CN104921756A - 一种改进的数字扫描变换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进的数字扫描变换方法，在目标点的极坐标中，每相邻四个极坐标计算得到一个中间点，每相邻四个中间点组成坐标映射表的一个地址数据，将该坐标映射表存取缓存区，当回波数据写入缓存区后，依据所述回波数据的中间值在坐标映射表中查找对应的地址数据，将所述地址数据输出至插值计算模块用于距离最近的目标点的双线性插值计算；本发明是在标准双线性插值算法的基础上提供的一种改进算法，保留了标准双线性插值算法的计算架构，在不增加过多额外计算量的前提下，可以很大程度的缓解锯齿和“褶皱”现象。

Description

一种改进的数字扫描变换方法

技术领域

本发明涉及超声诊断仪器用的数字变换技术领域，尤其涉及一种改进的数字扫描变换方法。

背景技术

超声诊断仪器是一种广泛应用于临床的诊断仪器。超声波在人体内传播时遇到不同声特性阻抗组织组成的大、小界面产生的反射或后散射的回波返回探头，被探头接收后转换成对应该深度界面的回声电信号，经过放大、处理后在屏幕上由一串明暗不同的亮点显示成一条超声波信息线，表示出沿声束相应深度各组织界面的信息。当声束在不同位置进行扫描后，获取的一组超声信息线便可形成一幅二维超声图像。

在将处理后的回波信号实时送到显示器进行显示之前需要进行DSC数字扫描变换的处理。DSC的主要作用是通过对超声回波扫描线数据进行重新组织安排并存储，使其达到显示器显示格式的要求。在数字化超声成像系统中，检查剖面上得到的超声信息通常是以极坐标方式表示，但是显示系统上的显示像素通常以笛卡尔坐标表示，因此插值和坐标变换是数字扫描变换技术中的两项关键技术。

目前最常用在DSC装置中的插值方法有最邻近插值、双线性插值、双立方插值等几种，它们都各自有着不同的优缺点。其中最邻近插值法的计算速度最快，但效果很差，坐标变换后马赛克现象严重，基本上已较少用于实际产品中。双线性插值法是普遍应用于产品的一种主流计算方法，计算速度较快，但变换后的图像边界模糊，有锯齿现象。尤其是在图像像素点较少的情况下，双线性插值不仅会产生严重的锯齿，还会产生明暗不均的亮带。双三次插值对锯齿现象有所改善，但由于计算量太大，一般仅适用于图像处理软件等对实时性要求不高的场合。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种本发明提出一种能够缓解现有双线性插值算法导致坐标变换后的图像边界模糊、并伴有锯齿现象的缺点的改进的数字扫描变换方法。

一种改进的数字扫描变换方法，包括：

(1)缓存区缓存前端发送过来的极坐标回波数据；

(2)根据探头信息和用户操作等信息获取目标点的信息，计算出目标点的极坐标转换成直角坐标的坐标映射表，将此坐标映射表存入缓存区，并依据缓存区缓存的极坐标回波数据在坐标映射表内查找对应的地址数据，将该地址数据输出至插值计算模块进行双线性插值计算；

(3)对输入的地址数据进行双线性插值计算，并将计算得到的直角坐标系下的数据送去屏幕显示；

在步骤(2)中，按照改进插值方法，在目标点的极坐标中，每相邻四个极坐标计算得到一个中间点，每相邻四个中间点组成坐标映射表的一个地址数据，将该坐标映射表存取缓存区，当回波数据写入缓存区后，依据所述回波数据的中间点的值在坐标映射表中查找对应的地址数据，将所述地址数据输出至插值计算模块用于距离最近的目标点的双线性插值计算。

本发明是在标准双线性插值算法的基础上提供的一种改进算法，保留了标准双线性插值算法的计算架构，在不增加过多额外计算量的前提下，可以很大程度的缓解锯齿和“褶皱”现象。

附图说明

图1为改进的数字扫描变换方法的功能模块图。

图2为双线性插值算法的改进算法的示意图。

图3为改进的数字扫描变换方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明解决的技术问题、采用的技术方案、取得的技术效果易于理解，下面结合具体的附图，对本发明的具体实施方式做进一步说明。

参见图1至图3，一种改进的数字扫描变换方法，包括：

(1)缓存区缓存前端发送过来的极坐标回波数据，一般会缓存一帧大小的数据；

(2)根据探头信息和用户操作等信息获取目标点的信息，计算出目标点的极坐标转换成直角坐标的坐标映射表，将此坐标映射表存入缓存区，并依据缓存区缓存的极坐标回波数据在坐标映射表内查找对应的地址数据，将该地址数据输出至插值计算模块进行双线性插值计算；

