[發明專利]一種基于Chirp碼的正交稀疏字典設計方法

在審

• 申請號: 201811243842.4
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109188409A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 王平;孔露;羅漢武;李昉;李猛克;崔士剛;陳師寬;趙振東;劉斌;薛楓;杜婷婷;孔美婭;李錫濤;柳學功;楊飛;石軼哲;李佳琦;姜佳昕
• 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: G01S7/539
• 分類號: G01S7/539;G01S15/89
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

本發明涉及一種基于Chirp碼的正交稀疏字典設計方法，屬于超聲成像技術領域；該方法包括：S1：在超聲發射信號中采用經過加窗函數處理的Chirp碼激勵信號；S2：對接收到的超聲回波信號進行處理，并用矩陣形式重新描述；S3：結合頻域稀疏信號的稀疏表示，構造出用于超聲回波稀疏表示的正交字典；S4：用測量矩陣對稀疏化的信號進行測量，將原始信號從高維空間向低維空間投影；S5：通過重構算法求解最優化問題，得到原始信號的系數向量；S6：利用系數向量恢復出原始信號，從而進行超聲成像。本發明能夠在較低采樣率的情況下重構出高精度的原始信號，從而降低超聲系統存儲空間和硬件實現的復雜度。

技術領域

本發明屬于超聲成像技術領域，涉及一種基于Chirp碼的正交稀疏字典設計方法。

背景技術

在超聲成像過程中，會產生的大量回波數據，為數據的儲存和傳輸帶來很大的麻煩，增加了硬件實現的復雜度。2006年，由Candes和Donoho提出的壓縮感知理論，正是針對高速數據采集與大數據存儲而提出的一種解決辦法，該理論表明如果信號本身具有稀疏性或在某個變換域上是稀疏的，則可以通過重構算法從少量采樣數據中準確地恢復出原始信號。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。壓縮感知理論測量的數據量遠小于Nyquist采樣定理獲取的數據量，但不會明顯影響原始信號的重建效果。在相同重構條件下，稀疏系數越稀疏，即用最少的系數來表示信號，則該稀疏字典的效果就越好。但是，在傳統的基于稀疏表示的重建中，稀疏表示的過程并沒有考慮數據的結構特征。所以常見的稀疏矩陣缺少針對性，特別是應用于超聲回波這種具有重復疊加特性的信號時，信號不能很好地被稀疏表示，從而導致重構圖像質量差。

當壓縮感知采樣的數據量占全采樣數據量比例較小時，用重構算法恢復原始超聲回波信號會帶來較大誤差。超聲編碼發射技術在不增加超聲發射信號功率的前提下，可以實現超聲發射信號能量的提高，能夠有效提高超聲回波信號的魯棒性，抑制旁瓣，提高成像對比度。因此，為了在低采樣率下得到較好的重構超聲成像質量，本發明將編碼技術與壓縮感知理論相結合，提出了融合Chirp編碼的壓縮感知超聲成像算法。但是由Chirp碼信號的頻譜易知，Chirp碼回波信號在頻域上是不稀疏的。

綜上所述，現急需發明一種能夠對超聲回波信號進行稀疏表示的稀疏字典，并且在較低采樣率下能以較高精度重構出原始信號，保證超聲成像質量。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于Chirp碼的正交稀疏字典設計方法，該正交稀疏字典能對超聲信號進行很好的稀疏表示，有效克服傳統稀疏字典對超聲信號稀疏能力不足的缺陷，能在較低采樣率下以極高的精度重構出原始信號，從而保證超聲成像質量。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于Chirp碼的正交稀疏字典設計方法，包括以下步驟：

S1：在超聲發射信號中采用經過加窗函數處理的Chirp碼激勵信號，增加發射信號能量；

S2：對接收到的回波信號進行處理，并用矩陣形式重新描述；

S3：結合頻域稀疏信號的稀疏表示，構造出用于超聲回波稀疏表示的正交字典；

S4：用測量矩陣對稀疏化的信號進行測量，將原始信號從高維空間向低維空間投影；

S5：通過重構算法求解最優化問題，得到原始信號的系數向量；

S6：利用系數向量恢復出原始信號，從而進行超聲成像。

進一步，在步驟S1中，所述窗函數w(k)表示為：

其中，K為所加窗函數寬度，k為第k個加窗函數處理位置；經過窗函數w(k)處理之后的Chirp信號作為超聲發射信號。