[发明专利]一种通过超声检测约束针状物体在三维空间中运动的方法

说明书

本发明公开了一种通过超声检测约束针状物体在三维空间中运动的方法，包括以下步骤：选定针状物体在三维空间中的运动平面，使用超声传感器对该平面成像；控制针状物体在该平面中运动，同时测量针状物体当前的三个转动自由度；根据测量的转动自由度以及超声传感器探测的图像判断针状物体是否始终处于选定的运动平面上，如果其运动方向产生了偏离，则立刻调整其运动方向直至其回到选定的运动平面上；通过上述的方法，约束针状物体在三维空间中一固定平面上运动。本发明使用了超声检测方式，提出了一种可用于精密控制领域的约束针状物体在三维空间中运动的方法。

技术领域

本发明属于超声检测及处理领域，尤其涉及一种通过超声检测约束针状物体在三维空间中运动的方法。

背景技术

经过几十年的研究，超声检测在各领域的应用也日趋深入。在超声检测的方法中，超声成像是一种简便、直观、有效的检测手段，通过超声波对目标区域的反射信号成像，能够快速且精准地定位目标区域中所需检测的物体，但同时，超声成像检测法也存在缺点，首先，目前应用较为广泛的超声成像技术都是使用的手持超声传感器，在精密控制领域，手持超声传感器很难直接满足检测的需求，其次，超声成像检测法是通过人眼分析超声图像进而做出判断的一种检测方法，其过程中存在一定的主观性影响。因此，需要一种方法，能在现有超声检测方法的基础上进行改进与创新，实现精密控制领域的超声检测。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有的超声检测方式，提供了一种通过超声检测约束针状物体在三维空间中运动的方法，改进了超声检测过程的精确性与可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种通过超声检测约束针状物体在三维空间中运动的方法，包括如下步骤：

步骤1，选定针状物体在三维空间中的运动平面，使用超声传感器对该运动平面成像，得到重建的二维超声图像；

步骤2，控制针状物体在该运动平面中运动，同时测量针状物体当前的三个转动自由度；

步骤3，根据测量的转动自由度以及重建的二维超声图像判断针状物体是否始终处于选定的运动平面上，如果其运动方向产生了偏离，则立刻调整其运动方向直至其回到选定的运动平面上；

步骤4，通过步骤1～步骤3，约束针状物体在三维空间中一固定平面上运动。

所述线阵超声传感器包括一组以上的线性排列的传感器元组，线阵超声传感器通过手持方式自由控制。在对目标三维空间发射与采集超声信号过程中，可以对目标三维空间的任意位置进行探测。

步骤1中，所述针状物体是一细长的刚体，用于探测三维空间中选定平面内的目标区域，针状物体能够在三维空间的选定平面内运动，但其运动范围不能超出选定平面，超出时则判定为偏离了正确的运动方向。

步骤1中，超声传感器包括一组线性排列的传感器元组，选定成像平面后，超声传感器必须固定位置不得移动，保持对该目标平面的实时成像。

步骤1中，所述使用超声传感器对运动平面成像，使用的重建信号是线阵超声传感器采集到的目标三维空间对超声波的反射信号，使用的重建方法是基于反射信号的波束形成以及延时叠加重建方法：

波束形成法，是利用线阵传感器发射不同时延的信号使信号能够聚焦在一个区域或者一个方向；目的是为了使最终重建出的超声辉度图成像质量更高，在这个过程中，若使信号沿着一个方向聚焦，其目的是为了避免在其它方向上可能存在的遮挡物干扰超声信号传输的情况，若使信号在一个区域聚焦，其目的是为了更好地在成像结果中显示出该区域的信息，也可以两种聚焦方式结合使用，以此来反应出成像区域中不同层次的信息，

延迟叠加法，是对应波束形成法的一种图像重建方法，在接收信号延迟叠加时，延迟是对应波束形成时的发射信号延迟，通过延迟后的叠加能够重建出发射信号的聚焦成像区域，对于沿某一方向聚焦的波束形成，信号延迟的计算公式为：