超声成像系统数字扫描变换器.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2017-2-8,#,超声成像系统,数字扫描变换器,主要内容,基本组成,图像,数字化及,A/D,转换,图像前处理,图像存储器,图像,后处理及,D/A,转换,基本组成,数字扫描变换器,（,Digital Scan Converter,，,DSC,）,实质上是一,个带有图象存储器的数字计算机系统，可以用标准电视的方法显示清晰的动态图象，而且提供了强大的图象处理功能，如图象冻结、多帧存储、测量计算、放大显示等,。,基本组成,DSC,基本结构框图,基本组成,A/D,转换：将,视频模拟信号转换成数字信号，即实现图象数字化其作用,是将代表图象的连续信号转换成离散信号，以便于,数字信号处理,设备和计算机系统对其进行处理,。,图象前处理：实现回波幅度深度修正，包括对数压缩、指数变换,、回波,幅度深度校正、行相关和帧相关等。,图象的数字化及,A/D,转换,将,i,，,j,具体值代入函数,f(i,j),后，可得,进行离散化（采样）后得到的离散函数,f(i,j),图，还不能进行计算机处理，还必须进行数字化的第二步，量化。量化即将函数取值的整个范围均匀地划分为,2p,个区间，,p=0,1,2,等正整数。而落在某个区间地所有函数值，只用一个区间值来表示。若取字长,G=4bit,则上表可转化为：,图象的数字化及,A/D,转换,A/D,转换,将,预处理电路输出的模拟信号转换成数字信号。为了使得,A/D,转换后输出信号不失真，采样频率必须满足采样定理。设超声视频信号的带宽为,6MHz,，则由奈奎斯特采样定理可知，采样频率至少为输出信号最高有效频率的两倍。因此采样频率至少要大于,12MHz,。转换精度视像素的灰阶而,定，通常,取,4,8,位。,图象的数字化及,A/D,转换,A/D,转换器的技术指标,分辨率：输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。即,A/D,转换器的满刻度电压与,2n,的比值，其中,n,为,A/D,转化器输出数字的位数。,转换频率：,A/D,转换从启动转换到结束（包括稳定时间），输出稳定的数字量需要的一定的时间，即,A/D,的转换时间。转换时间的倒数即每秒钟完成的转换次数，称为转换频率,。,图象的数字化及,A/D,转换,常用的,A/D,转换器类型,逐次逼近,式,A/D,转换器（应用最广）,：它,将待转换的模拟输入信号与一个推测信号相比较，根据推测信号大于还是小于输入信号来决定增大还是减小该推测信号，以便向模拟输入信号逼近，当推测信号与模拟输入信号相等时，向,A/D,转换器输入的数字就是对应模拟量的数字量。该类,A/D,转换器的输出位在,8,13,位之间，转换时间约为,1,200s,。,双,积分式,A/D,转换器：是一种间接,A/D,转换器，首先将模拟电压转换成时间的积分，然后用数字计时方法转换成计数脉冲数，然后将此代表模拟输入电压大小的脉冲数转换成二进制代码输出。故双积分式,A/D,转换时间较长，一般要大于,40,50ms,，但由于外接元件少，性能价格比高，因此应用也十分广泛。,图象的数字化及,A/D,转换,并行式,A/D,转换器：转换速度最快，转换原理最直观的,A/D,转换器，其转换时间约为,20,50ns,，因此最适合应用于超声图象的,A/D,转换。,TDC1014J,型,集成,A/D,转换器,TDC1014J,是一款常用的并行式集成,A/D,转换芯片，其转换频率为,25MS/s,，完成一次,A/D,转换的时间仅需,40ns,，可用于带宽,10MHz,以下模拟信号的,A/D,转换,。,图象的数字化及,A/D,转换,该,芯片主要由比较器、编码器和锁存器三部分组成。输出,6,位并行数据，具有,64,级灰度。该芯片使用两组电源供电（,5V,和,-5V,），外部提供,1V,的参考电压，模拟输入电压,0,1V,，输出为二进制码。