非線性動態(tài)聚焦控制方法
【專利摘要】一種非線性動態(tài)聚焦控制方法，包括：1)以具有最小長度與最大長度的掃描線中的最小長度作為初始位置，并于該掃描線上配置聚焦點(diǎn)；2)計算聚焦點(diǎn)的半焦深，將該初始位置加上該聚焦點(diǎn)的半焦深作為該聚焦點(diǎn)位于掃描線上的位置；3)以該聚焦點(diǎn)位于該掃描線上的位置向該最大長度的方向加上該聚焦點(diǎn)的半焦深作為下一聚焦點(diǎn)的計算起始位置；4)判斷下一聚焦點(diǎn)的計算起始位置是否大于該最大長度，若否，則以該下一聚焦點(diǎn)的計算起始位置取代該初始位置，重復(fù)步驟2)至3)，若是，則結(jié)束計算；其中，該掃描線上的該些聚焦點(diǎn)位置依據(jù)點(diǎn)波源擴(kuò)散函數(shù)的位移不變特性而呈非線性分布。據(jù)此，能更有效率地配置聚焦點(diǎn)并降低具有陣列換能器的成像系統(tǒng)的運(yùn)算復(fù)雜度。
【專利說明】非線性動態(tài)聚焦控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明關(guān)于動態(tài)接收聚焦控制方法，特別是關(guān)于一種聚焦點(diǎn)呈非線性分布的動態(tài) 接收聚焦成像控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 超聲波影像由于具有非侵入式、實時成像、高影像品質(zhì)等特性，因此在生物醫(yī)學(xué)及 工業(yè)檢測領(lǐng)域皆有廣泛的應(yīng)用。在超聲波影像系統(tǒng)中，又以波束形成器（Beamformer)最為 關(guān)鍵，所謂波束形成器位于系統(tǒng)前端，用于取得探頭的電訊號、進(jìn)行延遲控制及相關(guān)的訊號 處理，其處理后的訊號品質(zhì)良麻將對系統(tǒng)后端的應(yīng)用產(chǎn)生重大影響，故波束形成器的設(shè)計 對于影像系統(tǒng)極為重要。
[0003] 現(xiàn)有的波束形成器是由發(fā)射端與接收端二個部分所構(gòu)成，發(fā)射端用于控制陣列換 能器（Transducer)中各個頻道的發(fā)射時序，以達(dá)到波束偏移及聚焦的效果，接收端則用于 提供各個頻道的接收聚焦延遲以及進(jìn)行延遲加總（Delay-Sum)。因各該頻道的聚焦延遲為 隨距離變化的函數(shù)，為取得更高品質(zhì)的影像，必須動態(tài)地更新各該頻道的聚焦延遲值，并給 予各該頻道不同的權(quán)值，以進(jìn)行可適性（Adoptive)調(diào)整來改善因超聲波在不同組織中的 傳播速度不同所造成的相位偏移。
[0004] 圖1為具有陣列換能器的成像系統(tǒng)中的接收端的示意圖。該接收端1包括陣列換 能器10、延遲單元11、加權(quán)單元12、以及加總單元13。
[0005] 當(dāng)該接收端1欲計算一聚焦點(diǎn)14對于位于（X，0)位置的頻道的聚焦延遲時，其聚 焦延遲方程式如下所示：

【權(quán)利要求】
1. 一種非線性動態(tài)聚焦控制方法，應(yīng)用于具有陣列換能器的成像系統(tǒng)，包括： 1) 選擇掃描線，其中，該掃描線具有最小長度與最大長度，并以該最小長度作為初始位 置，且該掃描線上配置有聚焦點(diǎn)； 2) 計算該聚焦點(diǎn)的半焦深，將該初始位置加上該聚焦點(diǎn)的半焦深作為該聚焦 點(diǎn)位于該掃描線上的位置，其中，計算該聚焦點(diǎn)位于該掃描線上的位置的方程式為
