[發明專利]一種基于FPGA的超聲全數據聚焦快速成像方法及系統

有效

• 申請號: 201611077700.6
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN106651740B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 王沖;毛捷;冷濤;安志武;陳秋穎;宋波;周文佳;廉國選
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G06T1/20
• 分類號: G06T1/20;G06F15/78
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所(普通合伙) 11309
• 代理人: 陳霽

本發明涉及一種基于FPGA的超聲全數據聚焦快速成像方法及系統，該基于FPGA的超聲全數據聚焦快速成像方法包括：采集由至少一個第一陣元的每一個陣元發射的第一超聲波信號至像素點，及由像素點反射至少一個第二超聲波信號至至少一個第二陣元，并將采集后的數據存儲；根據第一超聲波信號和至少一個第二超聲波信號，確定像素點對應的至少一個傳輸時延；根據像素點的至少一個傳輸時延檢索存儲的像素點對應的數據；根據像素點對應的數據合成像素點對應的像素值；對像素點對應的像素值進行變換，確定像素值的解析信號，并在獲取解析信號的包絡后成像。基于本發明的成像方法，提高了成像并行化程度，加快了成像效率，同時顯著改善了陣元數和像素數增加對效率的影響。

技術領域

本發明涉及超聲檢測領域，特別涉及一種基于FPGA的超聲全數據聚焦快速成像方法及系統。

背景技術

超聲全數據聚焦(TFM)成像是一種基于全矩陣捕捉(FMC)的高級相控陣檢測方法，相比于常規相控陣成像方法，具有高分辨率、檢測范圍大等優勢，具有著廣闊的應用前景。

TFM是基于FMC的一種成像方法，如圖1所示，TFM對檢測區域網格化，根據陣元與像素的空間距離計算傳輸延時，檢索相應的FMC數據，完成像素點的疊加合成。

任一像素點P(x,z)的值I由公式1給出。

h_ij為激發陣元為i時，j陣元的接收數據，并經過了Hilbert變換。x_i和x_j分別是陣元i和j的橫軸坐標，c是聲速，N是陣元個數。

長期以來，全數據聚焦只能在實驗室中非實時實現，大量的數據處理和計算成為其走向應用的瓶頸。并行運算平臺以其高效的并發執行能力，成為提高全聚焦成像效率的重要方法。

并行運算平臺主要有GPU，多核CPU和FPGA等。基于GPU+CPU的TFM算法加速是近年來主要的實現方式，但沒有考慮硬件采集和數據傳輸帶來的影響，同時限于軟件處理器的并行能力，TFM計算效率仍然不足，在陣元或像素增多時，成像效率會急劇下降。

FPGA為TFM的高效計算提供了良好并行平臺。2013年有研究提出基于多片FPGA的TFM成像，在16陣元、60*60像素量下達到73Hz成像速率，但像素提高到128*128時，效率大幅下降至20Hz以下。原因就在于當前的FPGA設計方法并行化程度不足。如聚焦延時采用軟件計算和下傳存儲的方式，致使FPGA需要花費多個周期才能讀取延時值、計算出一個像素，限制了計算效率；同時像素點只能串行合成，在像素分辨率較高時，成像速率明顯下降，難以滿足以機械掃查為代表的TFM快速檢測要求。

現有技術TFM成像，由于計算方法的并行化不足而導致的成像速率低下、受陣元和像素數量影響明顯等問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的缺陷，提出了一種基于FPGA的超聲全數據聚焦快速成像方法及系統，相比現有技術，有效提高了TFM成像效率，并顯著改善陣元數和像素數增加對成像效率的影響，為以機械掃查為代表的高速TFM檢測提供快速成像方案。

為實現上述目的，一方面，本發明提供了一種基于FPGA的超聲全數據聚焦快速成像方法，該基于FPGA的超聲全數據聚焦快速成像具體包括：采集由至少一個第一陣元的每一個陣元發射的第一超聲波信號至像素點，及由像素點反射至少一個第二超聲波信號至至少一個第二陣元，并將采集后的數據存儲；根據第一超聲波信號和至少一個第二超聲波信號，確定像素點對應的至少一個傳輸時延；根據像素點的至少一個傳輸時延檢索存儲的像素點對應的數據；根據像素點對應的數據合成像素點對應的像素值；對像素點對應的像素值進行變換，確定像素值的解析信號，并在獲取解析信號的包絡后成像。

優選地，并在采集后存儲的步驟具體包括：將像素點對應的第一超聲波信號和至少一個第二超聲波信號存儲在雙端口內存。