,图象的数字化及,A/D,转换,该,电路的转换原理最为直观，首先分压电阻网络将基准电压分为,63,个比较电平，送入到,63,个低漂移的差分比较器的输入端，与加在各比较器另一端的模拟输入信号,Vin,进行比较,。,图象的数字化及,A/D,转换,当,控制,端,CONVERT,为,高电平,时,，,将,63,个比较器的比较结果同步,输出；当,CONVERT,为,低电平,时，,编码器将这个比较结果进行编码；,当,CONVERT,再度,为高电平时，编码后的,6bit,数字信号被储存后输出,。,图象的数字化及,A/D,转换,EUB-240,型,B,超仪的,A/D,转换器,该电路由,10B,的运算放大器及,A/D,变换器,9B(HA1902),组成。其基准电压高电平和低电平分别由电位器,VR1,与,VR2,获得,。,输入,视频模拟信号经运算放大器放大,10B,后输给,A/D,转换器的,Vin,输入端，在,CPU,转换时钟信号,ADCK,的控制下，模拟信号转换成数字信号由,DATA3DATA0,输出，并送往下一级缓冲存储器。,图象,前处理,意义,在,A/D,转换之后，图象存储器之前的一段处理称为图象的前处理。,缓冲存储器,与行相关电路,缓冲存储器,缓冲存储器,既作为,A/D,转换输出数据的缓冲，又是行相关电路中的一个重要部件。,图象,前处理,由于,超声波的传播速度有限，因此扫描一行所需的时间总是固定且较长。图象存储器通常只能利用电视显示的空闲时间来写入数据，而不能按超声信息采集的速度来写入数据，否则帧存储器的读写操作时间会发生冲突。采用缓冲存储器是让缓冲器的写入速度与采集超声信息（,A/D,转换）速率同步，即慢速写入，然后在电视显示的空闲时间，以较快的速率将缓冲器存放的一扫描行的数据写入帧存储器。,图象,前处理,行相关电路,对相邻扫描行的对应象素进行相关处理，可以起到平滑噪声的作用。行相关电路在,EUB-240,型,B,超仪中是采用数列表方法来实现，即在只读存储器中预先写入三种灰度值表格，分别用,DN,、,DP,和（,DN+DP)/2,来表示。,DN,为当前象素灰度数据表，,DP,为前一行象素灰度数据表，（,DN+DP)/2,为相关象素灰度数据表。具体要取出哪种表格，由,CPU,给出的相关控制码,SECR2SECR0,的状态来确定,。,图象,前处理,对于,EUB-240C,型,B,超仪行相关电路由只读存储器,10C,，缓冲存储器,9E,和,10E,，数据选择器,8C,译码器,10D,，触发器,8M,及计数器,9J9L,10L10J,等组出。,图象,前处理,串,/,并变换和帧相关处理,串,/,并,变换,由,缓冲存储器读出的数据，还不能直接送往帧存储器中。因为读缓冲存储器时每次只能输出,4bit,的数据（代表一个象素的灰度值），即缓冲器只能一个一个向外输出数据，一个个数据是以串行关系出现在数据线上的,。因此,一般的,B,超仪通常在缓冲存储器和帧存储器之间加一个串,/,并变换电路，将不同时刻到达的四个串行数据，转换为并行排列的一组数据，然后再将这组并行排列的数据一次性地写入帧存储器中。,图象,前处理,EUB-240,型,B,超串,/,并变换,电路,图象,前处理,EUB-240,型,B,超串,/,并转换电路同步脉冲时序,图,该,串,/,并变换电路由锁存器,8D,、,8E,、,8F,和,8G,组成，其中,8D,、,8E,由,CK,1,同步驱动，,8F,、,8G,由,CK,2,同步驱动,。,图象,前处理,工作过程如下,（,1,）设在,t1,之前第一个数据,A(4bit),已经到达,8D,的,D2,端，则在,t1,时刻,CK1,上升沿作用下，数据被存入,8D,的,Q2,端，同时加至,8D,的,D1,端,。,（,2,）跟随着第二个数据到达,8D,的,D2,端，,CK1,第二个脉冲使,A,存入,8D,的,Q1,端，而数据,B,则存入,8D,的,Q2,端,同时将,B,加在,8D,的,D1,端，,A,加在,8E,的,D1,端,。,图象,前处理,（,3,）跟随着第三个数据到达,8D,的,D2,端，,CK1,第三个脉冲，使,A,存入,8E,的,Q1,端，而数据,B,则存入,8D,的,Q1,端,数据,C,存入,8D,的,Q2,端，同时将,C,加在,8D,的,D1,端，,B,加在,8E,的,D1,端，,A,加在,8E,的,D2,端。