[发明专利]一种基于电磁定位技术的超声探头标定方法与标定装置

权利要求书

1.一种基于电磁定位技术的超声探头标定方法，其特征在于，所述的标定方法包括下列步骤：

S1、超声图像采集，采用电磁定位与B超设备一体化实验平台通过固定于超声探头固定支架的超声探头等间隔拉动采集超声图像，采集时超声探头浸入水面，扫描平面垂直于N线模型，标记点成像遍布整个超声成像区域；

S2、超声图像预处理，对采集的超声图像进行高斯滤波和二值化处理，采用自适应阈值方法遍历所有连通域，直至找到每幅图像所有特征标记点，并求得标记点所在连通域像素坐标平均值(u，v)，记为标记点像素坐标，对标记特征点进行识别排序；

S3、标定矩阵求解，基于SVD方法求解超声图像坐标系到电磁定位传感器坐标系之间的坐标转换矩阵。

2.根据权利要求1所述的一种基于电磁定位技术的超声探头标定方法，其特征在于，所述的步骤S1、超声图像采集具体如下：

搭建用于超声图像采集的电磁定位与B超设备一体化实验平台，通过调用电磁定位系统和B超设备各自的API函数，实现超声图像冻结和电磁定位三维数据获取同步进行，同时实现超声图像增益、对比度、深度、像素坐标显示。

3.根据权利要求1所述的一种基于电磁定位技术的超声探头标定方法，其特征在于，所述的步骤S2、超声图像预处理具体如下：

S201、对于采集到的超声图像，进行高斯平滑滤波和二值化处理；

S202、采用自适应阈值方法遍历所有连通域，直至找到所有特征标记点，并求得标记点所在连通域像素坐标平均值(u，v)，记为标记点像素坐标；

S203、对标记特征点进行横向排序，找出每一层的标记点像素坐标，得到每一层起始标记点像素坐标，根据起始标记点像素坐标进行横向排序，从左至右，顺序递增，直至完成所有标记点的排序标记。

4.根据权利要求1所述的一种基于电磁定位技术的超声探头标定方法，其特征在于，所述的步骤S3、标定矩阵求解具体如下：

S301、建立世界坐标系W(x_w,y_w,z_w,a_w,e_w,r_w)，得到超声探头上定位传感器S的位置坐标s、双N线端点坐标(d_w,e_w1,f_w1,e_w2,f_w2,g_w)，建立定位传感器坐标系S(x_s,y_s,z_s,a_s,e_s,r_s)，建立超声图像坐标系I(x_i,y_i)；

S302、提取标记点像素坐标和相应的排序位置数，其中所述的标记点像素坐标是N线型斜线与超声平面的交点P的图像坐标值；

S303、计算“N线型”斜线与超声平面的交点P在图像坐标系下的坐标p_i，计算线段比例：

k1=||d1-2||||d1-3||,k2=||d3-4||||d3-5||;k3=||d6-7||||d6-8||,k4=||d8-9||||d8-10||;k5=||d11-12||||d11-13||,k6=||d13-14||||d13-15||;k7=||d16-17||||d16-18||,k8=||d18-19||||d18-20||;k9=||d21-22||||d21-23||,k10=||d23-24||||d23-25||;k11=||d26-27||||d26-28||,k12=||d28-29||||d28-30||;k13=||d31-32||||d31-33||,k14=||d33-34||||d33-35||]]>

S304、由各N线端点坐标(d_w,e_w1,f_w1,e_w2,f_w2,g_w)计算“N线型”斜线与超声平面交点P在世界坐标系W下的坐标p_w；

S305、由定位传感器S的位置坐标s计算世界坐标系变换到传感器坐标系S下的坐标转换矩阵T_w→s,计算“N线型”斜线与超声平面交点P在世界坐标系W下的坐标p_w转换到传感器坐标系S下的坐标p_s；

S306、计算“N线型”斜线与超声平面交点P在图像坐标系下的坐标p_i的均值计算“N线型”斜线与超声平面交点p在传感器坐标系S下的坐标p_s的均值通过公式计算奇异值分解矩阵H；

S307、通过[U,S,V]＝svd(H)公式计算正交矩阵U，V；

S308、通过R＝V·U'公式计算图像坐标系到传感器坐标系的旋转矩阵R；

S309、通过T＝P_s-R·P_i公式计算图像坐标系到传感器坐标系的平移矩阵T，得到坐标转换矩阵。