本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)超聲波成像技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于FPGA的空間復(fù)合成像方法以及裝置。

背景技術(shù)：

醫(yī)學(xué)超聲成像系統(tǒng)中的空間復(fù)合成像是一種沿不同角度對掃描對象進(jìn)行掃描，然后將這些不同角度的圖像對應(yīng)的像素點(diǎn)進(jìn)行疊加，形成一幅圖像的成像方法?？臻g復(fù)合成像技術(shù)可以提高圖像的細(xì)節(jié)表現(xiàn)，同時降低圖像中的斑點(diǎn)噪聲、雜波以及其他超聲偽像對圖像質(zhì)量的影響，增強(qiáng)組織間的分辨能力，可明顯地提高超聲圖像中低對比度組織及微小病變的清晰度，清晰地顯示組織間的邊界。

現(xiàn)有的空間復(fù)合成像技術(shù)是通過掃描線的偏轉(zhuǎn)，從不同角度對目標(biāo)組織進(jìn)行掃描，獲取這些不同掃描角度的圖像后，將這些圖像對應(yīng)的像素點(diǎn)加權(quán)求和以合成一幅圖像。通常，空間復(fù)合算法都是在CPU通過軟件編程實(shí)現(xiàn)。空間復(fù)合成像在應(yīng)用實(shí)現(xiàn)時，往往不會等所有角度都掃描完了之后再進(jìn)行一次復(fù)合圖像處理，而是采取一種滾動處理。以三個角度偏轉(zhuǎn)的空間復(fù)合成像為例，角度A/B/C。上一個周期掃描獲得A0/B0/C0三個角度的圖像從而獲得了一幅空間復(fù)合的圖像Y0，當(dāng)下一個掃描周期的A1采集到后，Y1的輸出就可以用B0/C0/A1獲得，原理上可以簡單的表示為Y1＝Y(jié)0-A0+A1，以此類推，每采集到一個偏轉(zhuǎn)角度的圖像即可獲得一幀空間復(fù)合的輸出。

如果空間復(fù)合成像的幀率要達(dá)到普通B模式成像(非空間復(fù)合)的幀率，對CPU的運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)調(diào)度性能有一定要求。如果CPU性能不夠，就會導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)空間復(fù)合算法時間較長，導(dǎo)致超聲成像的幀率變低。因此，提供一種提高處理速度以及成像幀率的空間復(fù)合成像方法是非常有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種空間復(fù)合成像方法以及裝置，以解決現(xiàn)有空間復(fù)合的處理速度較慢、成像幀率較低的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于FPGA的空間復(fù)合成像方法，包括：

獲取不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)；

對所述超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行交織處理；

對交織處理后的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)校正，以將發(fā)生角度偏轉(zhuǎn)的圖像數(shù)據(jù)恢復(fù)至零角度偏轉(zhuǎn)的圖像數(shù)據(jù)；

對坐標(biāo)校正后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行解交織處理；

將解交織后的不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的像素點(diǎn)進(jìn)行疊加，生成空間復(fù)合圖像。

可選地，所述對所述超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行交織處理的步驟包括：

采用預(yù)設(shè)窗口對所述超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分割；

對分割后的所述超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行流水線式的交織處理；

將交織處理后的圖像數(shù)據(jù)存儲至外部存儲設(shè)備。

可選地，所述對交織處理后的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)校正的步驟包括：

按照預(yù)設(shè)方向從外部存儲設(shè)備獲取交織處理后的圖像數(shù)據(jù)；

從所述外部存儲設(shè)備讀取坐標(biāo)校正所需的參數(shù)信息；

當(dāng)交織處理后的圖像數(shù)據(jù)以及所述參數(shù)信息滿足預(yù)設(shè)閾值條件時，對交織處理后的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)校正；

將坐標(biāo)校正后的圖像數(shù)據(jù)存儲至所述外部存儲設(shè)備。

可選地，所述對交織處理后的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)校正的步驟包括：

采用線性插值算法對交織處理后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)；

對配準(zhǔn)處理后的圖像數(shù)據(jù)中像素點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行運(yùn)算，根據(jù)超聲非空間復(fù)合圖像的預(yù)設(shè)邊界對所述像素點(diǎn)進(jìn)行處理，去除超出所述預(yù)設(shè)邊界的像素點(diǎn)，未被所述預(yù)設(shè)邊界覆蓋的區(qū)域的像素點(diǎn)補(bǔ)零。