,（,4,）跟随着第四个数据,D,到达,8D,的,D2,端，,CK1,第四个脉冲，使,A,存入,8E,的,Q2,端，而数据,B,则存入,8E,的,Q1,端,数据,C,存入,8D,的,Q1,端，数据,D,存入,8D,的,Q2,端，同时将,D,加在,8G,的,D1,端，,C,加在,8G的,D2,端，,B,加在,8F,的,D1,端,A,加在,8F,的,D2,。,图象,前处理,（,5,）,t5,时刻,8F,和,8G,同时受触发，将,8F,与,8G D,端的数据,A,、,B,、,C,、,D,输至相应的,Q,端，使,A,、,B,、,C,、,D,这四个数据同时出现在,16,条输出数据线上，实现数据的串,/,行转换,。,为,使电路可靠工作，,CK,1,和,CK,2,时序的配合上应保持,4,倍频率关系。,图象,前处理,帧相关处理,为了减小噪声，串,/,并转换器输出的数据，还需进行帧相关处理。所谓的帧相关处理是指图象帧与帧之间对应像素灰度的平滑处理。从数学角度来说，由于叠加在图象上的噪声是非相关的，其均值为零，如果在相同条件下将若干帧图象的平均值来表示原图，则可使图象噪声强度减弱。在,B,超仪中，一般采用,将当前,帧与前一帧图象进行相关处理,。,图象,前处理,其基本过程如下：,（,1,）在超声扫描获得的当前数据（,A,）到达时，由图象存储器送出前一帧对应扫描行数据,(B),也同时到达；,（,2,）作（,A+B,）,/2,运算,;,（,3,）在时序脉冲控制下，再将运算结果作为新的图象数据写入,B,数据的原存储单元。,根据,不同的运算过程，应设计不同的帧相关电路进行相应计算。,图象,前处理,帧,相关电路和前后级电路之间的连接如下图所示，前级串,/,并变换电路为帧相关器提供四级数据输出，而帧相关器的输出与双页存储器相连接。帧相关电路由四路帧相关电路组成，即一次完成四个象素的相关运算。,图象,存储器,图象,存储器又称主存储器或者帧存储器，是数字扫描变换器（,DSC,）的核心部件，也是数字图象处理的基础，用以存储一帧或者数帧超声图象数据。其单帧容量的大小取决于一帧扫描行信息线的多少以及对探测深度回波进行,A/D,变换的采样速率。,为了,实现实时地采集和显示超声图象，存储器必须不断地写入采样数据，同时又要不断地从存储器读出数据以便在显示器上重建图象。在正程显示图象时，存储器处于读状态，而图象的写入只能在存储器读出的空余时间进行。,图象,存储器,为了,协调慢速写入和快速读出的时间上的矛盾，因此图象存储器采用双页结构，在图象存储器的前面设置两个容量相同可分别存储一行像素的缓冲存储器。有了缓冲存储器后，可用较慢的速率将超声采集的数据写入缓冲存储器，然后在显示的空闲时间以较快的速率将已存入缓冲存储器的数据（一行数据）写入图象存储器。,图象,存储器,在每次发射之后的接收期，缓冲存储器,1,以采样时钟,ADCK,同步的速率写入当前接收的数据，在写入的同时，缓冲存储器,2,读出数据，且读出数据的速率仅要求与串,/,并变换率相同，若干次读出的串行数据经串,/,并变换后一次写入图象存储器，这就使图象存储器写数据的时间缩短了若干倍。,图象,存储器,当一扫描行像素写完时，缓冲存储器交换工作方式，以缓冲存储器,2,写入，缓冲存储器,1,读出,。,图象,存储器,图象,存储器采用动态,RAM,其读出数据也相当慢（,200ns,），若将图象存储器一次读出的并行数据，经并,/,串变换,转换,成,TV,显示所需的串行数据，这样读完一个扫描行的全部像素所需的时间又可缩短若干倍。,图象,后处理及,D/A,转换,在,图象存储器之后在,D/A,转换之前的这一段处理可称为图象的后处理。后处理是以提高图象清晰度、突出个具有诊断价值的图象特征为目的。,数据插补,图像,的灰度处理,直方图处理（直方图均衡）,伪彩色处理,经过,图象处理后的信号为数字信号，在图象显示之前，必须进行,D/A,转换，使之还原成模拟信号，可有,D/A,转换芯片完成。,Q&A,