[發(fā)明專利]基于特征空間分解的多重變跡快速自適應(yīng)波束合成方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201710209759.4 | 申請日： | 2017-03-31 |
| 公開（公告）號： | CN106842212B | 公開（公告）日： | 2019-08-23 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 萬明習(xí);柏晨;紀(jì)美伶 | 申請（專利權(quán)）人： | 西安交通大學(xué) |
| 主分類號： | G01S15/89 | 分類號： | G01S15/89 |
| 代理公司： | 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200 | 代理人： | 范巍 |
| 地址： | 710049 陜*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 特征 空間 分解 多重 快速 自適應(yīng) 波束 合成 方法 | ||
本發(fā)明提供一種基于特征空間分解的多重變跡快速自適應(yīng)波束合成方法：預(yù)先在給定的成像環(huán)境下采用EIBMV波束合成得到各通道的權(quán)值向量，對此權(quán)值向量進(jìn)行主成分分析得到的主成分作為真正的EIBMV權(quán)值進(jìn)行波束合成，波束合成的權(quán)值可以采用此預(yù)先求知的權(quán)值向量，因此簡化計(jì)算過程。本發(fā)明將提高對比度的EIBMV波束合成與降低計(jì)算量的PCA、提高圖像分辨率的DAX和NSI組合在一起，實(shí)現(xiàn)了一維和二維基于特征空間分解的多重變跡快速自適應(yīng)波束合成方法，克服了MV波束合成得到圖像對比度、分辨率不佳等問題。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于超聲成像領(lǐng)域，具體針對超聲成像的波束合成過程，旨在提供一種可保證超聲圖像質(zhì)量的同時(shí)降低運(yùn)算過程的復(fù)雜度、提高成像效率的基于特征空間分解的多重變跡快速自適應(yīng)波束合成方法。
背景技術(shù)
在現(xiàn)代超聲設(shè)備中，有兩大要素決定了最終成像的質(zhì)量，其一是設(shè)備的硬件水平，其二就是成像方法，而成像過程中最關(guān)鍵的技術(shù)就是波束合成。相比成像方法而言，硬件設(shè)施的升級更新需要很高的工藝水平，也意味著成本需求的增加，因此新型高效的波束合成方法的研究一直是超聲成像領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
目前應(yīng)用最為廣泛的波束合成方法是延時(shí)疊加(Delay and Sum，DAS)波束合成，其基本思路是將各陣元接收到的信號根據(jù)其與目標(biāo)點(diǎn)的距離進(jìn)行延時(shí)，然后將延時(shí)后的信號相加得到準(zhǔn)確的組織回波信號。但是DAS波束合成方法存在著很多問題：
1)DAS波束合成所形成的波束主瓣寬度較寬，旁瓣水平較高，圖像空間分辨率和對比度差；
2)為降低旁瓣水平，DAS波束合成一般采用的是傳統(tǒng)的變跡技術(shù)，即利用窗函數(shù)(例如漢寧窗)給參與合成波束的各接收陣元一個(gè)預(yù)先給定的權(quán)值，但是以增加主瓣寬度，即降低分辨率為代價(jià)。
在自適應(yīng)波束合成中，權(quán)值的選擇不再與接收信號無關(guān)，而是根據(jù)各陣元接收信號的特點(diǎn)來調(diào)整權(quán)值以使得在合成方向上信號能量最大，而盡量壓制來自其他方向的信號和干擾，其中最小方差(Minimum Variance，MV)自適應(yīng)波束合成的應(yīng)用最為廣泛，相比于DAS，MV波束合成在降低旁瓣水平的同時(shí)并沒有犧牲分辨率，但其中仍然存在一些問題：
1)MV波束合成對于旁瓣和雜波的抑制程度不夠，在圖像對比度的提高上沒有很大作用；
2)MV波束合成得到的圖像橫向分辨率可以進(jìn)一步改善；
3)MV波束合成過程中需要很大的計(jì)算量，難以用于實(shí)時(shí)成像。
針對以上不足，BabakMohammadzadehAsl提出了基于特征空間的MV波束合成，即EIBMV(Eigenspace-based Minimum Variance，EIBMV)波束合成，其中各接收陣元權(quán)值的獲取是通過將MV波束合成中的權(quán)值映射到接收信號協(xié)方差矩陣的特征空間，使得最終得到的超聲圖像在保持MV波束合成的高的橫向分辨率的同時(shí)，有效地壓制了旁瓣水平，提高了對比度。零值剪影成像(Null Subtraction Imaging,NSI)是在得到各通道權(quán)值之后，通過進(jìn)一步的變跡方法來降低旁瓣水平同時(shí)改善橫向分辨率。
而Chi HyungSeo針對旁瓣和雜波抑制提出了新的方法——互相關(guān)雙重變跡方法(Dual Apodization with cross-correlation，DAX)。對于各通道信號的加權(quán)又稱為變跡，而在傳統(tǒng)的波束合成中權(quán)值都是通過一次變跡得到的。在DAX中使用了一對變跡函數(shù)。這兩個(gè)變跡函數(shù)應(yīng)用之后會(huì)得到相似的主瓣信號(來自于合成方向上)和存在很大差異的旁瓣信號(來自于其他干擾方向)，因此將兩次變跡得到的信號相加并與兩者的歸一化互相關(guān)系數(shù)相乘就得到了旁瓣和雜波被有效壓制的所需信號。
為降低MV波束合成的計(jì)算復(fù)雜度，減少計(jì)算量，Kyuhong Kim等人提出了快速M(fèi)V波束合成，通過主成分分析(Principle Component Analysis，PCA)降低信號自相關(guān)矩陣的維數(shù)來降低波束合成的復(fù)雜度。
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