可選地，所述對坐標(biāo)校正后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行解交織處理的步驟包括：

從所述外部存儲設(shè)備讀取坐標(biāo)校正后的圖像數(shù)據(jù)；

對坐標(biāo)校正后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行解交織處理；

將解交織處理后的圖像數(shù)據(jù)存儲至所述外部存儲設(shè)備。

可選地，所述將解交織后的不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的像素點(diǎn)進(jìn)行疊加，生成空間復(fù)合圖像包括：

從所述外部存儲設(shè)備獲取解交織處理后的圖像數(shù)據(jù)；

將解交織后的不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的像素點(diǎn)進(jìn)行疊加，生成空間復(fù)合圖像。

可選地，在所述獲取不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)的步驟之后，在所述對交織處理后的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)校正的步驟之前還包括：

對所述超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行線平滑處理和/或邊緣弱化處理。

可選地，對所述超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行線平滑處理的步驟包括：

采用分段式進(jìn)行線平滑預(yù)處理，對線邊緣處保持原始數(shù)值，對中間段線采用三階FIR濾波的方式進(jìn)行平滑處理；

其中，設(shè)總線數(shù)為N，當(dāng)前線號為n，則線邊緣處定義為n≤2，n≥N-2，中間段線定位為3≤n≤n-3。

本發(fā)明還提供了一種基于FPGA的空間復(fù)合成像裝置，包括：

獲取模塊，用于獲取不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)；

交織模塊，用于對所述超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行交織處理；

坐標(biāo)校正模塊，用于對交織處理后的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)校正，以將發(fā)生角度偏轉(zhuǎn)的圖像數(shù)據(jù)恢復(fù)至零角度偏轉(zhuǎn)的圖像數(shù)據(jù)；

解交織模塊，用于對坐標(biāo)校正后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行解交織處理；

復(fù)合模塊，用于將解交織后的不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的像素點(diǎn)進(jìn)行疊加，生成空間復(fù)合圖像。

可選地，還包括：

預(yù)處理模塊，用于在獲取不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)的步驟之后，在對交織處理后的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)校正的步驟之前，對所述超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行線平滑處理和/或邊緣弱化處理。

本發(fā)明所提供的基于FPGA的空間復(fù)合成像方法及裝置，通過獲取不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)；對超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行交織處理；對交織處理后的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)校正，以將發(fā)生角度偏轉(zhuǎn)的圖像數(shù)據(jù)恢復(fù)至零角度偏轉(zhuǎn)的圖像數(shù)據(jù)；對坐標(biāo)校正后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行解交織處理；將解交織后的不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的像素點(diǎn)進(jìn)行疊加，生成空間復(fù)合圖像。本申請降低了空間復(fù)合算法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，能夠有效提高空間復(fù)合運(yùn)算的速度，降低圖像的處理時間，提高成像幀率。

附圖說明

為了更清楚的說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明所提供的基于FPGA的空間復(fù)合成像方法的一種具體實(shí)施方式的流程圖；

圖2為本發(fā)明所提供的基于FPGA的空間復(fù)合成像方法的另一種具體實(shí)施方式的流程圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中對超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行交織處理步驟的流程圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中進(jìn)行坐標(biāo)校正步驟的流程圖；

圖5本發(fā)明所提供的基于FPGA的空間復(fù)合成像方法的又一種具體實(shí)施方式示意圖；

圖6為空間復(fù)合成像FPGA實(shí)現(xiàn)的整體框架示意圖；

圖7為空間復(fù)合成像FPGA實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理流程圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于FPGA的空間復(fù)合成像裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明所提供的基于FPGA的空間復(fù)合成像方法的一種具體實(shí)施方式的流程圖，如圖1所示，該方法包括：

步驟S101：獲取不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)。

超聲探頭發(fā)射超聲信號，并接收不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲回波信號，超聲回波信號中除了包含超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)，即超聲B圖像回波信號以外，還包括有波束信號、ADC采集回波信號等其他信號。將不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲回波信號進(jìn)行存儲，具體可以存儲在外部存儲設(shè)備，如DDR存儲器中。在本實(shí)施例步驟S101中從該外部存儲設(shè)備中讀取超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)。

