KR20220086868A - Method for reconstructing ultrasound image acquired with ultrasonic camera into 3d image - Google Patents

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KR20220086868A KR1020200177053A KR20200177053A KR20220086868A KR 20220086868 A KR20220086868 A KR 20220086868A KR 1020200177053 A KR1020200177053 A KR 1020200177053A KR 20200177053 A KR20200177053 A KR 20200177053A KR 20220086868 A KR20220086868 A KR 20220086868A
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Abstract

본 발명의 목적은 초음파 카메라가 2D 이미지를 구성하는 과정에서 유실되는 고도 정보를 복원하여 3D 정보를 재구성하고자 초음파 카메라를 롤링시켜서 획득되는 다수의 초음파 이미지에 역라돈 변환을 적용하여 3차원 이미지를 획득하기 위한 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법은, 초음파 카메라를 롤링 회전시키면서 촬영 대상 물체를 촬영하는 제 1 단계; 상기 초음파 카메라로부터 획득된 복수의 2D 이미지에 역라돈 변환(Inverse Radon Transform)을 적용하는 제 2 단계; 및 역라돈 변환에 의해 획득된 고도를 이용하여 상기 2D 이미지를 3D 이미지로 복원하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.An object of the present invention is to obtain a three-dimensional image by applying inverse radon transformation to a plurality of ultrasonic images obtained by rolling an ultrasonic camera in order to reconstruct 3D information by restoring altitude information lost in the process of constructing a 2D image by an ultrasonic camera. An object of the present invention is to provide a method of reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera to a three-dimensional image.
In order to achieve the above object, a method for reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a three-dimensional image according to the present invention includes: a first step of photographing an object to be photographed while rolling and rotating the ultrasound camera; a second step of applying Inverse Radon Transform to a plurality of 2D images obtained from the ultrasound camera; and a third step of reconstructing the 2D image into a 3D image using the elevation obtained by inverse radon transformation.

Description

초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법{METHOD FOR RECONSTRUCTING ULTRASOUND IMAGE ACQUIRED WITH ULTRASONIC CAMERA INTO 3D IMAGE}How to reconstruct an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a 3D image {METHOD FOR RECONSTRUCTING ULTRASOUND IMAGE ACQUIRED WITH ULTRASONIC CAMERA INTO 3D IMAGE}

본 발명은 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파 카메라를 롤링시켜서 획득되는 초음파 이미지에 역라돈 변환을 적용하여 3차원 이미지를 획득하기 위한 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a 3D image, and more particularly, to an ultrasound image obtained by rolling an ultrasound camera by applying inverse radon transformation to obtain a 3D image. The present invention relates to a method of reconstructing an ultrasound image acquired by a camera into a three-dimensional image.

일반적으로 해저 상태, 해양 어족 자원의 조사 및 각종 폐기물의 조사 등을 위해 행해지는 해저 탐사 작업은 해양 연구에 있어서 중요한 부분을 차지하고 있다.In general, seabed exploration, which is performed for the investigation of seabed conditions, marine fish resources, and various wastes, occupies an important part in ocean research.

최근 들어 이러한 탐사 작업은 무인 탐사선을 통해 탐사 작업을 수행하고 있다.Recently, such exploration work is being performed through an unmanned probe.

특히 해상의 선박에 의해 견인되는 탐사체에 촬영 가능한 수중 촬영 장치 등의 조사 장비를 장착하고 해저면을 조사하는 작업 방식이 많이 행해지고 있다.In particular, there are many work methods in which investigation equipment, such as an underwater imaging device capable of photographing, is mounted on a probe towed by a ship in the sea and surveying the sea floor.

그러나 이러한 작업 방식으로 해저의 악시계 환경에서 탐사체를 운용함에 있어 시계가 불리하다는 문제점이 있었다.However, there was a problem in that the visibility was disadvantageous in operating the probe in the low visibility environment of the seabed with this work method.

이로 인해 일반 디지털 카메라보다 초음파 카메라를 사용하여 해저를 탐사하고 있다.For this reason, ultrasonic cameras are used rather than general digital cameras to explore the seabed.

이러한 초음파 카메라는 다수의 음향 빔을 방사하고, 반사되어 오는 음향 신호를 처리하여 2D 이미지로 재구성하게 된다.Such an ultrasonic camera emits a plurality of sound beams, processes the reflected sound signals, and reconstructs them into 2D images.

이러한 원리를 이용하여 탁도가 높은 물 속에서도 초음파 카메라는 전방에 대한 이미지 정보를 제공해 줄 수 있기 때문에 수중 탐사에 필수적인 장비로 사용되고 있다.Using this principle, an ultrasonic camera can provide image information about the front even in water with high turbidity, so it is used as an essential equipment for underwater exploration.

도 1은 초음파 카메라의 2D 이미지 재구성 과정에서 고도 정보를 잃어버리는 예를 나타내는 도면이고, 도 2는 초음파 카메라의 측면도이다.1 is a diagram illustrating an example in which altitude information is lost in a 2D image reconstruction process of an ultrasound camera, and FIG. 2 is a side view of the ultrasound camera.

도 1을 참조하면, 이러한 초음파 카메라는 2D 이미지 재구성 과정에서 필연적으로 바라보는 정면 방향에서 상하 고도(Elevation) 정보가 무시되게 된다.Referring to FIG. 1 , in a 2D image reconstruction process, in such an ultrasound camera, vertical elevation information is ignored in the front direction inevitably viewed.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이 이미지를 재구성하는 과정에서 점 P는 P'로 사영(Projection)됨으로써, 고도(

Figure pat00001
) 정보를 잃어버리게 되는 문제점이 있었다.That is, in the process of reconstructing the image as shown in FIG. 1, the point P is projected as P' , so that the altitude (
Figure pat00001
), there was a problem in that information was lost.

도 2는 초음파 카메라의 측면도를 나타내고 있는데, 도 2에 나타내진 바와 같이 IC4와, C4를 연결하는 호(Arc) 상의 정보는 스크린 이미지(Screen Image) 상의 한 점인 IC4로 사영됨으로써, 그 고도 정보를 알 수 없게 되는 문제점이 있었다.FIG. 2 shows a side view of the ultrasonic camera. As shown in FIG. 2, information on an arc connecting IC4 and C4 is projected as one point on the screen image, IC4, so that the altitude information is displayed. There was an unknown problem.

