一种基于激光雷达的三维超声成像方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于激光雷达的三维超声成像系统，包括：超声探头，用于对目标物的感兴趣区域进行超声扫描；二维超声成像装置，用于基于所述超声扫描生成目标物的感兴趣区域的二维超声图像；三维空间信息获取装置，用于通过激光雷达获取所述超声探头的三维空间信息；三维重建模块，用于基于所述超声探头的三维空间信息和所述二维超声图像重建三维超声图像；用户终端，用于显示所述三维超声图像。本发明专利技术还涉及基于激光雷达的三维超声成像方法。本发明专利技术以灵活、低成本和小体积的方式重建三维超声图像，提升三维超声技术的可及性，并拓展三维传感领域的应用场景。三维传感领域的应用场景。三维传感领域的应用场景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光雷达的三维超声成像方法和系统


[0001]本专利技术涉及三维超声成像领域，更具体地说，涉及一种基于激光雷达的三维超声成像方法和系统。

技术介绍

[0002]自由臂(free
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hand)三维成像，即由人手自由移动超声探头在目标物上作扫描，利用三维空间传感技术捕获超声探头的位置及方向信息。目前常用的三维空间传感技术包括空间参照物或信号及相应的探测器。举例来说，使用电磁发射器来发射电磁波作为参考信号，探测器根据电磁波场强的变化来判断探头的位置和方向变化。再比如，使用安放在探头表面的一个或多个的视觉标识物来作为参考物，并使用一个或多个环绕超声探头的摄像头来探测探头的位置及方向。进一步地，也有专利提出基于三维追踪相机的三维超声成像技术，该方法利用ToF相机或双目立体相机，可以应用于没有特定参考物的任何场合。
[0003]上述的三维空间传感技术各自存在着自身的优点与局限性。就电磁传感技术而言，其会受到周遭金属物体的干扰。而基于摄像头的传感系统通常体积庞大，费用高昂。然而，超声成像系统的小型化和便携化是未来的发展方向，如何优化庞大的空间定位系统是推动三维超声产业发展的一个重要技术问题。
[0004]激光雷达(LiDAR)是一种以红外激光为发射源，可以精确、快速获取目标三维空间信息的主动探测技术，被应用于军事、航空航天以及无人驾驶、机器人视觉导航、遥感测绘等民用三维传感领域。其工作原理是发射红外激光到物体表面，然后接收物体的反射光信号，比较与初始激光的不同从而计算出距离。就三维成像应用而言，该技术的本质是通过测量光脉冲或调制信号往返于雷达和目标之间的飞行时间来获得距离信息(Z轴)，同时通过扫描或者多点对应测量获得垂直于光束方向平面内的方位信息(X、Y轴)。具体地，实现三维成像的方式是对每个三维空间内的像素点的进行激光测距，在单点测距的基础上，对每个测距点的方位信息同步进行测量，如方位角
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俯仰角
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距离、距离
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速度
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强度，并将数据以图像的形式显示。然而，到目前为止，尚且缺乏一种将激光雷达应用于自由臂三维超声成像的传感系统。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题在于，针对上述技术方案存在的缺陷，提供一种抗干扰能力强、成本低、体积小、可及性高、并且可在不需要特定参考物的任何环境下使用的基于激光雷达的三维超声成像方法和系统。
