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龙图腾网获悉南京大学申请的专利一种采用线阵超声传感器阵列的三维声速成像方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116299486B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-28发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310204971.7，技术领域涉及：G01S15/42；该发明授权一种采用线阵超声传感器阵列的三维声速成像方法是由袁杰;蒋晓艺;王育昕;陶超;刘晓峻设计研发完成，并于2023-03-06向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种采用线阵超声传感器阵列的三维声速成像方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种采用线阵超声传感器阵列的三维声速成像方法，包括：对标定板进行标定；对反射板进行标定，即在线阵超声传感器正下方设置反射板，并标定反射板与线阵超声传感器的位置关系；采集数据，并同时利用相机记录线阵超声传感器的位置变化；根据标定板之间的变换关系，将采集到的数据变换到相同的坐标系下，得到相同坐标系下的采集数据；通过坐标变换将相同坐标系下的采集数据映射到三维空间中，进行三维声速成像，完成采用线阵超声传感器阵列的三维声速成像。本发明利用低成本易获得的线阵超声传感器阵列，实现了一种三维声速成像方法，解决了目前三维声速成像由于使用环形传感器阵列而高成本且不易使用的问题。

本发明授权一种采用线阵超声传感器阵列的三维声速成像方法在权利要求书中公布了：1.一种采用线阵超声传感器阵列的三维声速成像方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1，对标定板进行标定； 步骤2，对反射板进行标定，即在线阵超声传感器正下方设置反射板，并标定反射板与线阵超声传感器的位置关系； 步骤3，采集数据，并同时利用相机记录线阵超声传感器的位置变化； 步骤4，根据标定板之间的变换关系，将采集到的数据变换到相同的坐标系下，得到相同坐标系下的采集数据； 步骤5，通过坐标变换将相同坐标系下的采集数据映射到三维空间中，进行三维声速成像，完成采用线阵超声传感器阵列的三维声速成像； 其中，步骤1中所述的标定板为多面标定板，由三块平面标定板以120°夹角拼合而成，并固定在线阵超声传感器上，其中一块标定板倾斜向上，另外两块标定板分别为水平向左和水平向右方向； 步骤1中所述的对标定板进行标定，包括： 步骤1-1，对基准面进行标定，具体包括： 选择右下方的标定板作为基准面，使用N线模型标定基准面与线阵超声传感器之间的位置关系，所述N线模型由2层以上层形似字母N的线和固定在模型上的标定板组成；将相机坐标系记为{C}；基准面对应的世界坐标系记为{W}；令N线模型以其底部一点作为坐标原点，记为N线模型坐标系{P}；将线阵超声传感器获取的超声图像左上角的点为坐标原点，横向为X轴，纵向为Y轴建立坐标系，然后延伸至三维，记为超声图像坐标系{T}； 通过张正友棋盘格标定法得到世界坐标系{W}到相机坐标系{C}的变换矩阵再通过N线模型上的标定板确定相机坐标系{C}和N线模型坐标系{P}的变换矩阵N线模型坐标系{P}中，已知各N线在N线模型坐标系{P}中的坐标，沿与N线垂直的方向扫描N线模型，N线在超声图像内将表现为亮点，这些点在超声图像坐标系{T}的位置为： 其中，su和sv分别是超声图像中每个像素沿X轴和Y轴的实际物理尺寸；i表示亮点的层数，j是这一层亮点的序号，uij,vij是该亮点在超声图像中的像素坐标；亮点在N线模型坐标系{P}中的位置表示为： 其中，xij、yij和zij分别是亮点在N线模型坐标系{P}中沿X轴、Y轴和Z轴的坐标；采用梯度下降法求出世界坐标系{W}与超声图像坐标系{T}的变换矩阵即完成对基准面的标定； 步骤1-2，对其余面进行标定，具体包括： 记基准面的世界坐标系为{W0}，第I个标定面对应的世界坐标系为{WI}，则： 其中，表示超声图像坐标系{T}与第I个标定面的世界坐标系{WI}之间的变换矩阵，表示基准面世界坐标系{W0}与第I个标定面的世界坐标系{WI}之间的变换矩阵，表示超声图像坐标系{T}与基准面世界坐标系{W0}之间的变换矩阵； 调整多面标定板与相机间的位置，使基准面和其余面在相机视野中共同出现，计算即完成其余标定面的标定； 步骤2中所述在线阵超声传感器正下方设置反射板，方法包括： 在线阵超声传感器下方固定设置L形支架，支架上设置反射板滑块；根据成像目标的大小调整反射板滑块的位置，使目标位于线阵超声传感器阵列与反射板中间，并固定； 步骤2中所述标定反射板与线阵超声传感器的位置关系，方法包括： 将线阵超声传感器与反射板共同置于恒温的水箱内并浸入水中，线阵超声传感器的每个传感器依次单独发射超声信号并被所有传感器接收；取采集到的信号中第一个传感器和最后一个传感器自发自收的超声信号，通过取包络的方式计算出接收到反射信号的时间点，分别求出所述超声信号的传播时间t1和t2，进一步计算出这两个传感器距离反射板的距离d1和d2；取线阵超声传感器中线阵探头相邻两个传感器之间的距离为网格长度，将线阵超声传感器和反射板之间的垂直平面划分为等距网格即线阵超声传感器与反射板网格；针对线阵超声传感器和反射板的平行问题，对线阵超声传感器的位置进行修正； 取线阵超声传感器的成像平面，则反射板与线阵超声传感器分别用线段表示；设线阵超声传感器初始时与反射板平行，后以第一个传感器的位置为旋转中心旋转了角度θ，记线阵超声传感器为线段AB；取B点为坐标原点，平行于反射板方向为x轴，垂直于反射板方向为y轴，建立平面坐标系XOY；在线段AB上取任一传感器即第一传感器C，由第一传感器C发出的声信号经反射板反射后被线段AB上的第二传感器D接收，反射板上的反射点记为点G，该声信号传播路径与原本的线阵超声传感器分别相交于点E和点F；过点C作反射板的垂线CP，交原本的线阵超声传感器于点M；过点D作反射板的垂线DQ，交原本的线阵超声传感器于点N；记AD＝L1,AC＝L2，由平面几何关系可计算得： 其中，GQ为点G和点Q所连线段的长度；由此可得点C的坐标为AB-L2sinθ,AB-L2cosθ即线阵超声传感器中第一传感器C的位置，点D的坐标为AB-L1sinθ,AB-L1cosθ即线阵超声传感器中第二传感器D的位置，点G的坐标为GQ,d2即反射点的实际坐标。

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