^為該聚焦點(diǎn)的半焦深、λ為該成像系統(tǒng)所發(fā)出的超聲 波波長、Α為該成像系統(tǒng)所發(fā)出的超聲波的孔徑、zFii為該聚焦點(diǎn)位于該掃描線上的位置、Zi 為該初始位置、K為用于調(diào)整該掃描線上的該些聚焦點(diǎn)的總數(shù)目的系數(shù)； 3) 以該聚焦點(diǎn)位于該掃描線上的位置向該最大長度的方向加上該聚焦點(diǎn)的半焦深作 為下一聚焦點(diǎn)的計算起始位置；以及 4) 判斷該下一聚焦點(diǎn)的計算起始位置是否大于該最大長度，若否，則以該下一聚焦點(diǎn) 的計算起始位置取代該初始位置，并重復(fù)步驟2)至3)，若是，則結(jié)束計算； 其中，該掃描線上的該些聚焦點(diǎn)位置依據(jù)點(diǎn)波源擴(kuò)散函數(shù)的位移不變特性而呈非線性 分布。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性動態(tài)聚焦控制方法，其特征在于，該非線性分布為二 次非線性分布。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性動態(tài)聚焦控制方法，其特征在于，步驟2)還包括： 確認(rèn)該聚焦點(diǎn)位于該掃描線上的位置大于該初始位置且小于該最大長度的步驟。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性動態(tài)聚焦控制方法，其特征在于，步驟2)還包括： 將該聚焦點(diǎn)的半焦深與該成像系統(tǒng)預(yù)設(shè)的取樣點(diǎn)長度進(jìn)行比對，若該聚焦點(diǎn)的半焦深 小于該預(yù)設(shè)的取樣點(diǎn)長度，以該預(yù)設(shè)的取樣點(diǎn)長度取代該聚焦點(diǎn)的半焦深的步驟。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性動態(tài)聚焦控制方法，其特征在于，步驟4)還包括： 當(dāng)該下一聚焦點(diǎn)的計算起始位置小于該最大長度，且該最大長度減去該下一聚焦點(diǎn)的 計算起始位置小于下一聚焦點(diǎn)的半焦深時，將該下一聚焦點(diǎn)設(shè)于該最大長度上的步驟。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以非線性動態(tài)聚焦控制方法，其特征在于，該方法還包括： 5) 該陣列換能器沿該掃描線接收至少一個取樣點(diǎn)，并以各該聚焦點(diǎn)為中心，向該最小 長度的方向及該最大長度的方向分別延伸各該聚焦點(diǎn)所對應(yīng)的半焦深，以形成至少一個加 權(quán)區(qū)塊，給予包含在同一個該加權(quán)區(qū)塊中的該取樣點(diǎn)相同的權(quán)值以進(jìn)行波束合成。
7. -種非線性動態(tài)聚焦控制方法，應(yīng)用于具有陣列的成像系統(tǒng)中，包括： 1) 選擇掃描線，其中，該掃描線具有最小長度與最大長度； 2) 于該掃描線上設(shè)定轉(zhuǎn)折點(diǎn)，將該掃描線區(qū)分為η個掃描線段，其中，η不小于2,且該 η個掃描線段沿該掃描線由該最小長度至該最大長度的方向依序排列，該η個掃描線段中 的第一掃描線段以該最小長度作為初始位置，并以最接近該最小長度的轉(zhuǎn)折點(diǎn)作為結(jié)束位 置，第η個掃描線段則以該最大長度作為結(jié)束位置，并以最接近該最大長度的轉(zhuǎn)折點(diǎn)作為 初始位置，其余掃描線段由最接近該最小長度的轉(zhuǎn)折點(diǎn)開始，分別以相鄰的二轉(zhuǎn)折點(diǎn)作為 初始位置與結(jié)束位置，再于各該掃描線段上配置聚焦點(diǎn)； 3) 計算各該掃描線段的該聚焦點(diǎn)的半焦深，并以各該掃描線段的該初始位置加 上對應(yīng)的各該掃描線段的聚焦點(diǎn)的半焦深作為各該掃描線段的該聚焦點(diǎn)位于各該 掃描線段上的位置，其中，計算各該聚焦點(diǎn)位于各該掃描線段上的位置的方程式為
