基于FPGA的超声图像三维重建算法的研究

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1、摘要摘要超声图像三维重建在超声医学领域发挥着重要作用，其三维重建算法的研究和实现成为了热点。传统方法是通过软件来实现超声图像三维重建，不仅速度慢，而且难度也比较大。因此，基于FPGA、GPU、DSP等硬件平台的超声图像三维重建可以利用它们高速的计算能力、灵活的设计方法，可以提高重建速度。本课题首先简要介绍了超声诊断工作原理和基于FPGA的设计方法，然后对超声图像三维重建的预处理——图像分割算法以及超声图像三维重建算法进行了详细研究。在超声图像三维重建的预处理——图像分割部分，首先根据Snake模型对初始轮廓点的选取比较敏感的特点，参考扇形法来选取Snake模型的初始轮廓点，然后对Sn

2、ake模型的能量函数进行了改进，最后提出了该算法的FPGA设计流程并在AlteraDE2平台上对Sobei算子进行了FPGA实现。在超声图像三维重建部分，首先对超声图像三维重建的经典SR(SurfaceRendering)算法中的MarchingCube算法进行了详细研究，然后利用FPGA流水线操作的设计思想提出了该算法的四级流水线的FPGA实现方案。关键词：超声图像；图像分割；三维重建；FPGA；流水线AbstractThethree—dimensional(3D)reconstructionofultrasoundimagehasplayedasignificantroleint

3、hemedicalfield．theresearchandimplementationofthealgorithmsstarttobehighlighted．TheproblemliesonthedifficultnessandlOW．speedofreconstructing3Dimagethroughsoftware．So．for3DreconstructionofultrasoundimagesthatbasedonhardwaresuchasFPGA．GPU．DSPwithtakingfulladvantageofthehigh-speedcomputingcharacter

4、isticandtheflexibleapproachofdesign，wecanimprovethereconstructionspeed．ThisthesisfirstbrieflydescribestheworkingprincipleofultrasonicdiagnosisandFPGA—baseddesignmethods．Thenitexpoundsprofoundlythealgorithmsofimagesegmentationwhichpre-processingalgorithmsof3Dreconstructionandthe3Dreconstructiona

5、lgorithmsofultrasoundimage．Inthefirstplace．owingtothesensitivecharacteristicoftheselectionoftheinitialcontourpointsofSnakemodel．theauthorreferencedtothefan．shapedmethodtoselecttheSnakemodelfortheinitialcontourpointsintheimagesegmentationsection．thentheauthormadeimprovementoftheenergyfunctionofS

6、nakemodel，raisedoutthealgorithmtodesignFPGAflowandtheSobeloperatorbasedonFPGAwasimplementedontheAItemDE2board．Inthe3Dreconstructionalgorithmsofultrasoundimage．thisthesismakesthesummaryoftheMarchingCubeAlgorithmoftheclassicalSurfaceRendering(SR)algorithm，thenitutilizestheFPGAdesignideaof‘pipelin

7、ing’toimplementfour-linesoftheFPGA．KeyWords：ultrasoundimage；imagesegmentation；3Dreconstruction；FPGA；PipelineH目录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·IABSTRACT⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-II目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯第一章前言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．1国