대한민국 특허청 공개특허공보 제2009-0055120호Korean Patent Office Publication No. 2009-0055120

상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 초음파 카메라가 2D 이미지를 구성하는 과정에서 유실되는 고도 정보를 복원하여 3D 정보를 재구성하고자 초음파 카메라를 롤링시켜서 획득되는 다수의 초음파 이미지에 역라돈 변환을 적용하여 3차원 이미지를 획득하기 위한 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention to solve the conventional problems as described above is to restore altitude information lost in the process of constructing a 2D image by an ultrasound camera to reconstruct 3D information in a plurality of ultrasound images obtained by rolling the ultrasound camera. An object of the present invention is to provide a method of reconstructing an ultrasound image obtained by an ultrasound camera for obtaining a 3D image by applying inverse radon transformation into a 3D image.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법은, 초음파 카메라를 롤링 회전시키면서 촬영 대상 물체를 촬영하는 제 1 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method for reconstructing an ultrasound image acquired by an ultrasound camera into a three-dimensional image according to the present invention comprises: a first step of photographing an object to be photographed while rolling and rotating the ultrasound camera; do.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법은, 초음파 카메라를 롤링 회전시키면서 촬영 대상 물체를 촬영하는 제 1 단계; 및 상기 초음파 카메라로부터 획득된 복수의 2D 이미지에 역라돈 변환(Inverse Radon Transform)을 적용하는 제 2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method for reconstructing an ultrasound image acquired by an ultrasound camera into a three-dimensional image according to the present invention includes: a first step of photographing an object to be photographed while rolling and rotating the ultrasound camera; and a second step of applying Inverse Radon Transform to the plurality of 2D images obtained from the ultrasound camera.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법은, 초음파 카메라를 롤링 회전시키면서 촬영 대상 물체를 촬영하는 제 1 단계; 상기 초음파 카메라로부터 획득된 복수의 2D 이미지에 역라돈 변환(Inverse Radon Transform)을 적용하는 제 2 단계; 및 역라돈 변환에 의해 획득된 고도를 이용하여 상기 2D 이미지를 3D 이미지로 복원하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method for reconstructing an ultrasound image acquired by an ultrasound camera into a three-dimensional image according to the present invention includes: a first step of photographing an object to be photographed while rolling and rotating the ultrasound camera; a second step of applying Inverse Radon Transform to a plurality of 2D images obtained from the ultrasound camera; and a third step of reconstructing the 2D image into a 3D image using the altitude obtained by inverse radon transformation.

또한, 본 발명에 따른 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법에서, 상기 초음파 카메라는 -90° 내지 +90°에 걸쳐 롤링 회전되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for reconstructing an ultrasound image acquired by an ultrasound camera according to the present invention into a three-dimensional image, the ultrasound camera is characterized in that the rotation is rolled over -90° to +90°.

또한, 본 발명에 따른 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법에서, 상기 초음파 카메라를 롤링시 롤의 각도 변화를 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a three-dimensional image according to the present invention, it is characterized in that the angle change of the roll is constantly maintained when the ultrasound camera is rolled.

또한, 본 발명에 따른 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법에서, 상기 역라돈 변환은 상기 2D 이미지로부터 상기 초음파 카메라와 동일한 거리에 있는 영역에 적용시, 상기 영역으로 사영된 점들의 고도를 복원시키는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a 3D image according to the present invention, when the inverse radon transformation is applied to an area at the same distance from the 2D image as the ultrasound camera, the image is projected to the area It is characterized in that the elevation of the points is restored.

또한, 본 발명에 따른 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법에서, 상기 역라돈 변환은 상기 초음파 카메라와 동일한 거리의 호에 대해 반복 적용하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a three-dimensional image according to the present invention, the inverse radon transformation is repeatedly applied to an arc having the same distance as the ultrasound camera.

또한, 본 발명에 따른 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법에서, 상기 영역은 상기 초음파 카메라로부터 시간 지연을 통해 계측하는 것을 특징으로 한다.Also, in the method of reconstructing an ultrasound image acquired by an ultrasound camera into a three-dimensional image according to the present invention, the region is measured from the ultrasound camera through a time delay.

또한, 본 발명에 따른 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법에서, 상기 점의 3차원 위치 정보는 상기 영역과, 상기 영역이 이루는 방위각과, 상기 영역에 사영된 점에 적용된 역라돈 변환에 의한 값에 의해 복원되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a 3D image according to the present invention, the 3D position information of the point is applied to the area, an azimuth formed by the area, and a point projected on the area. It is characterized in that it is restored by a value by inverse radon transformation.

또한, 본 발명에 따른 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법에서, 상기 방위각은 상기 초음파 카메라로부터 방사되는 각도가 고정된 상태로 계측되는 것을 특징으로 한다.Also, in the method of reconstructing an ultrasound image acquired by an ultrasound camera into a three-dimensional image according to the present invention, the azimuth is measured while the angle radiated from the ultrasound camera is fixed.

또한, 본 발명에 따른 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법에서, 상기 복원은 2차원 이미지의 절편(slice) 또는 단층 영상(tomography)의 데이터를 면적분하여 상기 촬영 대상 물체를 재구축하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera according to the present invention into a 3D image, the restoration is performed by area-dividing the data of a slice of a 2D image or a tomography image of the object to be photographed. characterized by reconstructing

또한, 본 발명에 따른 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법에서, 상기 재구축은 푸리에 변환 방식 또는 역투사 방식에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.Further, in the method of reconstructing an ultrasound image acquired by an ultrasound camera into a 3D image according to the present invention, the reconstruction is performed by a Fourier transform method or a reverse projection method.

또한, 본 발명에 따른 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법에서, 상기 초음파 카메라를 롤링시 롤 각도 변화 간격이 불규칙할 경우 보간법을 이용하여 보정하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of reconstructing an ultrasound image acquired by an ultrasound camera into a three-dimensional image according to the present invention, when the interval of roll angle change when the ultrasound camera is rolled is irregular, it is characterized in that it is corrected using an interpolation method.

또한, 본 발명에 따른 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법에서, 상기 보간법은 0차 보간, 선형 보간, 스플라인 보간, 라그랑주 보간 중 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a three-dimensional image according to the present invention, the interpolation method is characterized in that one of zero-order interpolation, linear interpolation, spline interpolation, and Lagrange interpolation.

또한, 본 발명에 따른 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법에서, 상기 2상기 픽셀보다 작은 모서리를 추정할 때는 3차 스플라인 보간법 또는 곡선을 이용한 보간법을 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a three-dimensional image according to the present invention, when estimating an edge smaller than the two pixels, a cubic spline interpolation method or an interpolation method using a curve is used. .

기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in "specific details for carrying out the invention" and attached "drawings".

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.Advantages and/or features of the present invention, and methods for achieving them, will become apparent with reference to various embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.However, the present invention is not limited to the configuration of each embodiment disclosed below, but may also be implemented in various different forms, and each embodiment disclosed in this specification makes the disclosure of the present invention complete, and the present invention It is provided to fully inform those of ordinary skill in the art to which the scope of the present invention belongs, and it should be understood that the present invention is only defined by the scope of each claim of the claims.