(3)对输入的地址数据进行双线性插值计算，并将计算得到的直角坐标系下的数据送去屏幕显示；

在步骤(2)中，按照改进插值方法，在目标点的极坐标中，每相邻四个极坐标计算得到一个中间点，每相邻四个中间点组成坐标映射表的一个地址数据，将该坐标映射表存取缓存区，当回波数据写入缓存区后，依据所述回波数据的中间点的值在坐标映射表中查找对应的地址数据，将所述地址数据输出至插值计算模块用于距离最近的目标点的双线性插值计算。

本发明是在标准双线性插值算法的基础上提供的一种改进算法。

标准双线性插值算法：

首先计算出目标点P_i,j的极坐标之后找到距离最近的四个已知点根据目标点距离四个已知点的距离，分别在θ方向和r方向上做两步插值后得到目标点P_i,j的大小。

在步骤(2)中所述改进插值方法为：

首先计算出目标点P_i,j的极坐标之后计算四个中间点P_A，P_B，P_C，P_D的值，然后由P_A，P_B，P_C，P_D围成的单元格作为一个地址数据输出至插值计算模块，按照标准双线性插值的算法做两步插值方法，得到目标点P_i,j。

假设目标点的位置为P_i,j，距离P_i,j最近的四个已知点极坐标 围成一个单元格，根据P_i,j处于单元格的位置来判断用于计算P_i,j的四个中间点P_A，P_B，P_C，P_D分别位于哪几个单元格内。将P_i,j所处的该单元格分成四个象限，沿P_i,j所处的象限的方向向外扩展得到的四个最临近的单元格就是四个中间点P_A，P_B，P_C，P_D所处的单元格，通过每个中间点所处的单元格的四个角上的已知点极坐标来计算得到每个中间点的值。例如，若P_i,j位于当前单元格的第二象限，则沿第二象限向左上方扩展的三个单元格和当前单元格，就是P_A，P_B，P_C，P_D所处的位置。其中，每个中间点的值是通过该中间点所处的单元格的四个角上的已知点极坐标的平均值计算而得，例如也可以通过该中间点所处的单元格的四个角上的已知点极坐标加权后计算得到该中间点的值。

之后，在P_A，P_B，P_C，P_D围成的单元格内，按照标准双线性插值的算法做两步插值，计算得到目标点P_i,j，具体实施方式如下：

假设深度方向的步长为r_T，角度方向的步长为θ_T，则先按扫描线方向做第一步插值求得

$P_{AC}=\left(\right(r_T/2+\mathrm{mod}(\hat{r},r_T))*P_C+(r_T/2-\mathrm{mod}(\hat{r},r_T))*P_A)/r_T;$

$P_{BD}=\left(\right(r_T/2+\mathrm{mod}(\hat{r},r_T))*P_D+(r_T/2-\mathrm{mod}(\hat{r},r_T))*P_B)/r_T;$

其中，是指除以r_T后留下的小数部分。

之后再沿角度方向做第二步插值，即：

$P_{i,j}=\left(\right({\mathrm{\θ}}_T/2+\mathrm{mod}(\widehat{\mathrm{\θ}},{\mathrm{\θ}}_T))*P_{BD}+({\mathrm{\θ}}_T/2-\mathrm{mod}(\widehat{\mathrm{\θ}},{\mathrm{\θ}}_T))*P_{AC})/{\mathrm{\θ}}_T.$

也可以先按角度方向做第一步插值，然后在按扫描线方向做第二步插值计算得到目标点P_i,j的值。

在实际工程实现的时候，在确定了需要显示的实际图像大小之后，只需要一次计算就可以得到每一个需要用于显示的实际像素点和中间点的映射关系。例如，上述P_i,j实质是通过P_A，P_B，P_C，P_D分别加权后计算出来的。只要最后的图像大小不变，P_A，P_B，P_C，P_D的地址和权重相对P_i,j是固定不变的，即坐标映射表是恒定的。因此可以将此种坐标映射表存表储存在缓存区内。当新的回波数据从前端传回时，仅需要挨个单元格计算出中间点的值，然后依据中间点的值直接查表取出每个目标像素对应的四个中间值和权重便可计算得到用于显示的直角坐标系下的二维图像。这样仅当图像区域发生变化时，例如扫描深度、图像大小等发生了改变，才需要重新计算一遍坐标变换的映射表，并储存在缓存区内，这样就节省了每次需要重复计算坐标变换的运行时间。

