1.一种基于压缩感知的合成孔径聚焦超声成像方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤(1),阵元总数为N的一维线性传感器阵列,采用合成孔径聚焦(Synthetic Aperture Focusing,SAF)的扫描模式;
步骤(2),对于空间中的一点P(r,θ),激励超声阵列发射单一频率的超声平面波信号S(t),且发射、接收通道的权值皆置为1,得到回波信号YSAF(t,r,θ);其中,t表示连续的时间参量,r表示P点到阵列中心点O的参考距离,θ表示P点与O点的连线和扫描线垂直平面的夹角,其中,发射信号由S(t)=[s1(t),s2(t),…,sN(t)]表示,回波信号由YSAF(t,r,θ)=[p1(t,r,θ),p2(t,r,θ),…,pN(t,r,θ)]表示,pn(t,r,θ)表示接收通道权值为1时,第n阵元的回波信号,1≤n≤N;
步骤(3),重复步骤(1)所述的发射过程,将发射通道权值置为1,接收通道权值置为0或
1的随机值,满足高斯随机分布,得到欠采样的回波信号YCS‑SAF(t,r,θ),其中,回波信号由YCS‑SAF(t,r,θ)=[pCS‑1(t,r,θ),pCS‑2(t,r,θ),…,pCS‑N(t,r,θ)]表示,pCS‑n(t,r,θ)表示接收通道权值置为0或1的随机值时,第n阵元的回波信号,1≤n≤N;
步骤(4),在不考虑距离r对波束形成的影响下,将步骤(2)所述的回波信号子元素pn(t,r,θ),改写为pn(t,r,θ)=pn(t,θ)=sn(t)sn(‑τn(θ));将步骤3所述的回波信号子元素pCS‑n(t,r,θ),改写为pCS‑n(t,r,θ)=pCS‑n(t,θ)=sCS‑n(t)sCS‑n(‑τCS‑n(θ)),其中,τn(θ)表示接收通道权值为1时第n个阵元的延时,τCS‑n(θ)表示接收通道权值为0或1的随机值时第n个阵元的延时,1≤n≤N;由于步骤2所述S(t)为单一频率平面波信号,故pn(t,θ)和pCS‑n(t,θ)只与θ有关,即pn(t,θ)=pn(θ)=sn(‑τn(θ))、pCS‑n(t,θ)=pCS‑n(θ)=sCS‑n(‑τCS‑n(θ));步骤2、3所述信号分别改写为YSAF(t,r,θ)=YSAF(θ)=[s1(‑τ1(θ)),s2(‑τ2(θ)),…,sN(‑τN(θ))],YCS‑SAF(t,r,θ)=YCS‑SAF(θ)=[sCS‑1(‑τCS‑1(θ)),sCS‑2(‑τCS‑2(θ)),…,sCS‑N(‑τCS‑N(θ))];
步骤(5),将步骤(4)的YSAF(θ)进行稀疏表示,计算出稀疏矩阵ψ,所述YCS‑SAF(θ)和YSAF(θ)通过测量信号公式,计算出测量矩阵Φ;
步骤(6),将步骤(4)所述测量信号YCS‑SAF(θ)、步骤(5)所述稀疏矩阵ψ和测量矩阵Φ导入贪婪匹配追踪算法中,重建信号YSAF(θ);
步骤(7),对步骤(6)所述信号YSAF(θ)进行成像处理。
2.根据权利要求1所述的基于压缩感知的合成孔径聚焦超声成像方法,其特征在于:所述步骤(1)中SAF扫描模式,发射、接收每次只有一个阵元有效,且为同一个阵元。
3.根据权利要求1所述的基于压缩感知的合成孔径聚焦超声成像方法,其特征在于:所述步骤(4)中YSAF(θ)和YCS‑SAF(θ)的获取步骤如下:步骤(4‑1),将阵列的发射、接收通道权值都置为1,并把单一频率平面波信号表示为其中, 表示以自然常数为底的指数函数,j表示虚数单位, ω0为角频率;则所述步骤4中pn(t,θ)表示为
步骤(4‑2),将阵列的发射通道权值置为1,接收通道权值置为0或1的随机值,并满足高斯随机分布,则所述步骤4中pCS‑n(t,θ)表示为步骤(4‑3),所述步骤4‑1中τn(θ)表示为 其中,xn表示接收通道权值为1时,P点到第n个阵元中心的距离,c表示超声声速;所述步骤(4‑2)中τCS‑n(θ)可以表示为其中,xCS‑n表示接收通道权值为0或1的随机值时,P点到第n个阵元中心的距离,c表示超声声速;由此得到所述步骤(4‑1)中 所述步骤(4‑
2)中 其中,k0表示波数,
步骤(4‑4),不计单一频率平面波信号 对所述步骤4‑3中接收信号pn(t,θ)和pCS‑n(t,θ)的影响,得
步骤(4‑5),YSAF(θ)改为 所述步骤(4)中YCS‑SAF(θ)改为
4.根据权利要求1所述的基于压缩感知的合成孔径聚焦超声成像方法,其特征在于:所述步骤(5)中稀疏矩阵ψ可由式YSAF(θ)=Ψv(θ)计算,式中,v(θ)为稀疏系数;所述步骤(5)中测量矩阵Φ可由式YCS‑SAF(θ)=ΦYSAF(θ)计算。
5.根据权利要求1所述的基于压缩感知的合成孔径聚焦超声成像方法,其特征在于:所述步骤(6)中采用正交匹配追踪算法(Orthogonal Matching Pursuit)OMP。