본 발명에 의하면, 초음파 카메라가 2D 이미지를 구성하는 과정에서 유실되는 고도 정보를 복원하여 3D 정보를 재구성하고자 초음파 카메라를 롤링시켜서 획득되는 다수의 초음파 이미지에 역라돈 변환을 적용하여 3차원 이미지를 획득하기 위한 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 효과가 있다.According to the present invention, a 3D image is obtained by applying inverse radon transformation to a plurality of ultrasound images obtained by rolling an ultrasound camera to reconstruct 3D information by restoring altitude information lost in the process of an ultrasound camera constructing a 2D image. There is an effect of reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera to perform a three-dimensional image.

도 1은 도 1은 초음파 카메라의 2D 이미지 재구성 과정에서 고도 정보를 잃어버리는 예를 나타내는 도면.
도 2는 초음파 카메라의 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법의 전체 흐름을 나타내는 도면.
도 4는 초음파 카메라가 물체를 촬영하는 상태를 나타내는 도면.
도 5는 128개의 빔이 모여 수평폭 30도를 이루는 초음파 카메라로 물체를 촬영한 사진.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 푸리에 방식에서 촬영 대상 물체에 광선이 방사된 상태를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 푸리에 방식에서

Figure pat00002
의 샘플 좌표를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 역투사 방식에서, 분리화된 값을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 역투사 방식에서, 사영의 수가 충분히 많지 않을 경우를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 역투사 방식에서, 역투사를 나타내는 도면.
도 11은 보간법을 나타내는 도면.
도 12는 실물을 나타내는 사진.
도 13은 도 12의 실물을 롤링각 0도에서 촬영한 사진.
도 14는 도 12의 실물을 롤링각 90도에서 촬영한 사진.
도 15는 다양한 각도에서 바라본 재구성된 물체를 나타내는 도면.1 is a diagram illustrating an example in which altitude information is lost in a 2D image reconstruction process of an ultrasound camera;
2 is a side view of the ultrasound camera;
3 is a view showing the overall flow of a method for reconstructing an ultrasound image acquired by an ultrasound camera into a three-dimensional image according to the present invention.
4 is a diagram illustrating a state in which an ultrasound camera captures an object;
5 is a photograph of an object taken with an ultrasonic camera in which 128 beams are gathered to form a horizontal width of 30 degrees.
6 is a view illustrating a state in which a light beam is emitted to an object to be photographed in a Fourier method according to an embodiment of the present invention;
7 is a Fourier method according to an embodiment of the present invention.
Figure pat00002
A drawing showing the sample coordinates of .
8 is a diagram illustrating separated values in a reverse projection method according to another embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a case in which the number of projections is not sufficiently large in the reverse projection method according to another embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating reverse projection in a reverse projection method according to another embodiment of the present invention.
Fig. 11 is a diagram showing an interpolation method;
12 is a photograph showing the real thing.
13 is a photograph taken at a rolling angle of 0 degrees of the real of FIG.
Figure 14 is a photograph taken at a rolling angle of 90 degrees of the real of Figure 12.
15 is a view showing a reconstructed object viewed from various angles.

본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.Before describing the present invention in detail, the terms or words used herein should not be construed as being unconditionally limited to their ordinary or dictionary meanings, and in order for the inventor of the present invention to explain his invention in the best way It should be understood that the concepts of various terms can be appropriately defined and used, and furthermore, these terms or words should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.

즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.That is, the terms used herein are only used to describe preferred embodiments of the present invention, and are not used for the purpose of specifically limiting the content of the present invention, and these terms represent various possibilities of the present invention. It should be understood that the term has been defined taking into account.

또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.Also, in this specification, it should be understood that, unless the context clearly indicates otherwise, the expression in the singular may include a plurality of expressions, and even if it is similarly expressed in plural, it should be understood that the meaning of the singular may be included. .

본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.When it is stated throughout this specification that a component "includes" another component, it does not exclude any other component, but further includes any other component unless otherwise stated. It could mean that you can.

더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.Furthermore, when it is described that a component is "exists in or is connected to" of another component, this component may be directly connected to or installed in contact with another component, and a certain It may be installed spaced apart at a distance, and in the case of being installed spaced apart by a certain distance, a third component or means for fixing or connecting the corresponding component to another component may exist, and now It should be noted that the description of the components or means of 3 may be omitted.

반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.On the other hand, when it is described that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the third element or means does not exist.

마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.Likewise, other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "immediately between", or "adjacent to" and "directly adjacent to", have the same meaning. should be interpreted as

또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어가, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.In addition, if terms such as "one side", "other side", "one side", "other side", "first", "second" are used in this specification, for one component, this one component is It is used to be clearly distinguished from other components, and it should be understood that the meaning of the component is not limitedly used by such terms.

또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어가, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.In addition, if used in this specification, terms related to positions such as "upper", "lower", "left", and "right", it should be understood as indicating a relative position in the drawing with respect to the corresponding component, Unless an absolute position is specified with respect to their position, these position-related terms should not be construed as referring to an absolute position.

또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.In addition, in this specification, in specifying the reference numerals for each component in each drawing, the same component has the same reference number even if the component is indicated in different drawings, that is, the same reference throughout the specification. Symbols indicate identical components.

본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.In the drawings attached to this specification, the size, position, coupling relationship, etc. of each component constituting the present invention are partially exaggerated, reduced, or omitted in order to convey the spirit of the present invention sufficiently clearly or for convenience of explanation. may be described, and therefore the proportion or scale may not be exact.

또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.In addition, in the following, in describing the present invention, a detailed description of a configuration determined that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, for example, a detailed description of a known technology including the prior art may be omitted.

이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the related drawings.

도 3은 본 발명에 따른 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법의 전체 흐름을 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating an overall flow of a method for reconstructing an ultrasound image acquired by an ultrasound camera into a three-dimensional image according to the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법은 총 3개의 단계를 포함한다.Referring to FIG. 3 , the method of reconstructing an ultrasound image acquired by an ultrasound camera into a 3D image according to the present invention includes a total of three steps.

제 1 단계(S100)에서는, 초음파 카메라를 롤링 회전시키면서 촬영 대상 물체를 촬영한다.In the first step (S100), an object to be photographed is photographed while the ultrasonic camera is rolled and rotated.

여기서, 초음파 카메라는 -90° 내지 +90°에 걸처 롤링 회전될 수 있다.Here, the ultrasonic camera may be rotated by rolling over -90° to +90°.

