一种超声检测图像三维标定方法
【专利摘要】本发明涉及一种超声检测图像三维标定方法，该方法通过超声探头上的接收器实时获取超声探头的位姿信息，从而可将模板中任意点（包括棉线交点）坐标转换至接收器坐标系中；通过超声探头对网状模板中棉线交点的扫描，获得棉线交点的超声图像；通过模板中棉线交点构建空间矢量，按照模板中空间矢量间的几何特性计算超声图像中棉线交点成像点的坐标，进而应用同源点最小二乘匹配计算定位接收器坐标系Or与探头扫描图像坐标系0i间的关系。与现有技术相比，本发明通过空间矢量关系计算图像坐标系中同源点坐标，避免了以往方法中人工拾取图像同源点坐标时人为因素影响，从而具有标定精度与重建精度高、标定速度快等优点。
【专利说明】一种超声检测图像三维标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及超声标定【技术领域】，尤其是涉及一种超声检测图像三维标定方法。
【背景技术】
[0002] 三维（3-D)超声标定是超声图像3-D可视化不可缺少的关键步骤，因为手持超声 探头Freehand采样，得到的是一系列非平行、不规则的二维（2-D)超声图像，只有从超声探 头获取的2-D图像信息出发，计算其对应的3-D空间中的几何信息，再由此生成规则的平行 图像序列，才能进行后续的三维重建和目标分割。这一定标计算过程称为3-D超声标定，其 通常通过在超声探头上固定定位跟踪设备，计算该设备与超声探头扫描平面间的方位关系 来实现。该设备可以实时记录超声探头以任意方位扫描目标时的方位信息，因此为扫描得 到的一系列非平行超声图像提供了相应的空间方向与位置信息。
[0003]目前常用的两种超声探头定位跟踪方法是磁定位与光学定位，本专利采用磁定位 方法。而定位跟踪设备一旦固定，其与超声探头扫描平面间的方位关系即已确定，这种转换 关系一般不能通过物理方法来测量，但可以表示为定位跟踪设备坐标相对于超声图像平面 像素坐标的转换转关系（旋转、平移和比例关系），其数学形式为4X 4矩阵。此转换转关系 矩阵亦称标定矩阵，以往计算标定矩阵中通过同源点在不同坐标系下的坐标，应用最小二 乘匹配算法获得两个坐标系间的转换矩阵。其中同源点在图像坐标系中的坐标依赖人工从 图像中拾取，这样不可避免的带来人为因素对标定精度的影响。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，从同源点在图像中的坐标 能够被自动提取的角度进行研究，独特之处在于应用同源点的空间矢量特征关系进行图像 坐标的自动计算，从而提供减少算法中人为因素的影响，实现一种标定精度与重建精度高、 标定速度快的超声检测图像三维标定方法。
[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006] -种超声检测图像三维标定方法，定位接收器与定位发射器连接，该方法通过模 板计算固定在超声探头上的定位接收器坐标系Or与探头扫描图像坐标系0i间的关系，所 述的模板上设有两层网状棉线，网状棉线在扫描面上有η个棉线交点，所述的标定方法包 括以下步骤：
[0007] 1)取超声扫描图像中的点Ii作为基准点，获取Ii在探头扫描图像坐标系上的坐 标，在定位接收器坐标系中的坐标Ri为：
[0008] Ri = Tr -t · Tt -ρ · P!
[0009] 其中，Pi为基准点L在模板坐标系Op中的对应坐标，为定位发射器坐标系 〇t相对于定位接收器坐标系Or的转换矩阵，T ti为模板坐标系Op相对于定位发射器坐标 系〇t的转换矩阵；
[0010] 2)根据模板上棉线交点的位置在扫描图像中拾取点12，获得向量
【权利要求】
1. 一种超声检测图像三维标定方法，定位接收器与定位发射器连接，其特征在于，该方 法通过模板建立同源点空间矢量来计算固定在超声探头上的定位接收器坐标系Or与探头 扫描图像坐标系〇i间的关系，所述的模板上设有两层网状棉线，网状棉线在扫描面上有η 个棉线交点，所述的标定方法包括以下步骤： 1) 取超声扫描图像中的点L作为基准点，获取L在探头扫描图像坐标系上的坐标，1: 在定位接收器坐标系中的坐标Ri为： Ri = Tr^t · Tt^p · Pi 其中，Pi为基准点L在模板坐标系Op中的对应坐标，为定位发射器坐标系Ot相 对于定位接收器坐标系Or的转换矩阵，Tti为模板坐标系Op相对于定位发射器坐标系Ot 的转换矩阵； 2) 根据模板上棉线交点的位置在扫描图像中拾取点12，获得向量
的方向，12在模板 坐标系Op中的对应坐标为P 2，根据Pi与P2的距离d12和
的方向计算12在探头扫描图像 坐标系上的坐标，12在定位接收器坐标系中的坐标R2为： R2 = Tr -t · Tt-p · P2 ; 3) 根据模板上棉线交点的位置在扫描图像中拾取点13, I3在模板坐标系Op中的对应 坐标为P3，向量
间的夹角为Θ，根据
Θ确定
的方向，根据Pi与P3的距 离d13和
的方向计算13在探头扫描图像坐标系上的坐标，1 3在定位接收器坐标系中的坐 标R3为： R3 = Tr -t · Tt-p · P3 ; 4) 重复步骤2)、3)，获得扫描面上n个棉线交点在定位接收器坐标系与探头扫描图像 坐标系中的坐标，并根据以下公式进行同源点最小二乘原理匹配，获得标定矩阵
其中，氏为第i个棉线交点在定位接收器坐标系中的坐标，Ii为第i个棉线交点在探 头扫描图像坐标系上的坐标，s为比例系数，R为旋转关系矩阵，p为平移向量； 5) 采集m幅超声扫描图像，重复步骤1)-4)，计算m个标定矩阵?； q的平均值作为最 终标定结果。
2. 根据权利要求1所述的一种超声检测图像三维标定方法，其特征在于，所述的基准 点L为网状棉线中最上层交点的中间一点在超声图像中的成像点。
3. 根据权利要求1所述的一种超声检测图像三维标定方法，其特征在于，所述的
的 方向取决于沿基准点〗1的方向。
4. 根据权利要求1所述的一种超声检测图像三维标定方法，其特征在于，所述的Tti 通过模板标定方法计算得到，所述的模板标定方法具体为： 模板两侧设有多个通孔，且通孔坐标已知，将定位接收器的探针针尖依次接触通孔，根 据针尖相对于其上定位接收器的位置关系及获得这些通孔在定位发射器坐标系Ot上 的坐标，根据同源点最小二乘原理匹配获得T ti。
【文档编号】A61B8/00GK104207801SQ201310221987
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年6月5日 优先权日:2013年6月5日
【发明者】么娆, 陈闵叶, 徐海荣, 曹达敏 申请人:上海工程技术大学