基于立體視覺的三維B超裝置制造方法及圖紙

一種基于立體視覺的三維Ｂ超裝置，是由ＣＣＤ攝像機、Ｂ超機、同步器、標記器、多路輸入圖像采集卡、采集觸發器、計算機和系統軟件，ＣＣＤ攝像機的行同步信號線和場同步信號線、視頻信號線、Ｂ超視頻信號線、觸發信號線和ＰＣＩ總線組成；該ＣＣＤ攝像機通過行同步信號線和場同步信號線與同步器連接，同時通過視頻信號線與多路輸入圖像采集卡連接；Ｂ超機通過Ｂ超視頻信號線與同步器以及多路輸入圖像采集卡連接；采集觸發器通過觸發信號線與多路輸入圖像采集卡連接；多路輸入圖像采集卡通過ＰＣＩ總線與計算機連接；標記器直接固定在Ｂ超機的探頭上。該裝置在保證可以徒手自由移動探頭的前提下，將定位器與三維重建系統整合在一起，大幅節約成本，定位精度高，使用方便。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于醫療器械
，特別涉及一種B超圖像的定位與三維重建裝置。
技術介紹
三維B超成像已經成為一種重要的醫療診斷技術。在很多情況下(例如術中放療)，醫生不僅需要三維B超圖像本身，并且需要知道三維B超圖像在固定坐標系(如人體坐標系)中的精確位置。因此定位技術是三維B超的一個核心。三維B超系統已經有很多，但大多數在成像的過程中無法自由移動B超的探頭。受機械式定位裝置的制約，探頭只能作平行運動或其它固定軌跡的運動。這對多數B超檢測來說并不方便。對于可徒手(Freehand)自由移動的探頭，其精確的定位技術(計算探頭的6維坐標三個位置坐標，三個角度坐標)是一個難點。英國劍橋大學開發的Stradx/Stradwin三維B超系統，可以徒手自由移動探頭，但使用中需要和專門的定位器相配合，如和美國Polhemus公司的Fastrak或Patriot定位器，美國Ascension公司的MiniBird、Flock of Birds、或LaserBird定位器，或者加拿大NDI公司的Polaris定位器。國際研究機構SINTEF也開發出了可徒手自由移動探頭的三維B超系統，但需要與Flock of Birds、Polaris等定位器結合使用。上述系統本身只包括B超的三維重建功能，必須另外購買定位器才能在實際中使用，這無形中提高了成本，另外導致系統的集成度不高，安裝、調試和操作都比較復雜。對于定位器來說，Fastrak、Patriot、MiniBird、以及Flock of Birds都是電磁式的，雖然價格便宜，但定位精度差，且多數是有線的，使用起來并不方便；而無線的電磁定位器產生的電磁輻射對其它醫療設備可能會有不良影響。LaserBird是激光定位器，精度較高，但價格昂貴，操作復雜。Polaris是紅外線定位器，在臨床上使用較多，精度也較高，但同樣比較昂貴。基于激光和紅外線的定位器都需要主動發射光源，使用不方便。還有一種基于可見光的定位器，不需要發射光源，同時可見光的波長比紅外線要短，因此這種定位器的精度比紅外線定位器要高。Claron公司生產的Micron Tracker就是基于可見光的定位器，精度很高，但價格也很昂貴，另外Micron Tracker與三維B超重建系統的集成能力比較差。
技術實現思路
為了克服可徒手自由移動探頭的三維B超系統價格昂貴、集成度不高，以及外配定位器成本高、定位精度不足的缺點，本專利技術提供了一種新的三維B超裝置。該裝置在保證可以徒手自由移動探頭的前提下，將定位器與三維重建系統整合在一起，不需要獨立購買定位器，可大幅節約成本；同時使用基于可見光和立體視覺的定位原理，定位精度高，使用方便。本專利技術的技術方案如下(請參閱圖1、2、3所示)本專利技術一種基于立體視覺的三維B超裝置，它是由兩臺CCD攝像機(可采集視頻，具有外同步)、B超機(可采集二維B超圖像，市售成品)、同步器、標記器、多路輸入圖像采集卡(至少有三路輸入)、采集觸發器、計算機和系統軟件，CCD攝像機的行同步信號線和場同步信號線、視頻信號線、B超視頻信號線、觸發信號線和PCI總線組成；CCD攝像機通過行同步信號線和場同步信號線與同步器連接，同時通過視頻信號線與多路輸入圖像采集卡連接；B超機通過B超視頻信號線與同步器以及多路輸入圖像采集卡連接；采集觸發器通過觸發信號線與多路輸入圖像采集卡連接；多路輸入圖像采集卡通過PCI總線與計算機連接；標記器直接固定在B超機的探頭上。本專利技術的基本設計思想是為了利用立體視覺準確地得到任意時刻采集到的B超圖像的位置和角度，攝像機圖像采集和B超機圖像采集的同步性是最重要的。攝像機和B超機圖像采集的同步是通過外同步方案來實現的。