由于在不同的应用场合，DSC后图像的大小和分辨率的要求可能是不同的，同时扫描线的密度和采样率也有可能会不同。因此，作为优选方案，对中间点引入控制参数w_i和w_j予以修正中间点的值，例如：

$P_D=w_i*w_j*(P_{{\mathrm{\θ}}_i,r_j}-P_{{\mathrm{\θ}}_{i-1},r_j}-P_{{\mathrm{\θ}}_i,r_{j+1}}+P_{{\mathrm{\θ}}_{i-1},r_{j+1}})-w_i*(P_{{\mathrm{\θ}}_i,r_j}-P_{{\mathrm{\θ}}_{i-1},r_j})-w_j*(P_{{\mathrm{\θ}}_i,r_j}-P_{{\mathrm{\θ}}_i,r_{j+1}})+P_{{\mathrm{\θ}}_i,r_j}$

其中，w_i∈(0,1)，用于控制中间点在偏角度方向上的权重，w_j∈(0,1)，用于控制中间点在扫描线方向的权重，可以对每个中间点引入上述控制参数w_i和wj予以修正中间点的值。

在本发明的基础上，为了目标点的值更接近于实际值，还提出在计算目标点的同时用上述改进的数字扫描变换方法和标准双线性插值方法进行计算，即通过上述改进的数字扫描变化方法计算得到所述目标点的第一结果，同时通过标准双线性插值算法计算得到所述目标点的第二结果，将所述第一结果和所述第二结果平均后得到目标点的最终计算值，也可以通过将所述第一结果和所述第二结果予以不同权重后再平均计算得到所述目标点的最终计算值。

本发明已通过优选的实施方式进行了详尽的说明。然而，通过对前文的研读，对各实施方式的变化和增加对于本领域的一般技术人员来说是显而易见的。申请人的意图是所有的这些变化和增加都落在了本发明权利要求所保护的范围中。

Claims (7)

1.一种改进的数字扫描变换方法，包括：

(1)缓存区缓存前端发送过来的极坐标回波数据；

(2)根据探头信息和用户操作等信息获取目标点的信息，计算出目标点的极坐标转换成直角坐标的坐标映射表，将此坐标映射表存入缓存区，并依据缓存区缓存的极坐标回波数据在坐标映射表内查找对应的地址数据，将该地址数据输出至插值计算模块进行双线性插值计算；

(3)对输入的地址数据进行双线性插值计算，并将计算得到的直角坐标系下的数据送去显示器显示；

在步骤(2)中，按照改进插值方法，在目标点的极坐标中，每相邻四个极坐标计算得到一个中间点，每相邻四个中间点组成坐标映射表的一个地址数据，将该坐标映射表存入缓存区，当回波数据写入缓存区后，依据所述回波数据的中间点的值在坐标映射表中查找对应的地址数据，将所述地址数据输出至插值计算模块用于距离最近的目标点的双线性插值计算。

2.如权利要求1所述的改进的数字扫描变换方法，其特征在于：所述改进插值方法为：

假设目标点的位置为P_i,j，距离P_i,j最近的四个已知点的极坐标 围成一个单元格，将该单元格分成四个象限，沿P_i,j所处的象限的方向向外扩展得到的四个最临近的单元格就是四个中间点P_A，P_B，P_C，P_D所处的单元格，通过每个中间点所处的单元格的四个角上的已知点极坐标来计算得到每个中间点的值。

3.如权利要求2所述的改进的数字扫描变换方法，其特征在于：通过每个中间点所处的单元格的四个角上的已知点极坐标的平均值计算得到每个中间点的值。

4.如权利要求2所述的改进的数字扫描变换方法，其特征在于：通过每个中间点所处的单元格的四个角上的已知点极坐标加权后计算得到每个中间点的值。

5.如权利要求3或4所述的改进的数字扫描变换方法，其特征在于：对中间点引入控制参数w_i和w_j予以修正中间点的值，其中，w_i∈(0,1)：用于控制中间点在角度方向上的权重，w_j∈(0,1)：用于控制中间点在扫描线方向的权重。

6.一种改进的数字扫描变换方法，其特征在于：通过如权利要求1所述的改进的数字扫描变换方法计算得到所述目标点的第一结果，同时通过标准双线性插值算法计算得到所述目标点的第二结果，将所述第一结果和所述第二结果平均后得到目标点的最终计算值。

7.如权利要求6所述的改进的数字扫描变换方法，其特征在于：通过将所述第一结果和所述第二结果乘以不同权重后再平均计算得到所述目标点的最终计算值。