;為該聚焦點(diǎn)的半焦深、λ為該成像系統(tǒng)所發(fā)出 的超聲波波長、Α為該成像系統(tǒng)所發(fā)出的超聲波的孔徑、zFi i為該聚焦點(diǎn)位于該掃描線上的 位置、Zi為該初始位置、Λ Zi為用于調(diào)整該聚焦點(diǎn)位于該掃描線上的位置的校正項、K為用 于調(diào)整該掃描線上的該些聚焦點(diǎn)的總數(shù)目的系數(shù)； 4) 以各該聚焦點(diǎn)位于各該掃描線段上的位置向該最大長度的方向加上對應(yīng)的各該聚 焦點(diǎn)的半焦深作為各該掃描線段的下一聚焦點(diǎn)的計算起始位置；以及 5) 分別判斷該各該掃描線段的下一聚焦點(diǎn)的計算起始位置是否大于各該掃描線段的 結(jié)束位置，若否，則以該掃描線段的該下一聚焦點(diǎn)的計算起始位置取代該掃描線段的該初 始位置，并重復(fù)步驟3)至4)，若是，則結(jié)束該掃描線段的計算； 其中，該掃描線上的該些聚焦點(diǎn)位置依據(jù)點(diǎn)波源擴(kuò)散函數(shù)的位移不變特性而呈非線性 分布，且該些掃描線段中的至少一者的AZi不同于其它各者。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的非線性動態(tài)聚焦控制方法，其特征在于，計算各該聚焦點(diǎn)位 于各該掃描線段上的位置的方程式以調(diào)整使各該掃描線段上的該些焦點(diǎn)位置呈線性 分布、二次非線性分布、三次非線性分布或更1?次非線性分布。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的非線性動態(tài)聚焦控制方法，其特征在于，步驟3)還包括： 確認(rèn)各該聚焦點(diǎn)位于各該掃描線段上的位置大于該初始位置且小于該結(jié)束位置的步 驟。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的以非線性動態(tài)聚焦控制方法，其特征在于，步驟3)還包括： 將該聚焦點(diǎn)的半焦深與該成像系統(tǒng)預(yù)設(shè)的取樣點(diǎn)長度進(jìn)行比對，若該聚焦點(diǎn)的半焦深 小于該預(yù)設(shè)的取樣點(diǎn)長度，以該預(yù)設(shè)的取樣點(diǎn)長度取代該聚焦點(diǎn)的半焦深的步驟。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的非線性動態(tài)聚焦控制方法，其特征在于，步驟5)還包括： 當(dāng)該第η個掃描線段的該下一聚焦點(diǎn)的計算起始位置小于該最大長度，且該最大長度 減去該該第η個掃描線段的下一聚焦點(diǎn)的計算起始位置小于該第η個掃描線段的下一聚焦 點(diǎn)的半焦深時，將該第η個掃描線段的該下一聚焦點(diǎn)設(shè)于該最大長度上的步驟。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的非線性動態(tài)聚焦控制方法，其特征在于，還包括： 6) 該陣列換能器沿該掃描線接收至少一個取樣點(diǎn)，并以各該聚焦點(diǎn)為中心，向該最小 長度的方向及該最大長度的方向分別延伸各該聚焦點(diǎn)所對應(yīng)的半焦深，以形成至少一個加 權(quán)區(qū)塊，給予包含在同一該加權(quán)區(qū)塊中的該取樣點(diǎn)相同的權(quán)值。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的非線性動態(tài)聚焦控制方法，其特征在于，該轉(zhuǎn)折點(diǎn)為近場區(qū) 域與遠(yuǎn)場區(qū)域的交界點(diǎn)或發(fā)射聚焦點(diǎn)。
【文檔編號】G03B42/06GK104142608SQ201310236466
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月7日
【發(fā)明者】何從廉, 陳仁智 申請人:財團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院