步驟S102：對所述超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行交織處理。

交織處理從其本質(zhì)上來說就是實(shí)現(xiàn)最大限度的改變信息結(jié)構(gòu)而不改變信息內(nèi)容。通過對超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行交織預(yù)處理，能夠降低空間復(fù)合算法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。

步驟S103：對交織處理后的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)校正，以將發(fā)生角度偏轉(zhuǎn)的圖像數(shù)據(jù)恢復(fù)至零角度偏轉(zhuǎn)的圖像數(shù)據(jù)。

對坐標(biāo)進(jìn)行校正能夠?qū)⒉煌D(zhuǎn)角度的圖像統(tǒng)一恢復(fù)至未偏轉(zhuǎn)時的圖像，以便后續(xù)進(jìn)行空間復(fù)合的操作。

步驟S104：對坐標(biāo)校正后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行解交織處理。

本步驟中解交織處理為步驟S102中的交織處理的逆過程，通過對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行解交織處理，將圖像數(shù)據(jù)還原為原始圖像規(guī)則以及尺寸。

步驟S105：將解交織后的不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的像素點(diǎn)進(jìn)行疊加，生成空間復(fù)合圖像。

將不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，即可得到空間復(fù)合圖像。

本發(fā)明所提供的基于FPGA的空間復(fù)合成像方法，通過獲取不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)；對超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行交織處理；對交織處理后的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)校正，以將發(fā)生角度偏轉(zhuǎn)的圖像數(shù)據(jù)恢復(fù)至零角度偏轉(zhuǎn)的圖像數(shù)據(jù)；對坐標(biāo)校正后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行解交織處理；將解交織后的不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的像素點(diǎn)進(jìn)行疊加，生成空間復(fù)合圖像。本申請降低了空間復(fù)合算法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，能夠有效提高空間復(fù)合運(yùn)算的速度，降低圖像的處理時間，提高成像幀率。

本申請將空間復(fù)合算法采用FPGA進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，由于FPGA內(nèi)部的緩存空間有限，因此需要采用外部存儲設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的緩存。外部存儲設(shè)備可以具體為片外高速DDR3存儲器(Double Data Rate SDRAM第3代)，其他能夠?qū)崿F(xiàn)存儲的設(shè)備均可，并不限于這一種。

下面通過具體實(shí)施例對FPGA與外部存儲設(shè)備進(jìn)行空間復(fù)合任務(wù)調(diào)度的過程進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)闡述。

如圖2本發(fā)明所提供的基于FPGA的空間復(fù)合成像方法的另一種具體實(shí)施方式的流程圖所示，該過程具體可以包括：

步驟S201：從外部存儲設(shè)備中獲取不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)。

超聲探頭發(fā)射超聲信號，并將接收到的不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)存儲至外部存儲設(shè)備中。優(yōu)選地，在存儲之前還可以包括對超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行信號放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換處理、波束合成以及數(shù)字信號處理等過程。

步驟S202：對超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行流水線式的交織處理，將交織處理后的圖像數(shù)據(jù)存儲至外部存儲設(shè)備；

本實(shí)施例中，如圖3所示，對超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行交織處理的過程可以具體包括：

步驟S2021：采用預(yù)設(shè)窗口對所述超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分割。

FPGA在處理大尺寸的圖像數(shù)據(jù)時，如果一次性處理完則需要很大的存儲空間。因此，在實(shí)際應(yīng)用中由于存儲空間和邏輯資源的限制，需要將大尺寸的圖像數(shù)據(jù)分割成小尺寸的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。因此，本實(shí)施例中以預(yù)設(shè)窗口對超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分割。預(yù)設(shè)窗口的大小可以為64×64的窗口，也可以為128×128或者32×32，這均不影響本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)。

步驟S2022：對分割后的所述超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行流水線式的交織處理。

FPGA內(nèi)部的邏輯硬件電路將超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)分割為多個64×64窗口，并以此窗口為最小單位，將B圖像DDR3緩存空間的數(shù)據(jù)搬運(yùn)至邏輯內(nèi)部Ram存儲空間。邏輯硬件電路以窗口為單位，對邏輯內(nèi)部緩存的數(shù)據(jù)進(jìn)行流水線式的交織處理，并將交織后的窗口數(shù)據(jù)上傳至外部緩存設(shè)備。