물체의 한 단면(Slice)을 재구성하기 위해서는 물체를 중심으로 최소 180도 이상에 대하여 공전하며 스캔이 이루어져야 한다.In order to reconstruct one slice of an object, scanning should be performed while orbiting at least 180 degrees around the object.

따라서, 본 발명에 따른 실시예에서는, 초음파 카메라는 -90° 내지 +90°에 걸처 롤링 회전될 수 있다.Accordingly, in an embodiment according to the present invention, the ultrasonic camera may be rotated by rolling over -90° to +90°.

이때, 초음파 카메라를 롤링시 롤의 각도 변화를 일정하게 유지시켜야 한다.At this time, when rolling the ultrasonic camera, it is necessary to keep the angle change of the roll constant.

룰 각도의 변화 간격이 불규칙할 경우에는 보간법을 통해 보완이 이루어져야 한다.If the interval of change of the rule angle is irregular, it should be supplemented through interpolation.

제 2 단계(S200)에서는, 초음파 카메라로부터 획득된 복수의 2D 이미지에 역라돈 변환(Inverse Radon Transform)을 적용한다.In the second step ( S200 ), an inverse Radon transform is applied to the plurality of 2D images obtained from the ultrasound camera.

제 3 단계(S300)에서는, 역라돈 변환에 의해 획득된 고도를 이용하여 2D 이미지를 3D 이미지로 복원하다.In the third step (S300), the 2D image is reconstructed into a 3D image by using the altitude obtained by the inverse radon transformation.

이때, 역라돈 변환은 2D 이미지로부터 초음파 카메라와 동일한 거리에 있는 영역에 적용시, 영역으로 사영된 점들의 고도를 복원시키게 된다.In this case, when the inverse radon transformation is applied to an area at the same distance from the ultrasound camera from the 2D image, the elevation of the points projected into the area is restored.

또한, 역라돈 변환은 초음파 카메라와 동일한 거리의 호에 대해 반복 적용하게 된다.In addition, the inverse radon transformation is repeatedly applied to the arc of the same distance as the ultrasound camera.

상술한 영역은 상기 초음파 카메라로부터 시간 지연을 통해 계측하게 된다.The above-described area is measured through a time delay from the ultrasound camera.

사영된 점의 3차원 위치 정보는 상기 영역과, 영역이 이루는 방위각과, 상기 영역에 사영된 점에 적용된 역라돈 변환에 의한 값에 의해 복원된다.The three-dimensional position information of the projected point is restored by the area, the azimuth formed by the area, and a value obtained by inverse Radon transformation applied to the point projected on the area.

이에 대해 좀 더 상세히 설명하도록 한다.This will be described in more detail.

도 4는 초음파 카메라가 물체를 촬영하는 상태를 나타내는 도면이고, 도 5는 128개의 빔이 모여 수평폭 30도를 이루는 초음파 카메라로 물체를 촬영한 사진이다.4 is a view illustrating a state in which an ultrasound camera captures an object, and FIG. 5 is a photograph of an object by an ultrasound camera in which 128 beams are gathered to form a horizontal width of 30 degrees.

도 4를 참조하면, 초음파 카메라가 물체를 촬영하고 2D 이미지를 재구성하는 과정에서, 초음파 카메라가 촬영한 고도를 갖는 모든 점들은 평면상으로 모두 사영(Projection)됨으로써, 고도(

Figure pat00003
) 정보를 잃어버리게 된다.Referring to FIG. 4 , in the process of the ultrasound camera capturing an object and reconstructing a 2D image, all points having an altitude photographed by the ultrasound camera are all projected onto a plane, so that the altitude (
Figure pat00003
) information is lost.

즉, 3차원 정보를 획득하기 위해, 한 점(point)에 대해 필요한 것은 이 한 점과 초음파 카메라 사이의 거리(r)와, 방위각(Azimuth: θ)과, 고도(Elevation:

Figure pat00004
)이다.That is, in order to acquire 3D information, what is needed for a point is the distance ( r ) between this point and the ultrasound camera, the azimuth (Azimuth: θ ), and the elevation (Elevation:
Figure pat00004
)to be.

좀 더 상세히 설명하면, 3차원 좌표의 정보는 좌표계를 통해 제공하게 된다.In more detail, information on three-dimensional coordinates is provided through a coordinate system.

좌표계는 기하학에서 숫자나 기호를 써서 위치를 표기하는 방식으로, 위치를 정하는 숫자나 기호를 좌표라 한다.A coordinate system is a method of indicating a position using numbers or symbols in geometry, and the numbers or symbols that determine a position are called coordinates.

이러한 대표적인 좌표계로는 직각 좌표계(Cartesian Coordinate)와, 원통 좌표계(Cylindrical Coordinate)와, 구면 좌표계(Spherical Coordinate) 등이 있다.Such representative coordinate systems include a Cartesian coordinate system, a cylindrical coordinate system, and a spherical coordinate system.

이러한 좌표계 중 구면 좌표계는 원점을 기준으로 3차원 위치 정보를 표시할 때, 원점과 3차원에 위치한 점 사이의 거리(r)와, 3차원 좌표 평면에서 X축과 거리(r) 사이의 각도인 방위각(θ)과, 3차원 좌표 평면에서 Z축과 거리(r) 사이의 각도인 고도(

Figure pat00005
)를 획득하면 3차원 정보를 표시할 수 있다.Among these coordinate systems, the spherical coordinate system is the angle between the distance ( r ) between the origin and a point located in three dimensions and the distance ( r ) between the X axis and the distance ( r ) in the three-dimensional coordinate plane when displaying three-dimensional position information based on the origin. Azimuth ( θ ) and elevation (
Figure pat00005
) can be obtained to display 3D information.

하지만, 초음파 카메라로 촬영 대상 물체를 촬영할 경우, 거리(r)은 이미지 구성 과정에서 왜곡되거나 유실되지 않는다.However, when an object to be photographed is photographed with an ultrasound camera, the distance r is not distorted or lost during the image construction process.

마찬가지로, 방위각(θ) 역시 이미지 구성 과정에서 왜곡되거나 유실되지 않는다.Likewise, the azimuth angle θ is also not distorted or lost in the image construction process.

즉, 초음파 카메라로부터의 각 빔이 방사되는 각도는 고정되어 있고, 몇 번째 빔에서 얻어지는 것인지는 직접적으로 계측되므로 그 빔의 각도가 곧 방위각(θ)이 된다.That is, the angle at which each beam from the ultrasound camera is emitted is fixed, and since the number of beams obtained is directly measured, the angle of the beam becomes the azimuth ( θ ).

도 5를 참조하면, 총 128개의 빔이 모여 수평폭 30도를 이루는 초음파 카메라임을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5 , it can be confirmed that a total of 128 beams are gathered to form an ultrasonic camera having a horizontal width of 30 degrees.