[0006]为解决上述技术问题，专利技术所采用的技术方案是提供一种基于激光雷达的三维超声成像系统，包括：
[0007]超声探头，用于对目标物的感兴趣区域进行超声扫描；
[0008]二维超声成像装置，用于基于所述超声扫描生成所述目标物的感兴趣区域的二维超声图像；
[0009]三维空间信息获取装置，用于通过激光雷达获取所述超声探头的三维空间信息；
[0010]三维重建模块，用于基于所述超声探头的三维空间信息和所述二维超声图像重建三维超声图像。
[0011]在本专利技术提供的基于激光雷达的三维超声成像系统中，所述三维空间信息获取装置包括：激光雷达和处理模块；所述激光雷达与所述超声探头固定连接，并与所述超声探头同步移动，所述激光雷达用于获取环境深度数据，并基于所述环境深度数据生成初始三维空间信息；所述处理模块用于将所述初始三维空间信息转换为所述超声探头的三维空间信息。
[0012]在本专利技术提供的基于激光雷达的三维超声成像系统中，当所述超声探头发生位移时，所述三维空间信息获取装置通过所述处理模块将所述环境深度数据实时转换以获得所述超声探头的一系列三维空间信息。
[0013]在本专利技术提供的基于激光雷达的三维超声成像系统中，当所述超声探头发生位移时，所述三维空间信息获取装置通过处理模块将所述环境深度数据用同时定位与地图构建技术实时转换获得所述超声探头的一系列三维空间信息。
[0014]在本专利技术提供的基于激光雷达的三维超声成像系统中，所述三维空间信息获取装置包括多个所述激光雷达；多个所述激光雷达与所述超声探头的相对位置互不相同，或者，多个所述激光雷达的朝向互不相同；多个所述激光雷达，用于获取多组环境深度数据，并基于多组环境深度数据生成多组初始三维空间信息；所述处理模块用于对多组初始三维空间信息进行转换，生成所述超声探头的三维空间信息。
[0015]在本专利技术提供的基于激光雷达的三维超声成像系统中，所述三维空间信息获取装置包括激光雷达和处理模块；所述激光雷达与所述超声探头分离设置；所述激光雷达布置于能让至少一个标识物在所述激光雷达可视范围内的位置，用于获取所述标识物的轮廓信息，并基于所述标识物的轮廓信息生成所述超声探头的初始三维空间信息；所述标识物包括所述超声探头的至少一部分和/或设置在所述超声探头上的至少一个视觉标识物；所述处理模块用于将所述初始三维空间信息转换为所述超声探头的三维空间信息。
[0016]在本专利技术提供的基于激光雷达的三维超声成像系统中，所述三维空间信息获取装置包括多个所述激光雷达；多个所述激光雷达被设置于空间内的不同位置或朝不同方向，用于获取多组所述超声探头或所述超声探头的一部分的多组轮廓信息，并基于所述超声探头或所述超声探头的一部分的多组轮廓信息生成多组所述超声探头的初始三维空间信息；所述处理模块用于对多组初始三维空间信息进行转换，生成所述超声探头的三维空间信息。
[0017]在本专利技术提供的基于激光雷达的三维超声成像系统中，所述三维空间信息获取装置还包括至少一个运动传感器和/或至少一个摄像头。
[0018]在本专利技术提供的基于激光雷达的三维超声成像系统中，所述三维空间信息获取装置为集成有所述激光雷达的终端设备的至少一部分。
[0019]在本专利技术提供的基于激光雷达的三维超声成像系统中，所述三维空间信息获取装置还包括修正模块；所述修正模块用于基于测得的所述初始三维空间信息的变化与所述二维超声图像内容的变化，对所述初始三维空间信息和所述二维超声图像在三维空间中的位置进行修正。
[0020]在本专利技术提供的基于激光雷达的三维超声成像系统中，所述三维超声成像系统还包括分别固定连接所述三维空间信息获取装置和所述超声探头的安装模块；所述安装模块包括可供操作者握持的手柄。
[0021]在本专利技术提供的基于激光雷达的三维超声成像系统中，所述三维超声成像系统还包括数据集成及通信装置，所述数据集成及通信装置用于将所述二维超声成像装置得到的二维超声图像和所述三维空间信息获取装置得到的三维空间信息进行整合并通过有线或无线的模式传输给所述三维重建模块。