其中，在對緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行交織處理時，采用雙片Ram進(jìn)行乒乓操作，以實(shí)現(xiàn)邏輯內(nèi)部緩存數(shù)據(jù)能夠持續(xù)不斷地流水線式處理。

乒乓操作為應(yīng)用于數(shù)據(jù)流控制的處理技巧，將數(shù)據(jù)流等時分配到兩個數(shù)據(jù)緩存區(qū)，然后按節(jié)拍、相互配合的切換，從而將數(shù)據(jù)流處于一種連續(xù)不斷的狀態(tài)，以達(dá)到數(shù)據(jù)無縫緩沖和處理的效果。

流水線式處理的方式是高速設(shè)計中的一種技術(shù)手段，即將數(shù)據(jù)處理流程分為若干步驟，前一個步驟的輸出是下一個步驟的輸入。其最大的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)流的每個步驟的處理從時間上來看是連續(xù)的，通過這樣的設(shè)置能夠進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)處理的效率。

需要指出的是，本實(shí)施例中以64×64為窗口作為最小處理單元，該方式是本發(fā)明結(jié)合Xilinx tdpram資源特性的一種優(yōu)選方案，還可以將交織處理的窗口大小修改為128×128或者32×32等，即與本發(fā)明中優(yōu)選方案設(shè)置窗口大小不同，這均不影響本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)。

步驟S203：從外部存儲設(shè)備中獲取交織處理后的數(shù)據(jù)，進(jìn)行坐標(biāo)校正，將校正后的數(shù)據(jù)存儲至外部存儲設(shè)備；

本實(shí)施例中，如圖4所示，進(jìn)行坐標(biāo)校正的步驟可以具體為：

步驟S2031：按照預(yù)設(shè)方向從外部存儲設(shè)備獲取交織處理后的圖像數(shù)據(jù)。

預(yù)設(shè)方向可以具體為：按照超聲回波信號的深度方向，即，超聲探頭(probe)往人體測量的方向。邏輯硬件電路以同一深度不同線為單位，從外部存儲設(shè)備中讀取交織后的數(shù)據(jù)。同樣地，調(diào)度的方式也可以采用隊列流控的方式來實(shí)現(xiàn)，以提高數(shù)據(jù)處理的效率。

步驟S2032：從外部存儲設(shè)備讀取坐標(biāo)校正所需的參數(shù)信息。

需要指出的是，步驟S2031以及步驟S2032之間可以并行進(jìn)行處理，并沒有順序的限制。

步驟S2033：當(dāng)交織后的圖像數(shù)據(jù)以及參數(shù)信息滿足預(yù)設(shè)閾值條件時，對交織處理后的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)校正。

本實(shí)施例在數(shù)據(jù)信號處理之前設(shè)置閾值條件，預(yù)設(shè)閾值條件為坐標(biāo)校正所需的參數(shù)信息和交織處理后的圖像數(shù)據(jù)二者均到達(dá)。

預(yù)設(shè)閾值條件具體可以為判斷交織緩存區(qū)數(shù)據(jù)以及參數(shù)對應(yīng)的隊列的狀態(tài)是否均不為空，即相應(yīng)隊列中是否存在數(shù)據(jù)和參數(shù)。只有在交織緩存區(qū)數(shù)據(jù)以及參數(shù)信息均到達(dá)，判定滿足預(yù)設(shè)閾值條件時，才能夠執(zhí)行后續(xù)操作。在不滿足預(yù)設(shè)閾值條件時，則返回執(zhí)行任務(wù)調(diào)度的過程，直至滿足預(yù)設(shè)閾值條件為止。

坐標(biāo)校正包括：配準(zhǔn)處理以及邊界處理兩個過程。

其中，配準(zhǔn)處理可以采用線性插值算法對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)。在本實(shí)施例中，采用Catmull-ROM線性插值算法。Catmull-ROM插值算法進(jìn)行坐標(biāo)矯正，首先在縱向方向(深度方向)進(jìn)行線性插值，然后再橫向(線方向)進(jìn)行插值計算。當(dāng)然還可以采用其他插值算法，在此不一一贅述。

