利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2018115145035
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

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)所述的接收信号子元素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(5)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。