Калибровка большого массива ультразвуковых сенсоров

Автор(ы): Граничин О.Н., Граничина О.А., Трофимов С.А., Щербаков П.С.

Выпуск: 112

Рубрика: Программы и системы моделирования объектов, средств и систем управления

Год: 2024

Библиография: Граничин О.Н., Граничина О.А., Трофимов С.А., Калибровка большого массива ультразвуковых сенсоров // Управление большими системами. - 2024. - Вып. 112. - С.294-309.

Дата опубликования: 30.11.2024

Ключевые слова: ультразвуковая томография, плоский круговой массив сенсоров, идентификация параметров модели, триангуляция, системы большой размерности

Аннотация: Предлагается метод калибровки плоского кругового массива сенсоров для ультразвуковой медицинской томографии, позволяющий оценивать координаты сенсоров и задержки приема/передачи сигналов. Он основан на модели распространения ультразвуковых волн и использует триангуляцию для оптимизации параметров модели. На каждой итерации метода оценки координат и задержек пересчитываются отдельно друг от друга путем решения систем линейных уравнений малой размерности. Моделирование на искусственно сгенерированных данных показало высокую эффективность и точность предложенного подхода. Метод устойчив к шумам и способен работать в различных условиях, включая неидеальность модели распространения ультразвуковых волн. Предложенная процедура калибровки может быть легко масштабирована на большие размеры массива, что актуально при практической реализации систем ультразвуковой томографии. Представляется, что разработанный подход позволит повысить точность результатов ультразвуковой томографии при работе на реальных данных, что делает его ценным инструментом для широкого спектра применений, таких как медицинская диагностика и робототехника.

Author(s): Granichin O., Granichina O., Trofimov S., Shcherbakov P.

Article title: Calibration of a large array of ultrasound sensors

Issue: 112

Year: 2024

Keywords: ultrasound tomography, planar circular array of sensors, identification of the model parameters, triangulation, large-scale systems

Abstract: The paper presents a method for calibration of planar circular arrays of sensors used in ultrasound tomography, which enables the estimation of sensor coordinates and signal reception/transmission delays. The method uses an ultrasound wave propagation model and is based on the triangulation approach to identify the model parameters. At each iteration of the method, the estimates of coordinates and delays are recalculated separately from each other by solving systems of linear equations of low dimensionality. Simulation over synthetic data demonstrated high efficiency and accuracy of the approach: It is noise-resistant and is capable of operating in diverse conditions, including non-ideal model of ultrasound wave propagation. The proposed approach can be easily scaled to calibrate devices with large nuber of sensors, which makes it relevant to correct industrial practical implementation. This method can significantly improve the accuracy of ultrasound imaging results, making it a valuable tool for a variety of applications, such as medical diagnostics, robotics, etc.