[發明專利]一種基于改進非局部均值的CPMG信號去噪算法

有效

• 申請號: 201410660768.1
• 申請日: 2014-11-19
• 公開（公告）號: CN104462014A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 趙彬;聶生東;王麗嘉;周小龍;蘇冠群;張英力;楊培強
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G06F17/00
• 分類號: G06F17/00
• 代理公司: 上海卓陽知識產權代理事務所(普通合伙) 31262
• 代理人: 金重慶

技術領域

本發明涉及信號處理領域，特別涉及低場核磁共振信號的降噪方法領域，具體地說，是一種基于改進非局部均值的CPMG信號去噪算法。?

背景技術

目前，低場核磁共振技術在能源勘探、地下水源尋找、災害防治、食品化工的在線無損檢測等方面應用十分廣泛。低場核磁共振在使用弛豫信息進行分析和檢測的應用領域中具有無可替代的地位。首先，高場強情況下單次掃描的脈沖個數受到限制（脈沖個數過多會造成能源浪費，同時頻繁的高能沖擊會對接收線圈，特別是前置放大器造成很大的損害），而要得到準確的弛豫譜，就必須給予足夠多的數據。如果使用低場核磁共振檢測技術，可以很容易的獲取多個回波數據。其次，當樣品中存在順磁性物質或鐵磁性物質時，高場強下誘發的強內部梯度場會嚴重影響到主磁場的均勻性，因此只能使用低場設備進行檢測。最后，低場核磁設備易于小型化，更容易進行磁屏蔽和電磁屏蔽，而且價格低廉，這些特點推動了低場核磁共振檢測技術在各行各業中的廣泛應用。?

然而，采用低場核磁共振技術進行檢測時，接收到的回波信號微弱且信噪比低，真實的信號容易淹沒在背景噪聲中，嚴重影響到后續的反演等操作的準確性。目前，信號處理領域中信號降噪的方法很多，現有的核磁共振信號降噪算法大致可歸為三類：純時域降噪算法、純頻域降噪算法、時-頻降噪算法。純時域算法是核磁共振中較早開始研究的信號降噪算法，其中較為經典的是時間平均法，該算法就是對譜線進行多次重復的掃描，把每次掃描的結果在時間平均計算機上加起來，然后將結果除以累加次數得到最后輸出。雖然理論上通過盡可能多的重復采集可以提高SNR，但是這樣會大大延長數據處理時間，因而在實際應用中存在局限性。純頻域算法是傳統的基于傅里葉變換的信號降噪算法，噪聲是一個偶然過程，而信號是周期性變化的過程，這兩個過程的頻譜寬度是不一樣的，所以可以利用信號與噪聲的頻譜差別來濾除噪聲。當信號與噪聲頻譜接近或混疊，純頻域降噪效果不是很好。時-頻降噪算法的原理就是：將含噪信號經過時-頻變換后，有用信號一般集中在少數的變換系數上，而噪聲通常分布在各個變換系數上。在信號集中的少數系數上SNR高，對這部分系數予以保留；而在其它噪聲集中的系數上SNR低，對于這些系數，通過設定閾值等方式進行處理，最后將處理后的系數進行逆變換，就得到了降噪后的信號。較為常用的時-頻降噪算法主要包括：O.Ahmed和M.Fahmy提出的SLTF變換下的核磁共振信號降噪算法，Y.Lu和S.Joshi等人提出的Gabor變換下的核磁共振信號降噪算法，P.Angelidis和GSergiads提出的Zak變換下的核磁共振信號降噪算法和小波算法。?

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中的不足，提供一種基于改進非局部均值的CPMG信號去噪算法。?

為實現上述目的，本發明采取的技術方案是：一種基于改進非局部均值的CPMG信號去噪算法，包括如下步驟：?

a.輸入待降噪的低場核磁共振CPMG回波信號；

b.計算出輸入的CPMG回波信號從首點開始到回波信號幅度下降至首點幅度的30%之間的點的個數，并將點的個數作為整個濾波算法的搜索窗寬度；

c.根據CPMG回波信號各點的數據方差大小按照線性函數求取相似窗口的大小；

d.利用Stein無偏風險估計的方法求取非局部均值算法的最優衰減參數的大小；

e.利用步驟b、c和d所求得的參數按照非局部均值算法對信號進行最終濾波。

步驟c中所述的求取相似窗口的大小，可按如下步驟獲得：?

2.1首先取半徑長度為R的固定線寬，以CPMG回波信號點作為線寬的中心，然后按照公式（1）計算所述的線寬范圍內的數據方差并作為中心信號點的數據方差，依次改變線寬中心點的位置可求得CPMG回波信號點的所有數據方差，最后將每個點的數據方差存儲在與信號同樣大小的向量中。其中為該信號段數據的平均值，I_t是輸入信號的幅值，I_i+t是以I_t為中心的鄰域信號點的幅值，且-R≤i≤?R；