[0022]在本专利技术提供的基于激光雷达的三维超声成像系统中，所述三维超声成像系统还包括云端计算模块，所述云端计算模块用于实现所述三维重建模块的全部或部分功能。
[0023]在本专利技术提供的基于激光雷达的三维超声成像系统中，所述三维超声成像系统还包括用户终端，所述用户终端用于显示所述三维超声图像。
[0024]本专利技术解决上述技术问题采用的另一技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达的三维超声成像系统，其特征在于，包括：超声探头，用于对目标物的感兴趣区域进行超声扫描；二维超声成像装置，用于基于所述超声扫描生成所述目标物的感兴趣区域的二维超声图像；三维空间信息获取装置，用于通过激光雷达获取所述超声探头的三维空间信息；三维重建模块，用于基于所述超声探头的三维空间信息和所述二维超声图像重建三维超声图像。2.根据权利要求1所述的基于激光雷达的三维超声成像系统，其特征在于，所述三维空间信息获取装置包括：激光雷达和处理模块；所述激光雷达与所述超声探头固定连接，并与所述超声探头同步移动，所述激光雷达用于获取环境深度数据，并基于所述环境深度数据生成初始三维空间信息；所述处理模块用于将所述初始三维空间信息转换为所述超声探头的三维空间信息。3.根据权利要求2所述的基于激光雷达的三维超声成像系统，其特征在于，当所述超声探头发生位移时，所述三维空间信息获取装置通过所述处理模块将所述环境深度数据实时转换以获得所述超声探头的一系列三维空间信息。4.根据权利要求2所述的基于激光雷达的三维超声成像系统，其特征在于，当所述超声探头发生位移时，所述三维空间信息获取装置通过处理模块将所述环境深度数据用同时定位与地图构建技术实时转换获得所述超声探头的一系列三维空间信息。5.根据权利要求2所述的基于激光雷达的三维超声成像系统，其特征在于，所述三维空间信息获取装置包括多个所述激光雷达；多个所述激光雷达与所述超声探头的相对位置互不相同，或者，多个所述激光雷达的朝向互不相同；多个所述激光雷达，用于获取多组环境深度数据，并基于多组环境深度数据生成多组初始三维空间信息；所述处理模块用于对多组初始三维空间信息进行转换，生成所述超声探头的三维空间信息。6.根据权利要求1所述的基于激光雷达的三维超声成像系统，其特征在于，所述三维空间信息获取装置包括激光雷达和处理模块；所述激光雷达与所述超声探头分离设置；所述激光雷达布置于能让至少一个标识物在所述激光雷达可视范围内的位置，用于获取所述标识物的轮廓信息，并基于所述标识物的轮廓信息生成所述超声探头的初始三维空间信息；所述标识物包括所述超声探头的至少一部分和/或设置在所述超声探头上的至少一个视觉标识物；所述处理模块用于将所述初始三维空间信息转换为所述超声探头的三维空间信息。7.根据权利要求6所述的基于激光雷达的三维超声成像系统，其特征在于，所述三维空间信息获取装置包括多个所述激光雷达；多个所述激光雷达被设置于空间内的不同位置或朝不同方向，用于获取多组所述超声探头或所述超声探头的一部分的多组轮廓信息，并基于所述超声探头或所述超声探头的一部分的多组轮廓信息生成多组所述超声探头的初始三维空间信息；所述处理模块用于对多组初始三维空间信息进行转换，生成所述超声探头的三维空间信息。8.根据权利要求1所述的基于激光雷达的三维超声成像系统，其特征在于，所述三维空间信息获取装置还包括至少一个运动传感器和/或至少一个摄像头。9.根据权利要求1所述的基于激光雷达的三维超声成像系统，其特征在于，所述三维空
间信息获取装置为集成有所述激光雷达的终端设备的至少一部分。10.根据权利要求1所述的基于激光雷达的三维超声成像系统，其特征在于，所述三维空间信息获取装置还包括修正模块；所述修正模块用于基于测得的所述初始三维空间信息的变化与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑永平，
申请(专利权)人：中慧医学成像有限公司，
类型：发明
国别省市：