo)定板坐標(biāo)系之間的變換矩陣進(jìn)行迭代校準(zhǔn)。

8、具體的，所述相機(jī)位于所述環(huán)形超聲換能器的一端，換能器標(biāo)定板安裝在所述環(huán)形超聲換能器且與所述相機(jī)同一側(cè)；所述n線模型位于所述環(huán)形超聲換能器的環(huán)內(nèi)空間；所述模型標(biāo)定板安裝于n線模型且與所述相機(jī)同一側(cè)；所述環(huán)形超聲換能器、所述n線模型、所述換能器標(biāo)定板以及所述模型標(biāo)定板均位于所述相機(jī)的視野中。

9、具體的，所述環(huán)形超聲換能器是由三段以上的所述弧形環(huán)部分共同構(gòu)成的環(huán)形陣列，每個(gè)所述弧形環(huán)部分是由若干換能器陣元沿弧長(zhǎng)依次設(shè)置構(gòu)成。

10、具體的，所述換能器標(biāo)定板和所述模型標(biāo)定板分別為aruco標(biāo)定板，所述aruco標(biāo)定板包括標(biāo)定板本體以及設(shè)置在所述標(biāo)定板本體上的非對(duì)稱(chēng)圓形標(biāo)定板圖樣和四個(gè)aruco碼，所述四個(gè)aruco碼圍合構(gòu)成矩形用于確定所述相機(jī)拍攝圖像中所述aruco標(biāo)定板的圖像，所述非對(duì)稱(chēng)圓形標(biāo)定板圖樣位于所述四個(gè)aruco碼圍合構(gòu)成的矩形內(nèi)；所述非對(duì)稱(chēng)圓形標(biāo)定板圖樣包括多行圓形圖案單行陣列，相鄰兩行圓形圖案單行陣列之間交錯(cuò)排布。

11、具體的，所述n線模型包含頂板、底板以及連接所述頂板與所述底板的多個(gè)支撐柱，所述多個(gè)支撐柱、所述頂板與所述底板圍合形成多棱柱形狀，所述支撐柱的數(shù)量與所述弧形環(huán)部分?jǐn)?shù)量相同；所述頂板的底部與所述底板的頂部設(shè)置有穿絲孔，通過(guò)穿線，所述n線模型的每一側(cè)均形成m組n線，其中；所述m組n線沿朝向所述頂板中部的方向間隔設(shè)置；所述頂板的頂部設(shè)置有用于安裝所述模型標(biāo)定板的凹槽。

12、具體的，步驟2所述的通過(guò)光學(xué)跟蹤法確定所述模型標(biāo)定板在相機(jī)坐標(biāo)系中的位姿的方法包括：采用aruco標(biāo)定塊檢測(cè)算法，檢測(cè)所述相機(jī)拍攝圖像中的aruco碼(23)，計(jì)算得到所述模型標(biāo)定板上四個(gè)所述aruco碼的圖像坐標(biāo)；根據(jù)所述四個(gè)所述aruco碼所構(gòu)成的矩形確定所述相機(jī)所拍攝圖像中所述模型標(biāo)定板的圖像；利用輪廓檢測(cè)算法，檢測(cè)所述模型標(biāo)定板上所述非對(duì)稱(chēng)圓形標(biāo)定板圖樣中的所有圓形圖案輪廓，計(jì)算得到所有圓形圖案的圓心坐標(biāo)；根據(jù)所述圓心坐標(biāo)，計(jì)算得到所述模型標(biāo)定板在相機(jī)坐標(biāo)系中的位姿。

13、具體的，步驟3中所述的所述相機(jī)同步記錄對(duì)應(yīng)時(shí)刻所述換能器標(biāo)定板在相機(jī)坐標(biāo)系中的位姿，包括：

14、在采集生成二維超聲圖像的同時(shí)，令所述相機(jī)每拍攝一張照片時(shí)發(fā)射一個(gè)觸發(fā)信號(hào)；在接收到所述觸發(fā)信號(hào)后，所述環(huán)形超聲換能器開(kāi)始一次的采集，實(shí)現(xiàn)二維超聲圖像及所述相機(jī)所拍攝的換能器標(biāo)定板圖像的同步；在采集的過(guò)程中，將安裝在所述n線模型上的所述模型標(biāo)定板進(jìn)行遮擋或后期剪除，用于避免識(shí)別所述換能器標(biāo)定板時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤。

