CN103105432A

CN103105432A - 超声显微的三维透视成像技术

Info

Publication number: CN103105432A
Application number: CN2011103603810A
Authority: CN
Inventors: 徐春广; 门伯龙; 刘中柱; 赵新玉; 肖定国; 卢宗兴; 郭祥辉; 杨柳; 王宏博; 阎红娟
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2013-05-15

Abstract

本发明将计算机三维成像技术应用于超声显微技术中，将超声显微扫查所采集到的全波数据进行处理，建立三维数学模型；通过计算机三维图像引擎，将该数学模型矩阵中的数据进行分层后，将每层数据按数学模型中的幅值渲染颜色，并设置透明度，之后将各层图像按照Z坐标排列起来，形成三维透视多层渲染模型，直观的显示被测工件的内部结构及缺陷，并实现三维图形的旋转、缩放功能；当指定剖面时，按照剖面的函数及剖视方向，部分绘制三维数学模型中的数据，同样进行多层透明渲染，实现剖视效果。

Description

超声显微的三维透视成像技术

一、技术领域

本发明设计制造了一种应用于超声显微检测中的计算机三维成像技术，适用于电子封装和复合材料的超声显微检测成像领域。

二、背景技术

超声显微检测技术是检测电子封装等精密结构内部缺陷的一种非常有效的手段，它是一种利用聚焦高频超声，通常为20MHz～300MHz，对物体表面、亚表面及其内部一定深度内的细微结构显微成像，进行可视化观察的技术，它主要是针对半导体器件、芯片、材料内部的失效分析，可以检查材料内部的晶格结构，杂质颗粒、内部裂纹、分层缺陷、空洞、气泡等。

在超声显微检测中，成像技术是关键技术之一。超声显微扫查的全波数据包括二维平面信息和深度信息，为了使检测人员分辨出被测物体的内部结构及内部缺陷，需要把这些信息直观的显示出来。传统的C扫描仅能显示二维平面信息，而B扫描仅能显示深度信息。因此，通过全波采集获取平面信息与深度信息，将其结合起来，应用计算机三维成像技术，可以更直观的表征被测物体的内部结构及缺陷信息。

三、发明内容

本发明的目的是提供一套超声显微的计算机三维成像方法。

本发明将计算机三维成像技术应用于超声显微技术中，基于超声显微扫查的全波数据采集技术，将全波数据保存并进行处理，建立三维数学模型，借助计算机三维图像引擎，将该数学模型矩阵中的数据进行分层后，将每层数据按数值渲染颜色，并设置透明度。之后将各层图像结合起来，形成三维透视模型，直观的显示被测物体的内部结构及缺陷，并提供旋转、缩放、剖视图等功能，使检测人员可以从多个角度直观的查看被测物体的内部结构及缺陷。

四、附图说明

图1单层扫查数据彩色渲染图

图2全波数据的三维彩色透明成像图

五、具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细说明：

1.全波数据采集

在A扫波形上，调整超声换能器的Z方向坐标，使得换能器聚焦到被测目标的平面上。设置跟踪闸门和数据闸门，包括开始时间、闸门宽度和阀值电压。将关心的波形区域包含在数据内，使得阀值高于噪声幅值而低于信号幅值，跟踪闸门的作用是当被测表面不平整或倾斜时仍能保持数据闸门与波形的相对位置固定。

扫查时，每一个XY坐标点记录一个波形，使用三维数组数据结构存储。三个维度分别代表X坐标、Y坐标和时差(TOF)，数组的值为每个点的电压幅值。

2.基于超声显微全波采集的三维数学模型

超声显微扫查系统的全波数据采集模块为计算机三维成像提供了数据基础。根据上述三维数组中的TOF坐标、数组TOF维度长度N、闸门开始时间t₀和采样长度t_M，通过公式

t = t_{0} + \frac{TOF \times t_{M}}{N}

可计算出其对应的时差t。再根据时差t以及超声波在不同介质中的声速v，通过公式

z＝t*v

可计算出每个XY坐标点对应的所有扫查数据的深度z，使用X，Y，Z三坐标重新建立X、Y、Z三维数学模型矩阵。

3.Direct 3D图形接口

本发明采用Direct 3D图形接口绘制三维图像。Direct 3D是微软公司在Microsoft Windows操作系统上所开发的一套3D绘图编程接口，是DirectX的一部份，目前广为各家显卡所支持。与OpenGL同为电脑绘图软件和电脑游戏最常使用的两套绘图编程接口之一。Direct 3D图形接口提供了三维图形的坐标映射、坐标变换、线面的消隐、材质、纹理、光照模型等功能。

4.单层彩色渲染

根据2所述的三维数学模型，取出相同Z坐标的所有数据进行单层渲染。按照每个点的XY坐标，将该层划分成X*Y个网格。将数学模型中的数据根据伪彩色映射表映射为RGB颜色值，映射方法为0对应白色RGB(255，255，255)，正向最大幅值(A+)对应红色RGB(255，0，0)，A/2+对应黄色RGB(255，255，0)负向最大幅值(A-)对应蓝色RGB(0，0，255)，A/2-对应绿色RGB(0，255，0)，其他值根据插值计算出。然后将每个网格中的小平面按照颜色值进行逐点渲染，即得到单层数据彩色渲染图像。

5.多层三维透明成像

基于上述单层渲染方法，将各层按照Z坐标分别渲染，并设置透明度为0.1，按照Z坐标将各层图像进行排列，即实现对超声显微全波数据的三维彩色透明成像。利用Direct 3D图形接口，实现对图像的旋转、缩放功能。当指定剖面时，按照剖面的函数及剖视方向，只取出剖面一侧的所有数据，重新按照上述成像方法将此部分数据进行多层三维透明成像，即实现剖视效果。

Claims

1.应用于超声显微的三维透视成像技术，其特征在于：它建立超声显微扫查结果的三维数学模型，并结合计算机三维成像技术，以多层渲染方式实现超声显微扫查结果的三维显示，并实现三维图像的剖视图功能。

2.根据权利要求1所述的超声显微扫查结果的数学模型，其特征在于：超声显微扫查结果的全波数据包括一个三维数组，三个维度分别代表X坐标、Y坐标和时差(TOF)，数组的值为每个点的幅值。根据其TOF值及超声波在不同介质中的声速，计算每个XY坐标点对应的所有扫查数据的深度信息，建立X、Y、Z三维数学模型矩阵。

3.根据权利要求1所述的多层渲染方式，其特征在于：利用Direct 3D图形接口，将权利要求2中的数学模型矩阵中相同Z坐标的所有数据取出，按照XY坐标排列，将数学模型中的数据映射为RGB颜色值，逐点渲染，形成单层渲染图像；将各层按照Z坐标排列分别渲染，并设置透明度，实现多层渲染，并实现图像的旋转、缩放功能。

4.根据权利要求1所述的维图像的剖视图，其特征在于：基于权利要求3所述的多层渲染模型，根据指定剖面，按照剖面的函数及剖视方向，部分绘制三维数学模型中的数据，同样进行多层透明渲染，实现剖视效果。