基于光学定位跟踪的自由臂三维超声精度标定的研究进展

发布时间：2019-11-03 07:15

【摘要】：该文总结回顾了基于光学定位跟踪的自由臂三维超声探头标定方法。该文首先介绍了现有标定方法的研究现状,依据其原理的不同分为点模型、线模型、面模型及无校准块方法;其次介绍了求解标定矩阵的两类算法,包括迭代法和闭式法;然后介绍了评价标定精度的两类指标;最后从标定精度、标定时间、可靠性、适用范围、方便性等方面分析了各种标定方法的特点,并探讨了自由臂三维超声探头标定方法存在的问题及发展趋势。
【图文】：

?统，，该系统具有定位精度高、响应时间短、鲁棒性好、适用温度范围广及可测量不同大小体积等优点。本文将从自由臂三维超声探头标定方法、标定算法和标定精度评价方法3个方面介绍超声精度标定的研究进展，并对各种标定方法的特点、发展趋势以及存在问题进行探讨。1逍逍逍逍逍逍逍逍逍逍逍逍逍逍逍逍逍逍逍逍逍逍超声精度标定方法自由臂三维超声探头标定的目的是为了确定超声图像坐标系与固定在超声探头上的参考架坐标系之间的转换矩阵。该转换矩阵包括6个参数，即3个平移参数和3个旋转参数，标定所涉及的坐标系如图1所示，其中W为世界坐标系即定位跟踪系统自身的坐标系，S为超声探头坐标系，P为校准块坐标系，I为超声图像坐标系。为了确定超声图像坐标系下各点坐标，需引入单位转换因子Ts。当标定矩阵确定之后，就可以将超声图像的像素经过一系列坐标转换，最终将其从超声图像坐标系转换到世界坐标系下，转换公式如下所示:pW=TW←STS←ITspI。其中TB←A表示从坐标系A到坐标系B的空间转换矩阵，pA代表坐标系A中的点p。超声探头标定的一般思路是使用超声探头去扫描已知几何大小的物体(校准块)，然后建立等式方程去求解标定矩阵。依据标定原理的不同，现有的标定方法主要分为4类:点模型、线模型、面模型以及无校准块方法。图1超声探头标定涉及的参考系Fig1Coordinateframesinultrasoundprobecalibration1．1点模型校准块中最简单的形式是点模型，也是人们使用最早的校准块。根据每幅超声图像中所获目标点个数的不同，点模型主要分为单点模型和多点模型2类。1．1．1单点模型单点模型通常是以一对交叉线的交点［7］或者一个球状物的中心作为目标点［8－9］，如图2所示。在标定过程?

声探头去扫描已知几何大小的物体(校准块)，然后建立等式方程去求解标定矩阵。依据标定原理的不同，现有的标定方法主要分为4类:点模型、线模型、面模型以及无校准块方法。图1超声探头标定涉及的参考系Fig1Coordinateframesinultrasoundprobecalibration1．1点模型校准块中最简单的形式是点模型，也是人们使用最早的校准块。根据每幅超声图像中所获目标点个数的不同，点模型主要分为单点模型和多点模型2类。1．1．1单点模型单点模型通常是以一对交叉线的交点［7］或者一个球状物的中心作为目标点［8－9］，如图2所示。在标定过程中，单个目标点通常被认为是校准块坐标系的原点，因此会有以下等式成立:0001=TP←WTW←STS←ITspIxpIy01。利用该等式确定的3个约束方程并增加目标点的个数，通过约束优化算法来求解标定矩阵。图2交叉线点模型(A)和球状物点模型(B)Fig2Cross-wirepointphantom(A)andbeadpointphantom(B)|1523

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