따라서, 0번째 빔에서 계측된 점은 방위각이 15도가 되며 127번째 빔에서 계측된 점은 방위각이 -15도가 된다.Accordingly, the point measured at the 0th beam has an azimuth of 15 degrees, and the point measured at the 127th beam has an azimuth of -15 degrees.

또한, k번째 빔에서 계측된 점은 방위각이 (15 - 30)/128*k가 된다.Also, the point measured in the k-th beam has an azimuth angle of (15 - 30)/128*k.

하지만, 이러한 초음파 카메라로 촬영 대상 물체를 촬영시 고도(

Figure pat00006
)가 유실되므로 복원이 필요하다.However, when shooting an object to be photographed with such an ultrasonic camera, the
Figure pat00006
) is lost and needs to be restored.

이와 같이 고도가 유실된 2D 이미지를 재구성하여 3차원 정보를 복원하는 것이 매우 중요하다.It is very important to reconstruct 3D information by reconstructing a 2D image that has lost altitude.

초음파 카메라를 롤링 회전시키면서 촬영 대상 물체를 촬영하여 촬영 대상 물체를 스캔하는 과정이 라돈 변환이다.Radon transformation is a process of scanning an object to be photographed by photographing the object to be photographed while rolling and rotating the ultrasonic camera.

좀 더 상세히 설명하면, 초음파 카메라에서 방출되는 초음파와 같은 물질은 촬영 대상 물체를 통과할 때, 물체의 조직의 종류에 따라 그 감쇄량(Attenuation)이 다르다.In more detail, when a material, such as ultrasound, emitted from an ultrasound camera passes through an object to be photographed, an attenuation amount thereof varies depending on the type of tissue of the object.

이러한 감쇄 상수(Attenuation Efficient)의 분포를 가시화함으로써 촬영 대상 물체의 단층 영상을 재구성하게 된다.By visualizing the distribution of the attenuation constant (Attenuation Efficient), a tomographic image of the object to be photographed is reconstructed.

이미지의 일련의 사영(A series of projections)으로부터 원래의 이미지를 재구축(Reconstruction)하는 것을 라돈 변환이라 한다.Reconstruction of the original image from a series of projections is called Radon transformation.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 푸리에 방식에서 촬영 대상 물체에 광선이 방사된 상태를 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 푸리에 방식에서

Figure pat00007
의 샘플 좌표를 나타내는 도면이다.6 is a view illustrating a state in which a light beam is emitted to an object to be photographed in the Fourier method according to an embodiment of the present invention, and FIG.
Figure pat00007
It is a diagram showing the sample coordinates of .

라돈 변환(Radon transform)은 w(x, y, z)를 3차원에서 물체라고 하고, 고정된 z값인 z0에 대해

Figure pat00008
라 하면,
Figure pat00009
는 물체의 단층 절편을 나타낸다.Radon transform refers to w(x, y, z) as an object in three dimensions, and for a fixed z value of z 0 ,
Figure pat00008
If you say
Figure pat00009
represents the tomographic section of the object.

z값을 달리하면, 다른 절편을 획득할 수 있다.By varying the z-value, different intercepts can be obtained.

이 절편들을 차례로 정렬하고 쌓아 물체의 3차원적인 표면(Volume Data)를 획득할 수 있다.The three-dimensional surface (volume data) of the object can be obtained by arranging and stacking these fragments one after the other.

각 절편의 두께는 무한히 작은 것이 이상적이지만 실질적인 스캐너에서는 그렇지 못하고 어떤 범위 내에서 조정이 가능하다.Ideally, the thickness of each section should be infinitely small, but this is not the case in practical scanners and can be adjusted within a certain range.

만약. 2절편 사이의 물체의 값이 필요하면 인접 절편 값과 보간법을 이용하여 그 값을 추정하게 된다.what if. If the value of the object between the two intercepts is needed, the value is estimated using the adjacent intercept value and interpolation method.

고정된 z값 z0에 대해, 절편

Figure pat00010
와, 그 물체를 통과하는 평행 광선들은 도 6을 통해 확인할 수 있다.For a fixed z-value z 0 , the intercept
Figure pat00010
And, the parallel rays passing through the object can be confirmed through FIG. 6 .

도 6을 참조하면, x축에서 θ만큼 기울어진 선에 수직이고, 원점에서 t만큼의 거리에 있는 광선을 M θ,t 라 하면, 각 광선 M θ,t 에 대한 선적분은 하기 수식 (1)로 표현된다.Referring to FIG. 6 , if a ray perpendicular to the line inclined by θ from the x-axis and at a distance of t from the origin is M θ ,t, the line integral for each ray M θ,t is expressed by the following Equation (1) is expressed as

Figure pat00011
(1)
Figure pat00011
(One)

이러한

Figure pat00012
를
Figure pat00013
에 대한 라돈 변환이라 한다.Such
Figure pat00012
cast
Figure pat00013
It is called radon transformation for

여기서, s는 M θ,t 방향의 선(line)이다.Here, s is a line in the M θ,t direction.

고정된 θ 값에 대해

Figure pat00014
는 1차원의 신호이고,
Figure pat00015
는
Figure pat00016
의 1차 사영(Projection)들의 완전한 집합이다.For a fixed θ value
Figure pat00014
is a one-dimensional signal,
Figure pat00015
Is
Figure pat00016
is a complete set of first-order projections of

M θ,t 를 매개 변수로 나타내면

Figure pat00017
이므로, 디락 델타(Dirac Delta) 함수를 사용하면 하기 수식 (2)로 표현된다.If we represent M θ,t as a parameter,
Figure pat00017
Therefore, if the Dirac Delta function is used, it is expressed by the following Equation (2).

Figure pat00018
(2)
Figure pat00018
(2)

이러한

Figure pat00019
에서
Figure pat00020
를 재구축하게 된다.Such
Figure pat00019
at
Figure pat00020
will rebuild

이와 같은 라돈 변환을 역변환하는 것이 라돈 역변환이라 한다.Inverse transformation of such a radon transformation is called inverse radon transformation.

본 실시예에서는

Figure pat00021
에서
Figure pat00022
를 재구축하기 위해 푸리에 변환(Fourier Transform)을 이용한다.In this embodiment
Figure pat00021
at
Figure pat00022
A Fourier transform is used to reconstruct .

Figure pat00023
의 라돈 변환
Figure pat00024
의 중요한 성질 중 하나는
Figure pat00025
의 2차 푸리에 변환인
Figure pat00026
와의 관계이다.
Figure pat00023
of radon conversion
Figure pat00024
One of the important properties of
Figure pat00025
is the second-order Fourier transform of
Figure pat00026
is a relationship with

Figure pat00027
의 2차 푸리에 변환
Figure pat00028
는 하기 수식 (3)으로 표현된다.
Figure pat00027
quadratic Fourier transform of
Figure pat00028
is expressed by the following formula (3).

