【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及超聲計(jì)量測(cè)試，特別涉及一種基于機(jī)器視覺和優(yōu)化算法的超聲聚焦換能器尋找焦點(diǎn)的系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、超聲換能器是指電聲換能器，其功能是實(shí)現(xiàn)電能和聲能之間的轉(zhuǎn)化，具體是一種在超聲頻率范圍內(nèi)將交變的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)或者將外來(lái)聲場(chǎng)中的聲信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的能量轉(zhuǎn)換器。而聚焦超聲換能器作為超聲換能器的一種，是在近幾年醫(yī)學(xué)超聲發(fā)展中產(chǎn)生的。在腫瘤治療領(lǐng)域需要高強(qiáng)度的超聲波，而超聲聚焦換能器就可以將超聲波的能量聚集起來(lái)形成一個(gè)面積極小的高強(qiáng)度區(qū)域，該區(qū)域被稱為焦點(diǎn)或焦斑。在焦斑處的能量、聲壓、聲強(qiáng)可以達(dá)到極大。
2、在實(shí)際的使用中，需要確定超聲聚焦換能器焦點(diǎn)的位置，常用的方法有網(wǎng)格式掃描法。水聽器是一種水下探測(cè)聲信號(hào)的傳感器，常見的水聽器有探針?biāo)犉鳌⒈∧に犉鳌＞W(wǎng)格式掃描法是用水聽器在框定的空間范圍內(nèi)，在x,y,z軸以固定的移動(dòng)步長(zhǎng)采集空間位置上的聲壓信號(hào)，將每個(gè)空間位置上采集到的信號(hào)記錄后其聲壓最大的區(qū)域就是焦點(diǎn)。其方法的優(yōu)點(diǎn)是可以精確找到焦點(diǎn)的位置，但由于需要采集的點(diǎn)數(shù)量巨大，因此耗費(fèi)的時(shí)間很久。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專利技術(shù)的目的在于提供一種快速尋找超聲聚焦換能器焦點(diǎn)的方法，提高效率，降低時(shí)間成本。
2、基于上述目的，一種基于機(jī)器視覺和優(yōu)化算法的聚焦換能器尋焦系統(tǒng)，其特征在于，包括：
3、水箱，用于搭建整個(gè)系統(tǒng)框架構(gòu)建一個(gè)聲場(chǎng)；
4、超聲聚焦換能器，用于輸出超聲波并將其聚焦在焦點(diǎn)區(qū)域；
5、探針?biāo)犉鳎c所
6、三維自走機(jī)構(gòu)，與所述換能器連接，用于移動(dòng)換能器并且定位換能器的空間位置；
7、相機(jī)，與所述水箱固定，用于拍攝換能器的正面圖像以進(jìn)行圖像處理；
8、機(jī)器視覺處理模塊，與所述相機(jī)連接，用于定位換能器正面的幾何中心點(diǎn)位置，與所述三維自走機(jī)構(gòu)連接，將換能器幾何中心移動(dòng)到與探針?biāo)犉魍S位置；
9、優(yōu)化路徑模塊，與所述三維自走機(jī)構(gòu)連接，在設(shè)定空間范圍內(nèi)根據(jù)當(dāng)前空間位置和周圍空間位置的瞬時(shí)聲壓值通過(guò)優(yōu)化算法選取最優(yōu)測(cè)量路徑尋找聲壓峰值點(diǎn)。
10、可選的，在所述的聚焦換能器尋焦系統(tǒng)中，所述的定位換能器正面的幾何中心點(diǎn)位置的過(guò)程如下：
11、對(duì)相機(jī)先進(jìn)行標(biāo)定。確定基準(zhǔn)點(diǎn)，并確定基準(zhǔn)點(diǎn)與探針?biāo)犉骷舛藌向距離，并且確保基準(zhǔn)點(diǎn)與探針?biāo)犉骷舛吮３謟向同軸。自動(dòng)調(diào)節(jié)曝光拍攝選出合適的圖像，識(shí)別出圖像中聚焦超聲換能器輪廓，對(duì)找到的聚焦超聲換能器輪廓進(jìn)行擬合，根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換從而得到幾何中心的坐標(biāo)。
12、可選的，在所述的聚焦換能器尋焦系統(tǒng)中，將換能器幾何中心移動(dòng)到與探針?biāo)犉魍S位置的過(guò)程如下：
13、將通過(guò)機(jī)器視覺處理后幾何中心的坐標(biāo)記錄，移動(dòng)y軸坐標(biāo)使超聲聚焦換能器幾何中心移動(dòng)到和相機(jī)基準(zhǔn)點(diǎn)y軸坐標(biāo)一致，再移動(dòng)z軸坐標(biāo)使超聲聚焦換能器幾何中心移動(dòng)到和探針?biāo)犉骷舛藌軸坐標(biāo)一致。
14、可選的，在所述的聚焦換能器尋焦系統(tǒng)中，所述的在設(shè)定空間范圍內(nèi)根據(jù)當(dāng)前空間位置和周圍空間位置的瞬時(shí)聲壓值通過(guò)優(yōu)化算法選取最優(yōu)測(cè)量路徑尋找聲壓峰值點(diǎn)的過(guò)程如下：
15、利用三維自走機(jī)構(gòu)將經(jīng)過(guò)機(jī)器視覺處理的超聲聚焦換能器的幾何中心定位到與探針?biāo)犉魍S的位置，并將二者距離放置在理論焦點(diǎn)距離。
16、利用優(yōu)化路徑模塊，根據(jù)在設(shè)定范圍內(nèi)探針?biāo)犉鳙@取的當(dāng)前測(cè)量點(diǎn)周圍的瞬時(shí)聲壓值，使用路徑優(yōu)化算法計(jì)算獲得聲場(chǎng)掃描的最優(yōu)路徑，并將所述最優(yōu)路徑作為規(guī)劃的測(cè)量路徑進(jìn)行實(shí)際聲場(chǎng)超聲焦點(diǎn)的快速測(cè)焦。
17、可選的，在所述的聚焦換能器尋焦系統(tǒng)中，所述優(yōu)化算法可以為爬山算法、最陡算法、模擬退火算法、粒子群算法或者如下算法：