邊界處理包括：對配準(zhǔn)處理后的圖像數(shù)據(jù)中像素點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行運(yùn)算。根據(jù)超聲非空間復(fù)合圖像的預(yù)設(shè)邊界對像素點(diǎn)進(jìn)行處理，去除超出預(yù)設(shè)邊界的像素點(diǎn)，未被預(yù)設(shè)邊界覆蓋的區(qū)域的像素點(diǎn)補(bǔ)零。預(yù)設(shè)邊界為原始采集到的超聲非空間復(fù)合圖像對應(yīng)的邊界尺寸范圍。

本實(shí)施例中，坐標(biāo)校正所需的參數(shù)信息具體包括配準(zhǔn)過程中線性插值算法所需的參數(shù)以及邊界處理過程中的預(yù)設(shè)邊界的尺寸參數(shù)。

步驟S204：從外部存儲設(shè)備讀取坐標(biāo)校正后的圖像數(shù)據(jù)，對坐標(biāo)校正后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行解交織處理，并將解交織處理后的數(shù)據(jù)存儲至外部存儲設(shè)備。

步驟S205：從外部存儲設(shè)備獲取解交織處理后的數(shù)據(jù)，將解交織后的不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的像素點(diǎn)進(jìn)行疊加，生成空間復(fù)合圖像。

通過對不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的像素點(diǎn)進(jìn)行疊加，即進(jìn)行歸一化處理，實(shí)現(xiàn)了對超聲非空間復(fù)合圖像疊加的區(qū)域進(jìn)行弱化的目的。

本申請實(shí)施例采用FPGA實(shí)現(xiàn)空間復(fù)合算法，采用片外高速DDR存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存，F(xiàn)PGA通過高速訪問接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)度和復(fù)合運(yùn)算。本申請能夠有效提高空間復(fù)合運(yùn)算的速度，大大降低了圖像的處理時間，提高了成像幀率，在不更換CPU的情況下有效提升了空間復(fù)合成像的效果。另外，本實(shí)施例采用外部存儲設(shè)備緩存交織、坐標(biāo)校正以及解交織圖像處理結(jié)果，將圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行不同程度上的調(diào)度，有效地提高了FPGA圖像處理的規(guī)模和效率。

在上述任一實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在獲取不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)的步驟之后，在對交織處理后的所述超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)校正的步驟之前還可以包括：

對超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行線平滑處理和/或邊緣弱化處理的過程。

如圖5本發(fā)明所提供的基于FPGA的空間復(fù)合成像方法的又一種具體實(shí)施方式示意圖所示，本發(fā)明實(shí)施例采用片外高速DDR存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存，F(xiàn)PGA通過高速訪問接口，采用流水的任務(wù)控制調(diào)度方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)度和復(fù)合運(yùn)算。該過程可以具體包括：

步驟S301：空間復(fù)合開始后，讀取DDR3中超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行交織處理。

步驟S302：從DDR3中讀取交織緩存區(qū)數(shù)據(jù)和處理所需參數(shù)。

本實(shí)施例中，處理所需的參數(shù)包括線平滑、邊緣弱化和配準(zhǔn)等數(shù)據(jù)處理過程中所需要的參數(shù)以及系數(shù)。

步驟S303：判斷交織緩存區(qū)數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)處理過程中的參數(shù)信息是否滿足預(yù)設(shè)閾值條件，即判斷數(shù)據(jù)和參數(shù)是否已經(jīng)全部到達(dá)；如果是，則執(zhí)行步驟S304；如果否，則返回步驟S302。

讀取交織后所有線且同一深度的線數(shù)據(jù)時，邏輯硬件電路以同一深度不同線為單位，從緩存DDR3空間搬運(yùn)數(shù)據(jù)、數(shù)字信號處理。其調(diào)度方式采用隊列流控的方式來實(shí)現(xiàn)，并在數(shù)字信號處理前端設(shè)置閾值判斷，當(dāng)緩存數(shù)據(jù)事件隊列和緩存參數(shù)隊列的狀態(tài)同時不為空時，即在緩存數(shù)據(jù)和緩存參數(shù)的隊列容器中同時存在數(shù)據(jù)和參數(shù)時，則認(rèn)為滿足閾值判斷條件，才開始線平滑、邊緣弱化和配準(zhǔn)處理。

本實(shí)施例中深度方向指垂直方向，即探頭往人體測量的方向，水平方向為線掃查的方法。

步驟S304：當(dāng)滿足閾值判斷條件，則對交織緩存區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行線平滑處理，以降低超聲圖像近場鋸齒狀以及遠(yuǎn)場馬賽克。