攝像機的同步信號由同步器從B超信號中分離，然后通過攝像機外同步端口來同步攝像機的行頻和場頻，從而保證圖像采集時兩個攝像機和B超機的嚴格同步。本專利技術各模塊詳細的連接方式闡述如下(1)CCD攝像機兩臺CCD攝像機的線路連接相同。每個攝像機引出4條連接線電源線、行同步信號線(輸入)、場同步信號線(輸入)、以及視頻信號線(輸出)。其中，行同步信號線與場同步信號線與同步器連接，由同步器分離的同步信號提供輸入，通過行同步和場同步信號線來同步攝像機；視頻信號線與多路輸入圖像采集卡相連接，為系統提供同步后的視頻圖像信號。(2)B超機B超機通過B超視頻信號線(輸出)與圖像采集卡和同步器相連接，為圖像采集卡提供B超視頻圖像的同時為同步器提供攝像機的行、場同步信號的分離基準信號。(3)同步器同步器有6個引出接口攝像機1的行同步信號接口(輸出)和場同步信號接口(輸出)、攝像機2的行同步信號接口(輸出)和場同步信號線接口(輸出)、電源接口、以及分離基準信號接口(輸入)。其中，4個同步信號接口與兩個攝像機對應連接；分離基準信號接口與B超視頻信號線連接。(4)標記器標記器的作用在于定位B超機的探頭。標記器是具有特殊樣式(如黑白相間的方格)、易于被攝像機所識別的器件，參見圖3。標記器下端有固定裝置，能固定在B超機的探頭上，并使標記器和探頭之間的相對位置已知。通過立體視覺來定位標記器的坐標和角度，也就可以換算出探頭的坐標和角度。由于攝像機所拍攝的標記器圖像與B超圖像是同步的，因此也就得到了B超圖像的坐標和角度。(5)多路輸入圖像采集卡多路輸入圖像采集卡通過公知的方法連接到計算機上，例如插入PCI插槽。通過PCT總線連接。多路輸入圖像采集卡接收兩路攝像機圖像的輸入和一路B超圖像的輸入。(6)采集觸發器采集觸發器的作用是觸發或停止圖像的采集。采集觸發器可以是腳踏板相連，為圖像采集卡提供采集的觸發信號。使用腳踏板是為了方便用戶的操作，通過點擊計算機的鼠標同樣可以觸發/停止圖像的采集。(7)計算機和系統軟件計算機用來安裝圖像采集卡和系統軟件，圖4是軟件算法的流程圖，系統軟件可以實現B超圖像的定位和三維重建等功能，圖3是軟件界面的實例。本專利技術一種基于立體視覺的三維B超裝置，具有如下優點(1)對B超探頭的運動沒有限制，用戶可以徒手自由移動B超探頭。(2)將定位器與三維重建系統整合在一起，不需要獨立購買定位器，節約成本。(3)可以和絕大多數的現有B超機相連接，使系統互換性好，成本降低。(4)使用基于可見光和立體視覺的原理進行定位，定位精度高。定位裝置本身不發射光源，并且是無線、與人體無接觸的，使用很方便。(5)實現攝像機圖像和B超機圖像的嚴格同步，并且同步后的圖像均可以通過計算機顯示出來，過程直觀，便于檢查和驗證。(6)可以精確計算二維B超圖像在三維坐標系中的坐標和角度，實現B超圖像的三維重建。附圖說明圖1是基于立體視覺的三維B超裝置的總體框圖；圖2是基于立體視覺的三維B超裝置的實物圖；圖3是基于立體視覺的三維B超裝置工作時的截屏圖；圖4是基于立體視覺的三維B超裝置的軟件算法流程圖。圖中標號(主要結構)如下1CCD攝像機2B超機3同步器4標記器5多路輸入圖像采集卡6采集觸發器7計算機和系統軟件8CCD攝像機的行同步信號線和場同步信號線9CCD攝像機視頻信號線10B超視頻信號線11觸發信號線12PCI總線具體實施例方式首先，請參閱圖1、2、3所示，其中圖1為了簡化，將同一攝像機的行同步信號線和場同步信號線用一條線表示。另外，所本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于立體視覺的三維Ｂ超裝置，其特征在于：它是由兩臺ＣＣＤ攝像機、Ｂ超機、同步器、標記器、多路輸入圖像采集卡、采集觸發器、計算機和系統軟件、ＣＣＤ攝像機的行同步信號線和場同步信號線、視頻信號線、Ｂ超視頻信號線、觸發信號線和ＰＣＩ總線組成；其中，ＣＣＤ攝像機通過行同步信號線和場同步信號線與同步器連接，同時通過視頻信號線與多路輸入圖像采集卡連接；Ｂ超機通過Ｂ超視頻信號線與同步器以及多路輸入圖像采集卡連接；采集觸發器通過觸發信號線與多路輸入圖像采集卡連接；多路輸入圖像采集卡通過ＰＣＩ總線與計算機連接；標記器直接固定在Ｂ超機的探頭上。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王兆仲，周付根，白相志，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]