18、先從設(shè)定空間范圍的邊界開始，沿y軸采集聲場(chǎng)數(shù)據(jù)，記錄下各個(gè)位置下的聲壓值，再?gòu)牟杉铰晧鹤罡叩膬蓚€(gè)點(diǎn)的中心開始沿x軸在設(shè)定空間范圍內(nèi)采集聲場(chǎng)數(shù)據(jù)，記錄下各個(gè)位置下的聲壓值，在采集到聲壓最高的的兩個(gè)點(diǎn)的中心開始沿y軸在設(shè)定空間范圍內(nèi)采集聲場(chǎng)數(shù)據(jù)。之后重復(fù)如上操作，直到聲壓值增幅低于設(shè)置的聲壓增幅，完成xy平面采集，之后在設(shè)定空間范圍內(nèi)移動(dòng)z軸，選取此時(shí)z軸上最大聲壓點(diǎn)為焦點(diǎn)，完成采集。
19、可選的，在所述的聚焦換能器尋焦系統(tǒng)中所述三維自走機(jī)構(gòu)包括：
20、三個(gè)滑動(dòng)軌道，設(shè)置于所述的水箱上方；
21、旋轉(zhuǎn)夾持部件，設(shè)置在所述滑動(dòng)軌道上，可沿滑動(dòng)軌道運(yùn)動(dòng)，用于夾持固定超聲聚焦換能器和調(diào)整夾持方向；
22、伺服電機(jī)，與所述旋轉(zhuǎn)夾持部件和滑動(dòng)軌道連接，用于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)夾持部件沿著所述滑動(dòng)軌道運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)和調(diào)整夾持方向，以調(diào)節(jié)所述超聲聚焦換能器的空間位置。
23、可選的，在所述的聚焦換能器尋焦系統(tǒng)中，所述三維自走機(jī)構(gòu)系統(tǒng)具有三個(gè)直角坐標(biāo)平移軸自由度以及兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，所述超聲聚焦換能器與所述三維自走機(jī)構(gòu)某一平移軸保持共軸或平行。
24、可選的，在所述的聚焦換能器尋焦系統(tǒng)中，所述三維自走機(jī)構(gòu)可連接計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，輸入坐標(biāo)可以自動(dòng)運(yùn)動(dòng)到設(shè)置好的空間位置上。
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1.一種基于機(jī)器視覺和優(yōu)化算法的聚焦換能器尋焦系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺和優(yōu)化算法的聚焦換能器尋焦系統(tǒng)，其特征在于，所述定位換能器正面的幾何中心點(diǎn)位置的過(guò)程如下：
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺和優(yōu)化算法的聚焦換能器尋焦系統(tǒng)，其特征在于，所述將換能器幾何中心移動(dòng)到與探針?biāo)犉魍S位置的過(guò)程如下：
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺和優(yōu)化算法的聚焦換能器尋焦系統(tǒng)，其特征在于，所述的在設(shè)定空間范圍內(nèi)根據(jù)當(dāng)前空間位置和周圍空間位置的瞬時(shí)聲壓值通過(guò)優(yōu)化算法選取最優(yōu)測(cè)量路徑尋找聲壓峰值點(diǎn)的過(guò)程如下：
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺和優(yōu)化算法的聚焦換能器尋焦系統(tǒng)，其特征在于，在所述的聚焦換能器尋焦系統(tǒng)中所述三維自走機(jī)構(gòu)包括：
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于機(jī)器視覺和優(yōu)化算法的聚焦換能器尋焦系統(tǒng)，其特征在于，所述三維自走機(jī)構(gòu)系統(tǒng)具有三個(gè)直角坐標(biāo)平移軸自由度以及兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，所述超聲聚焦換能器與所述三維自走機(jī)構(gòu)某一平移軸保持共軸或平行。
7.如權(quán)利要求5所述的一種基
8.如權(quán)利要求4所述的一種基于機(jī)器視覺和優(yōu)化算法的聚焦換能器尋焦系統(tǒng)，其特征在于，所述其中一種優(yōu)化路徑算法如下：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于機(jī)器視覺和優(yōu)化算法的聚焦換能器尋焦系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺和優(yōu)化算法的聚焦換能器尋焦系統(tǒng)，其特征在于，所述定位換能器正面的幾何中心點(diǎn)位置的過(guò)程如下：
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺和優(yōu)化算法的聚焦換能器尋焦系統(tǒng)，其特征在于，所述將換能器幾何中心移動(dòng)到與探針?biāo)犉魍S位置的過(guò)程如下：
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺和優(yōu)化算法的聚焦換能器尋焦系統(tǒng)，其特征在于，所述的在設(shè)定空間范圍內(nèi)根據(jù)當(dāng)前空間位置和周圍空間位置的瞬時(shí)聲壓值通過(guò)優(yōu)化算法選取最優(yōu)測(cè)量路徑尋找聲壓峰值點(diǎn)的過(guò)程如下：
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺和優(yōu)化算法的聚...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：阮煒迪，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)計(jì)量大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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