Figure pat00029
(3)
Figure pat00029
(3)

이러한

Figure pat00030
의 1차 푸리에 변환을
Figure pat00031
라 하면,
Figure pat00032
는 하기 수식 (4)로 표현된다.Such
Figure pat00030
The first-order Fourier transform of
Figure pat00031
If you say
Figure pat00032
is expressed by the following formula (4).

Figure pat00033
(4)
Figure pat00033
(4)

이에 의해,

Figure pat00034
=
Figure pat00035
이고, 푸리에 변환의 절편 정리인 하기 수식 (5)를 획득한다.Thereby,
Figure pat00034
=
Figure pat00035
, and the following equation (5), which is the intercept theorem of the Fourier transform, is obtained.

Figure pat00036
(5)
Figure pat00036
(5)

수식 (5)로부터 모든 θ에 대해

Figure pat00037
의 1차 푸리에 변환
Figure pat00038
를 구하면,
Figure pat00039
의 2차 푸리에 변환
Figure pat00040
를 추정할 수 있다.From Equation (5), for all θ
Figure pat00037
first-order Fourier transform of
Figure pat00038
If you find
Figure pat00039
quadratic Fourier transform of
Figure pat00040
can be estimated.

Figure pat00041
를 역 푸리에 변환(Inverse Fourier Transform)하면
Figure pat00042
를 획득한다.
Figure pat00041
If is an Inverse Fourier Transform,
Figure pat00042
to acquire

도 7을 참조하면, 푸리에 변환의 절편 정리에서 보듯이

Figure pat00043
평면에서 모든 각 θ에 대해 방사상의 선
Figure pat00044
로
Figure pat00045
값을 추정할 수 있다.Referring to Figure 7, as shown in the intercept theorem of the Fourier transform
Figure pat00043
Radial line for every angle θ in the plane
Figure pat00044
as
Figure pat00045
value can be estimated.

이때,

Figure pat00046
값을 사각형의 좌표로 보간(Interpolate)해야 하는데, 그 오차가 상수가 아니다.At this time,
Figure pat00046
The value must be interpolated with the coordinates of the rectangle, but the error is not constant.

즉, 원점 부근의 주파수(Frequency)가 낮은 곳에는 샘플이 많고, 주파수가 높은 곳에는 샘플이 적어, 보간에 따른 오차가 커져 물체의 가장자리 등 주파수가 높은 곳에서 이미지

Figure pat00047
가 일그러질 수 있다.In other words, there are many samples in the low frequency area near the origin and few samples in the high frequency area, so the error due to interpolation increases and the image is located at a high frequency such as the edge of an object.
Figure pat00047
may be distorted

따라서, 보간법을 수행해야 한다.Therefore, interpolation must be performed.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 역투사 방식에서, 분리화된 값을 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 역투사 방식에서, 사영의 수가 충분히 많지 않을 경우를 나타내는 도면이며, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 역투사 방식에서, 역투사를 나타내는 도면이다.8 is a diagram illustrating separated values in a reverse projection method according to another embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a diagram illustrating a case in which the number of projections is not sufficiently large in a reverse projection method according to another embodiment of the present invention. FIG. 10 is a diagram illustrating reverse projection in a reverse projection method according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 실시예에서는, 역투사(Filtered Back Projection)를 통해 재구축하는 방식을 설명하도록 한다.In another embodiment of the present invention, a method of reconstruction through Filtered Back Projection will be described.

2차원에서 역 라돈변환은 하기 수식(6)으로 표현된다.The inverse Radon transformation in two dimensions is expressed by the following Equation (6).

Figure pat00048
(6)
Figure pat00048
(6)

상기 수식 (6)에 주치(Principal Value)를 이용하고,

Figure pat00049
가 존재하고 연속이라 가정하면, 하기 수식 (7)을 획득할 수 있다.Using the principal value in Equation (6),
Figure pat00049
Assuming that is and is continuous, the following Equation (7) can be obtained.

Figure pat00050
(7)
Figure pat00050
(7)

여기서,

Figure pat00051
는
Figure pat00052
면,
Figure pat00053
이고,
Figure pat00054
이면,
Figure pat00055
이다.here,
Figure pat00051
Is
Figure pat00052
noodle,
Figure pat00053
ego,
Figure pat00054
this side,
Figure pat00055
to be.

Figure pat00056
은 하이 패스 필터(High Pass Filter)의 역할을 하며, 푸리에 변환에서
Figure pat00057
와 동일한다.
Figure pat00056
acts as a high pass filter, and in the Fourier transform
Figure pat00057
same as

상기 수식 (6) 또는 (7)은

Figure pat00058
를 획득하기 위해, 각 θ에 대해 Equation (6) or (7) above is
Figure pat00058
To obtain , for each θ

Figure pat00059
Figure pat00060
을 (x, y) 평면으로 사영하는 것이라 할 수 있으며, 이것을 역투사라 한다.
Figure pat00059
Figure pat00060
can be said to be projected onto the (x, y) plane, and this is called reverse projection.

상술한 바에 의하면 사영을 연속적으로 획득하는 방식으로 재구축하지만, 실질적으로 오직 유한 번의 사영만을 획득할 수 있으므로, 분리화(discrete)된

Figure pat00061
값만을 획득할 수 있다.According to the above description, it is reconstructed in a way that continuously acquires projections, but in reality only a finite number of projections can be acquired, so the discrete
Figure pat00061
Only values can be obtained.

N개의 사영이 있고, 사영각이

Figure pat00062
사이에서 같은 간격으로 주어질 경우,
Figure pat00063
은
Figure pat00064
에서 i번째의 투사된 사영(filtered projection)이고,
Figure pat00065
일 때 역사영(back projection)을 다음과 같이 하기 수식 (8)로 추정할 수 있다. There are N oblique angles, and the oblique angles are
Figure pat00062
Given equal spacing between
Figure pat00063
silver
Figure pat00064
is the i-th filtered projection in
Figure pat00065
When , the back projection can be estimated by Equation (8) below.

Figure pat00066
(8)
Figure pat00066
(8)

또한, 디텍터의 개수도 유한하므로, 사영 데이터를 샘플링해야 한다.In addition, since the number of detectors is also finite, projection data must be sampled.