對同一深度不同線的線數(shù)據(jù)進(jìn)行線平滑處理，可以具體采用分段式處理，包括線邊緣處保持原值、中間段線數(shù)據(jù)FIR濾波，其中，設(shè)總線數(shù)為N，當(dāng)前線號為n，則線邊緣處定義為n≤2，n≥N-2，中間段定義為3≤n≤n-3。邏輯硬件電路通過改變線邊緣處加權(quán)系數(shù)，對線邊緣處進(jìn)行特殊處理，即保持原始數(shù)值不變；中間段線平滑處理，采用三階FIR濾波的方式，流水式輸出平滑后的結(jié)果。

本實(shí)施例采用三階FIR濾波的方式，滿足了對超聲圖像進(jìn)行平滑處理的需求，與五階濾波、七階濾波等方式相比，更容易實(shí)現(xiàn)。通過對超聲圖像進(jìn)行線平滑處理，能夠降低近場鋸齒狀以及遠(yuǎn)場馬賽克現(xiàn)象。

步驟S305：對交織緩存區(qū)平滑處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行邊緣弱化處理，以降低超聲圖像融合后的偽影。

步驟S306：對交織緩存區(qū)邊緣弱化處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)和邊界處理，以對不同偏轉(zhuǎn)角度的圖像進(jìn)行坐標(biāo)校正。

本發(fā)明實(shí)施例采用Catmull-ROM插值算法進(jìn)行坐標(biāo)矯正，首先在縱向方向進(jìn)行線性插值，然后在橫向(線方向)進(jìn)行插值計算。

對同一深度上的線數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)處理，包括Catmull-ROM線性插值算法的FPGA實(shí)現(xiàn)、Catmull-ROM算法所需的插值系數(shù)與回波數(shù)據(jù)之間的同步運(yùn)算以及雙路并行配準(zhǔn)處理單元。其中，雙路并行配準(zhǔn)處理單元按照Catmull-ROM插值規(guī)律，采用2×4運(yùn)算窗口以4bit移位寄存器方式，將數(shù)據(jù)與插值系數(shù)進(jìn)行乘法累加，每4個是時鐘周期輸出一個配準(zhǔn)處理的結(jié)果。

配準(zhǔn)處理可具體采用雙路并行配準(zhǔn)處理單元，該方式是本發(fā)明結(jié)合超聲系統(tǒng)FPGA邏輯資源做出的優(yōu)選方案，還可以有其他方法。例如：可以將配準(zhǔn)處理單元拓展到四通道、六通道和八通道，以提高配準(zhǔn)處理的速率，即與本發(fā)明中優(yōu)選方案配準(zhǔn)處理單元通路個數(shù)不是同一值，這均不影響本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)。

對同一深度上的線數(shù)據(jù)進(jìn)行邊界處理時，邏輯硬件電路對配準(zhǔn)插值后的圖像數(shù)據(jù)中像素點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行運(yùn)算，然后根據(jù)超聲B回波圖像的邊界對配準(zhǔn)后的像素點(diǎn)進(jìn)行約束，將超出B圖像邊界的像素點(diǎn)拋棄，未被配準(zhǔn)覆蓋的區(qū)域補(bǔ)充零。

步驟S307：對交織緩存區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行解交織處理，將圖像還原為原始圖像規(guī)則和尺寸。

步驟S308：對解交織處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，將不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲圖像進(jìn)行融合。

在上述任一實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明實(shí)施例在對不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲回波信號數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲之前，還包括：對超聲回波信號進(jìn)行信號放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換處理、波束合成以及數(shù)字信號處理。

需要指出的是，本實(shí)施例中數(shù)據(jù)流處理按照交織、線平滑、邊緣弱化、配準(zhǔn)、邊界處理、解交織和歸一化先后順序進(jìn)行，該方式是本發(fā)明結(jié)合算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的優(yōu)選方案，當(dāng)然還可以有其他方法。例如：可以將線平滑與邊緣弱化的位置進(jìn)行互換，或則將線平滑和邊緣弱化的位置放在交織前完成，即本發(fā)明的數(shù)據(jù)流處理順序可以進(jìn)行調(diào)換。

