[發明專利]一種合成孔徑壓縮感知超聲成像中的高效能稀疏字典的設計方法

有效

• 申請號: 201710040267.7
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106802418B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 王平;李娜;羅漢武;曹永東;王東升;李猛克;崔士剛;陳師寬;江金洋;杜煒;謝解解;石軼哲;倪磊;楊飛;李剛健
• 申請（專利權）人: 重慶大學;國網內蒙古東部電力有限公司檢修分公司
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89;G01S7/539
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明公布了一種合成孔徑壓縮感知超聲成像中的高效能稀疏字典的設計方法，屬于超聲成像技術領域。該方法包括如下步驟：超聲陣列接收的連續回波信號進行放大處理和A/D轉換，獲得超聲成像所需要的回波信號x；選取delta矩陣作為合成孔徑壓縮感知超聲成像的測量矩陣，對回波信號x進行非均勻壓縮采樣，得到測量信號y；利用發射脈沖作為基函數構造高效能稀疏字典Ψ；根據delta矩陣、測量信號y以及高效能稀疏字典Ψ構建合成孔徑壓縮感知超聲成像的數學模型，通過該模型和重構算法得到重建原始回波信號利用重建原始回波信號進行波束合成并最終成像；本發明能讓回波信號以更高的壓縮率實現相同的恢復效果，進一步減少合成孔徑成像所需存儲的數據量、降低超聲成像系統的復雜度。

技術領域

本發明屬于超聲成像技術領域，具體涉及一種合成孔徑壓縮感知超聲成像中的高效能稀疏字典的設計方法。

背景技術

合成孔徑成像是目前超聲成像中用于提高圖像分辨率、改善成像質量的一種方法。這種技術最早由Passman在1996年提出，其基本思想是單個陣元依次發射脈沖信號，全部陣元同時接收來自檢測區域的散射信號，然后對所有陣元數據進行處理得到最終的醫學圖像，因此需要存儲的回波數據量十分巨大，增加了硬件實現的復雜度。壓縮感知是近年來針對高速數據采集與大容量數據存儲而提出的一種解決辦法，該理論認為當信號本身或在某個變換域上是稀疏的，則通過重構算法便可以從少量采樣數據中以極高的精度重建原始信號，減少需要存儲的數據量，降低硬件實現復雜度。

由于壓縮感知首先要將待恢復信號變換到某一個稀疏域中，常見的重構算法是先重構出稀疏域中的稀疏表示系數進而恢復出原始信號，因而信號在稀疏域中的稀疏系數直接決定了重構的效果。在相同重構條件下，稀疏系數越稀疏，即非零元素越少，重構精度越高，該稀疏字典的效能就越好。目前常用的稀疏變換矩陣有：離散傅立葉變換(DiscreteFourier Transform,DFT)矩陣、離散正交余弦變換(Discrete cosine transform,DCT)矩陣、小波變換(Discrete Wavelet Transform,DWT)矩陣、離散沃爾什-哈爾瑪變換(Discrete Walsh-Hadamard Transform,DWHT)矩陣等。而常見的稀疏矩陣缺少針對性，特別是當應用于超聲回波信號這種具有重復疊加特性的信號時，并沒有充分利用信號自身的特點，故其稀疏表示能力有限，重構精度低，在低壓縮率下難以保證重構圖像的效果。因此設計高效能的稀疏字典是合成孔徑壓縮感知超聲成像應用研究的熱點。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種合成孔徑壓縮感知超聲成像中的高效能稀疏字典的設計方法。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種合成孔徑壓縮感知超聲成像中的高效能稀疏字典的設計方法，該方法包括以下步驟：

1)聲陣列接收的連續回波信號x(t)進行放大處理和A/D轉換，獲得超聲成像所需要的回波信號x；

2)選取delta矩陣作為合成孔徑壓縮感知超聲成像的測量矩陣，對回波信號x進行一定比例的非均勻壓縮采樣，得到測量信號y；

3)利用發射脈沖s(t)作為基函數構造高效能稀疏字典Ψ；

4)根據delta矩陣、測量信號y以及高效能稀疏字典Ψ構建合成孔徑壓縮感知超聲成像的數學模型；

5)通過合成孔徑壓縮感知超聲成像的數學模型和重構算法得到重建原始回波信號

6)利用重建原始回波信號進行波束合成并最終成像；

進一步，在步驟2)中，具體包括：

21)根據回波信號x的長度N以及選定的壓縮采樣率p，計算測量信號y的長度M＝p·N；