디텍터의 두께가 무시할 수 있을 만큼 얇고, 샘플링 간격이 작은 값

Figure pat00067
라고 가정하고,
Figure pat00068
,
Figure pat00069
를 샘플링한 것을 각각
Figure pat00070
라 하면,
Figure pat00071
로부터
Figure pat00072
를 획득하기 위해
Figure pat00073
도 샘플링해야 한다.A value with a negligible thickness of the detector and a small sampling interval
Figure pat00067
Assuming that
Figure pat00068
,
Figure pat00069
each sampled
Figure pat00070
If you say
Figure pat00071
from
Figure pat00072
to obtain
Figure pat00073
should also be sampled.

또한, 도 9에 나타낸 바와 같이 사영의 수가 충분히 많지 않을 경우 물질을 역사영하면 별 모양의 원하지 않는 무늬(Artifact)가 생길 수 있다.In addition, as shown in FIG. 9 , if the number of projections is not large enough, undesirable star-shaped artifacts may be generated when the material is reverse projected.

상기 수식 (8)에서 역투사로

Figure pat00074
를 추정할 때, 도 10에 나타낸 바와 같이
Figure pat00075
(여기서,
Figure pat00076
)는 선분 ML 상의 모든 점에 동일한 값을 준다. t가 클수록 ML의 길이가 짧아지고, t가 작을수록 ML의 길이가 길어져서 t의 값에 따라
Figure pat00077
가 영향을 미치는 범위가 달라진다.In Equation (8) above, to the reverse projection
Figure pat00074
When estimating , as shown in
Figure pat00075
(here,
Figure pat00076
) gives the same value to all points on the line segment ML. As t increases, the length of ML becomes shorter, and as t decreases, the length of ML becomes longer.
Figure pat00077
The range of influence varies.

도 11은 보간법을 나타내는 도면이다. 11 is a diagram illustrating an interpolation method.

도 11을 참조하여, 보간법에 대해 설명한다With reference to FIG. 11, the interpolation method is demonstrated.

역사영할 때 주어진 각

Figure pat00078
에 대해,
Figure pat00079
의 값이 필터링된 샘플링 값
Figure pat00080
과
Figure pat00081
사이에 있으므로, 보간이 필요하다.The angle given during historical projection
Figure pat00078
About,
Figure pat00079
The value of the filtered sampling value
Figure pat00080
class
Figure pat00081
between them, so interpolation is necessary.

Figure pat00082
의 특성, 특정 응용에 실제적으로 사용할 수 있는 계산량과, 특정 보간법에 따른 영상의 질 등을 고려하여, 0차 보간, 선형 보간, 스플라인(spline)이나 라그랑주(lagrange) 방법 등의 보간법을 이용할 수 있다.
Figure pat00082
Interpolation methods such as zero-order interpolation, linear interpolation, spline or Lagrange method can be used in consideration of the characteristics of .

일반적으로 선형 보간법이 많이 사용되지만, 픽셀보다 작은 모서리 등을 추정할 때는 3차 스플라인이나 다른 곡선을 이용한 보간법 등이 효과적이다.In general, linear interpolation is often used, but when estimating edges smaller than a pixel, interpolation using cubic splines or other curves is effective.

이 외에도 서브 샘플링(sub-sampling), 수퍼 샘플링(super-sampling), 프리 샘플링(pre-sampling) 의 신호 처리 기술을 사용할 수 있다.In addition to this, signal processing techniques of sub-sampling, super-sampling, and pre-sampling may be used.

환언하면, 초음파 카메라와, 촬영 대상 물체 사이의 거리가 측정되고, 초음파 카메라로부터 방사되는 각도가 고정된 상태로 방위각이 계측되며, 고도를 사영으로부터 재구축함으로써, 3차원 이미지를 재구성할 수 있다.In other words, the distance between the ultrasonic camera and the object to be photographed is measured, the azimuth is measured while the angle radiated from the ultrasonic camera is fixed, and the three-dimensional image can be reconstructed by reconstructing the altitude from the projection.

즉, 3차원 이미지의 복원은 2차원 이미지의 절편(slice) 또는 단층 영상(tomography)의 데이터를 면적분하여 상기 촬영 대상 물체를 재구축하는 것이다.That is, the restoration of the 3D image is to reconstruct the object to be photographed by area segmenting data of a slice of a 2D image or tomography.

이러한 재구축은 푸리에 변환 방식 또는 역투사 방식에 의해 수행된다.This reconstruction is performed by a Fourier transform method or an inverse projection method.

또한, 초음파 카메라를 롤링시 롤 각도 변화 간격이 불규칙할 경우 보간법을 이용하여 보정한다.In addition, if the roll angle change interval is irregular when rolling the ultrasonic camera, it is corrected by using the interpolation method.

이러한 보간법은 0차 보간, 선형 보간, 스플라인 보간, 라그랑주 보간 중 하나이다.This interpolation method is one of zero-order interpolation, linear interpolation, spline interpolation, and Lagrange interpolation.

이때, 픽셀보다 작은 모서리를 추정할 때는 3차 스플라인 보간법 또는 곡선을 이용한 보간법을 사용하는 것이 효과적이다.In this case, when estimating an edge smaller than a pixel, it is effective to use cubic spline interpolation or interpolation using a curve.

도 12는 실물을 나타내는 사진이고, 도 13은 도 12의 실물을 롤링각 0도에서 촬영한 사진이며, 도 14는 도 12의 실물을 롤링각 90도에서 촬영한 사진이며, 도 15는 다양한 각도에서 바라본 재구성된 물체를 나타내는 도면이다.12 is a photograph showing the real thing, FIG. 13 is a photograph taken at a rolling angle of 0 degrees of the real object of FIG. 12, FIG. 14 is a photograph taken of the real object of FIG. 12 at a rolling angle of 90 degrees, and FIG. It is a diagram showing the reconstructed object viewed from

도 13 내지 도 15를 참조하면, 도 12에 도시된 촬영 대상 물체(실물)가 거의 동일 또는 유사한 3D 이미지로 재구축 된 것을 확인할 수 있다.13 to 15 , it can be confirmed that the photographing target object (real) shown in FIG. 12 is reconstructed into an almost identical or similar 3D image.

이와 같이 본 발명에 의하면, 초음파 카메라가 2D 이미지를 구성하는 과정에서 유실되는 고도 정보를 복원하여 3D 정보를 재구성하고자 초음파 카메라를 롤링시켜서 획득되는 다수의 초음파 이미지에 역라돈 변환을 적용하여 3차원 이미지를 획득하기 위한 초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the inverse radon transformation is applied to a plurality of ultrasound images obtained by rolling the ultrasound camera to reconstruct 3D information by restoring the altitude information lost in the process of constructing the 2D image by the ultrasound camera to obtain a 3D image. There is an effect of reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera for obtaining a 3D image.