15、具體的，所述步驟4的具體過(guò)程為：

16、根據(jù)模型標(biāo)定板在相機(jī)坐標(biāo)系中的位姿計(jì)算得到由n線模型坐標(biāo)系到相機(jī)坐標(biāo)系的變換矩陣rtm2c；

17、根據(jù)每組所述環(huán)形超聲換能器對(duì)于n線掃描所得的二維超聲圖像，獲取各組n線成像點(diǎn)在超聲圖像坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)pi；

18、根據(jù)每個(gè)所述n線成像點(diǎn)在超聲圖像坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)pi以及相似三角形的比例關(guān)系，計(jì)算得到所述n線成像點(diǎn)在n線模型中的位置坐標(biāo)pm；

19、根據(jù)所述n線成像點(diǎn)在n線模型中的位置坐標(biāo)pm以及所述由n線模型坐標(biāo)系到相機(jī)坐標(biāo)系的變換矩陣rtm2c，計(jì)算得到所述n線成像點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)pc。

20、具體的，所述的根據(jù)每組所述環(huán)形超聲換能器對(duì)于n線掃描所得的二維超聲圖像，獲取各組n線成像點(diǎn)在超聲圖像坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)pi包括：

21、對(duì)所得的二維超聲圖像依次進(jìn)行高斯濾波處理、二值化處理以及腐蝕膨脹處理，再提取經(jīng)腐蝕膨脹處理后的所述二維超聲圖像中n線成像點(diǎn)的位置坐標(biāo)，最終得到二維超聲圖像中3m組n線成像點(diǎn)的位置坐標(biāo)。

22、具體的，所述步驟5的具體過(guò)程為：

23、根據(jù)所述換能器標(biāo)定板在相機(jī)坐標(biāo)系中的位姿計(jì)算得到所述由換能器標(biāo)定板坐標(biāo)系到相機(jī)坐標(biāo)系的變換矩陣rtw2c；

24、通過(guò)對(duì)所述換能器標(biāo)定板與所述環(huán)形超聲換能器測(cè)量獲得由超聲圖像坐標(biāo)系到換能器標(biāo)定板坐標(biāo)系的變換矩陣rti2w的初始參數(shù)；

25、將所述各組n線成像點(diǎn)在超聲圖像坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)pi經(jīng)由超聲圖像坐標(biāo)系到換能器標(biāo)定板坐標(biāo)系的變換矩陣rti2w以及所述由換能器標(biāo)定板坐標(biāo)系到相機(jī)坐標(biāo)系的變換矩陣rtw2c變換后得到對(duì)應(yīng)的n線成像點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)pc′，計(jì)算公式如下：

26、pc′＝rtw2c·rti2w·pi；

27、將所述n線成像點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)pc與所述變換后得到的n線成像點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)pc′之間的誤差作為目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)rmsprop算法優(yōu)化所述目標(biāo)函數(shù)，以對(duì)由超聲圖像坐標(biāo)系到換能器標(biāo)定板坐標(biāo)系的變換矩陣rti2w進(jìn)行迭代校準(zhǔn)，最終得到變換矩陣rti2w的最佳參數(shù)。

28、有益效果：

29、本發(fā)明提出一種關(guān)于環(huán)形超聲換能器的n線標(biāo)定方法，針對(duì)環(huán)形超聲換能器，設(shè)計(jì)適配的n線模型，搭建相應(yīng)的標(biāo)定系統(tǒng)；通過(guò)掃描設(shè)計(jì)的n線模型，再將掃描所得二維超聲圖像中n線成像點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系中的位置與實(shí)際位置之間的誤差為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行迭代，得到由超聲圖像坐標(biāo)系到換能器標(biāo)定板坐標(biāo)系的變換矩陣的最佳參數(shù)。本發(fā)明通過(guò)上述步驟，實(shí)現(xiàn)關(guān)于環(huán)形超聲換能器陣列的n線標(biāo)定方法，解決目前大尺寸環(huán)形超聲換能器在用于三維超聲成像時(shí)存在探頭標(biāo)定困難的問(wèn)題。