圖像幾何變換的DSP算法研究與實(shí)現(xiàn)

B型超診斷儀是運(yùn)用超聲傳導(dǎo)技術(shù)和超聲圖像診斷技術(shù)的一種醫(yī)療診斷儀器，它主要用亮度調(diào)制方式來顯示回波信號的強(qiáng)弱，反射回的時間反映掃描的深度，從而反映人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，也稱作“斷層圖像” [1]。其中數(shù)字掃描變換的精度直接影響圖像的分辨率和幾何失真度，變換算法的復(fù)雜度直接影響圖像處理運(yùn)算量和圖像處理的實(shí)時性，也直接影響后續(xù)圖像處理的質(zhì)量。
　DSP易于滿足圖像處理中運(yùn)算量大、精度高、實(shí)時性強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸速率高等要求。采用高速DSP芯片作為B超圖像數(shù)字掃描變換的核心數(shù)據(jù)處理單元，能很好地實(shí)現(xiàn)不同B超圖像處理算法，且能直觀、快速地觀察到變換結(jié)果，實(shí)用性強(qiáng)[2]。此外，對于一些新型的運(yùn)算量較大的圖像處理系統(tǒng)，DSP也能很好地進(jìn)行擴(kuò)展，從而使高速B超圖像處理系統(tǒng)得到廣泛的使用。對于一些新型的運(yùn)算量較大的B超圖像處理系統(tǒng)，DSP也能很好地進(jìn)行擴(kuò)展[3]。
1 圖像的幾何變換
　一個完整的B超系統(tǒng)如圖1所示[4]。

當(dāng)B超探頭獲得激勵脈沖后發(fā)射超聲波，經(jīng)過一段時間延遲，再由探頭接收反射回的回波信號，探頭接收反射回來的回波信號經(jīng)過濾波、對數(shù)放大等信號處理[5]，由DSC電路進(jìn)行數(shù)字變換形成數(shù)字信號,在CPU控制下進(jìn)一步進(jìn)行圖像處理，再同圖表形成電路和測量電路一起合成視頻信號送給顯示器形成B超圖像，也稱二維黑白超聲圖像。B超的超聲探頭按形狀通常可分為線陣式和凸陣式。線陣式和凸陣式均用亮度表示回波信號的強(qiáng)弱，反射的時間長短表示掃描的深度。線陣式B超探頭的形狀為矩形，掃描采集回來的信號為一個矩形，通過處理后可直接在顯示器上顯示。而凸陣式B超探頭為圓弧形，它接收到的回波信號為一個扇形的信號，需對它進(jìn)行幾何變換才能變?yōu)檫m合人眼觀察的圖像。線陣式和凸陣式回波信號的示意圖如圖2所示。

由圖2可知，凸陣式掃查方式比線陣式掃查方式的視野更大，且凸陣式的物理外形更與人體接近。凸陣式扇形掃查B超的前部為圓弧形，相應(yīng)的B超圖像稱為扇形圖像，即為一散形面，其中散角為凸陣兩邊陣之角度，散形中心為探頭弧線圓心，散形半徑則與探頭半徑和B超探測深度有關(guān)。換能器均勻分布在圓弧面上。許多陣元沿該圓弧面排列，此類換能器中的陣元按順序發(fā)射和接收超聲波,這些超聲掃查線對應(yīng)圖像存儲器的列地址，每條掃查線上的樣本對應(yīng)圖像存儲器的行地址，采樣值依次寫入圖像存儲器。
凸陣式扇形掃查的回波信號為一個扇形，可將它看做極坐標(biāo)形式,圖3顯示出這種極坐標(biāo)形式的采樣點(diǎn)與光柵掃描顯示像素的位置關(guān)系。從圖3中可見，B超所采集到的回波信號為一個極坐標(biāo)形式的扇形面，而顯示器的像素分布為一個直角坐標(biāo)的矩形。同時，從圖4中可以看出信號采樣點(diǎn)與顯示像素點(diǎn)的位置并不一一對應(yīng)，相鄰掃查線之間還有很多空缺的像素點(diǎn)，這種現(xiàn)象在遠(yuǎn)場尤為明顯[6]。設(shè)計(jì)DSP算法，根據(jù)空缺像素周圍的回波信號采樣的近似值，并在顯示此圖像之前將這些近似值插入到相應(yīng)的空缺處，使圖像均勻連續(xù)。同時，B超檢查對于圖像的質(zhì)量以及實(shí)時性要求都很高。要提高圖像質(zhì)量就要增加處理精度，以提高圖像的分辨率，但處理精度要求越高，則需存儲器字長越長（字長越短，則圖像數(shù)字化時的量化誤差和量化噪聲均加大）,對相同大小的一幀圖像所需存儲器的容量越大。因此系統(tǒng)完成一幀圖像的數(shù)字處理所需時間加長，使得系統(tǒng)的實(shí)時性得不到保證。而且，算法的復(fù)雜度和運(yùn)算量也將直接影響到圖像的實(shí)時性。因此，必須通過設(shè)計(jì)相應(yīng)的DSP算法以及運(yùn)算精度來保證變換后的圖像的分辨率和實(shí)時性。

2 圖像幾何變換的DSP算法研究
B超是一種分辨率和實(shí)時性要求都很高的儀器，采用有效的DSP算法是提高B超整體性能的關(guān)鍵。不同的DSP算法運(yùn)算量會有很大的差異,運(yùn)算量越大，圖像越清晰，處理時間越長。現(xiàn)代DSP算法就是在分辨率和運(yùn)算量之間尋找折中，典型的算法分為一維線性算法和二維線性算法。