圖6為空間復(fù)合成像FPGA實(shí)現(xiàn)的整體框架示意圖，該系統(tǒng)上游為用戶配置接口以及DDR3高速讀取接口，系統(tǒng)下游則為DDR3高速存儲接口。而整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)流從左至右，首先交織處理模塊(INLE)從DDR3中獲取不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲回波信號，進(jìn)行交織處理；然后信號處理模塊(SCON_PRO)對交織后的超聲回波信號進(jìn)行邊緣弱化、線平滑、配準(zhǔn)和邊界等處理；而后解交織模塊(INV_INLE)將信號處理后的回波信號還原為通常格式上的超聲信號；最后通過融合(NOR)模塊將不同偏轉(zhuǎn)角度的回波信進(jìn)行歸一化，得到空間復(fù)合圖像。

圖7為空間復(fù)合成像FPGA實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理流程圖，圖中標(biāo)識了數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)輸入/出的信號名稱、符號、位寬和精度，以sample_shifts15.5為例，其中sampe_shift為信號名稱、s代表signed有符號數(shù)、15代表整數(shù)部分位寬為15，.5則代表小數(shù)部分位寬為5，而信號整體位寬則為20。圖中所示，DownSizer主要用于數(shù)字信號的位寬截斷，UpSizer則用于數(shù)字信號的位寬拓展，Edge_weak為邊緣弱化處理模塊，Scon_Cal則為配準(zhǔn)坐標(biāo)變換模塊。

本實(shí)施例通過對超聲回波信號進(jìn)行交織預(yù)處理，能夠大大降低空間復(fù)合算法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，因此在實(shí)際成像幀率較低以及醫(yī)學(xué)超聲系統(tǒng)CPU性能不足的情況下，能夠通過現(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGA對超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲調(diào)度、硬件加速以及空間復(fù)合處理。

下面對本發(fā)明實(shí)施例提供的基于FPGA的空間復(fù)合成像裝置進(jìn)行介紹，下文描述的基于FPGA的空間復(fù)合成像裝置與上文描述的基于FPGA的空間復(fù)合成像方法可相互對應(yīng)參照。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于FPGA的空間復(fù)合成像裝置的結(jié)構(gòu)框圖，參照圖8基于FPGA的空間復(fù)合成像裝置可以包括：

獲取模塊100，用于獲取不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)；

交織模塊200，用于對所述超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行交織處理；

坐標(biāo)校正模塊300，用于對交織處理后的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)校正，以將發(fā)生角度偏轉(zhuǎn)的圖像數(shù)據(jù)恢復(fù)至零角度偏轉(zhuǎn)的圖像數(shù)據(jù)；

解交織模塊400，用于對坐標(biāo)校正后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行解交織處理；

復(fù)合模塊500，用于將解交織后的不同偏轉(zhuǎn)角度的超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的像素點(diǎn)進(jìn)行疊加，生成空間復(fù)合圖像。

本申請降低了空間復(fù)合算法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，能夠有效提高空間復(fù)合運(yùn)算速度，降低一幀圖像的處理時間，提高成像幀率。

綜上，本申請采用現(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGA取代傳統(tǒng)MPU處理器，來實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)超聲圖像業(yè)務(wù)上的空間復(fù)合功能。一方面給超聲圖像處理——空間復(fù)合，提供了多元化的實(shí)現(xiàn)方式；另一方面采用FPGA硬件加速的方式，能夠有效地提高空間復(fù)合實(shí)現(xiàn)的速率、成像幀率。此外，本發(fā)明首先將超聲非空間復(fù)合圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)交織處理，然后再進(jìn)行線平滑、邊緣弱化和配準(zhǔn)等處理，很大程度上降低了空間復(fù)合FPGA實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，節(jié)省了FPGA的邏輯資源。

本說明書中各個實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其它實(shí)施例的不同之處，各個實(shí)施例之間相同或相似部分互相參見即可。對于實(shí)施例公開的裝置而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

專業(yè)人員還可以進(jìn)一步意識到，結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計約束條件。專業(yè)技術(shù)人員可以對每個特定的應(yīng)用來使用不同方法來實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。

結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實(shí)施。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動磁盤、CD-ROM、或技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲介質(zhì)中。

以上對本發(fā)明所提供的基于FPGA的空間復(fù)合成像方法以及裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。