이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.In the above, although several preferred embodiments of the present invention have been described with some examples, the descriptions of various various embodiments described in the "Specific Contents for Carrying Out the Invention" item are merely exemplary, and the present invention Those of ordinary skill in the art will understand well that the present invention can be practiced with various modifications or equivalents to the present invention from the above description.

또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.In addition, since the present invention can be implemented in various other forms, the present invention is not limited by the above description, and the above description is intended to complete the disclosure of the present invention, and is generally It is to be understood that this is only provided to fully inform those with knowledge of the scope of the present invention, and that the present invention is only defined by each of the claims.

Claims (15)

초음파 카메라를 롤링 회전시키면서 촬영 대상 물체를 촬영하는 제 1 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법.
A first step of photographing an object to be photographed while rolling and rotating the ultrasonic camera; characterized in that it comprises,
A method of reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a three-dimensional image.
 초음파 카메라를 롤링 회전시키면서 촬영 대상 물체를 촬영하는 제 1 단계; 및
상기 초음파 카메라로부터 획득된 복수의 2D 이미지에 역라돈 변환(Inverse Radon Transform)을 적용하는 제 2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법.
A first step of photographing an object to be photographed while rolling and rotating the ultrasound camera; and
A second step of applying Inverse Radon Transform to a plurality of 2D images obtained from the ultrasound camera;
A method of reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a three-dimensional image.
 초음파 카메라를 롤링 회전시키면서 촬영 대상 물체를 촬영하는 제 1 단계;
상기 초음파 카메라로부터 획득된 복수의 2D 이미지에 역라돈 변환(Inverse Radon Transform)을 적용하는 제 2 단계; 및
역라돈 변환에 의해 획득된 고도를 이용하여 상기 2D 이미지를 3D 이미지로 복원하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법.
A first step of photographing an object to be photographed while rolling and rotating the ultrasound camera;
a second step of applying Inverse Radon Transform to a plurality of 2D images obtained from the ultrasound camera; and
A third step of restoring the 2D image to a 3D image using the altitude obtained by inverse radon transformation; characterized in that it comprises a,
A method of reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a three-dimensional image.
 제 3 항에 있어서,
상기 초음파 카메라는 -90° 내지 +90°에 걸처 롤링 회전되는 것을 특징으로 하는,
초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법.
4. The method of claim 3,
The ultrasonic camera is characterized in that the rolling rotation over -90 ° to +90 °,
A method of reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a three-dimensional image.
 제 3 항에 있어서,
상기 초음파 카메라를 롤링시 롤의 각도 변화를 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는,
초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법.
4. The method of claim 3,
Characterized in maintaining a constant change in the angle of the roll when rolling the ultrasonic camera,
A method of reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a three-dimensional image.
 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 역라돈 변환은 상기 2D 이미지로부터 상기 초음파 카메라와 동일한 거리에 있는 영역에 적용시, 상기 영역으로 사영된 점들의 고도를 복원시키는 것을 특징으로 하는,
초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법.
4. The method according to claim 2 or 3,
When the inverse radon transformation is applied to an area at the same distance from the ultrasound camera from the 2D image, it is characterized in that the elevation of the points projected to the area is restored,
A method of reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a three-dimensional image.
 제 6 항에 있어서,
상기 역라돈 변환은 상기 초음파 카메라와 동일한 거리의 호에 대해 반복 적용하는 것을 특징으로 하는,
초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법.
7. The method of claim 6,
The inverse radon transformation is characterized in that it is repeatedly applied to an arc of the same distance as the ultrasound camera,
A method of reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a three-dimensional image.
 제 6 항에 있어서,
상기 영역은 상기 초음파 카메라로부터 시간 지연을 통해 계측하는 것을 특징으로 하는,
초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법.
7. The method of claim 6,
The area is characterized in that it is measured through a time delay from the ultrasound camera,
A method of reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a three-dimensional image.
 제 6 항에 있어서,
상기 점의 3차원 위치 정보는 상기 영역과, 상기 영역이 이루는 방위각과, 상기 영역에 사영된 점에 적용된 역라돈 변환에 의한 값에 의해 복원되는 것을 특징으로 하는,
초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법.
7. The method of claim 6,
The three-dimensional position information of the point is characterized in that the region, the azimuth formed by the region, and a value by inverse radon transformation applied to the point projected on the region are restored.
A method of reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a three-dimensional image.
 제 9 항에 있어서,
상기 방위각은 상기 초음파 카메라로부터 방사되는 각도가 고정된 상태로 계측되는 것을 특징으로 하는,
초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법.
10. The method of claim 9,
The azimuth is characterized in that the angle radiated from the ultrasonic camera is measured in a fixed state,
A method of reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a three-dimensional image.
 제 3 항에 있어서,
상기 복원은 2차원 이미지의 절편(slice) 또는 단층 영상(tomography)의 데이터를 면적분하여 상기 촬영 대상 물체를 재구축하는 것을 특징으로 하는,
초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법.
4. The method of claim 3,
The restoration is characterized in that the area segmentation of a slice of a two-dimensional image or data of a tomography image is reconstructed to reconstruct the object to be photographed,
A method of reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a three-dimensional image.
 제 11 항에 있어서,
상기 재구축은 푸리에 변환 방식 또는 역투사 방식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는,
초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법.
12. The method of claim 11,
The reconstruction is characterized in that performed by a Fourier transform method or a reverse projection method,
A method of reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a three-dimensional image.
 제 12 항에 있어서,
상기 초음파 카메라를 롤링시 롤 각도 변화 간격이 불규칙할 경우 보간법을 이용하여 보정하는 것을 특징으로 하는,
초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법.
13. The method of claim 12,
When the ultrasonic camera is rolled, when the roll angle change interval is irregular, it is characterized in that it is corrected using an interpolation method,
A method of reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a three-dimensional image.
 제 13 항에 있어서,
상기 보간법은 0차 보간, 선형 보간, 스플라인 보간, 라그랑주 보간 중 하나인 것을 특징으로 하는,
초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법.
14. The method of claim 13,
The interpolation method is characterized in that one of zero-order interpolation, linear interpolation, spline interpolation, and Lagrange interpolation,
A method of reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a three-dimensional image.
 제 14 항에 있어서,
상기 2상기 픽셀보다 작은 모서리를 추정할 때는 3차 스플라인 보간법 또는 곡선을 이용한 보간법을 사용하는 것을 특징으로 하는,
초음파 카메라로 취득된 초음파 이미지를 3차원 이미지로 재구성하는 방법.
15. The method of claim 14,
When estimating an edge smaller than the second pixel, cubic spline interpolation or interpolation using a curve is used,
A method of reconstructing an ultrasound image acquired with an ultrasound camera into a three-dimensional image.
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