[發明專利]斷層攝影成像系統、斷層攝影成像方法和存儲介質

在審

• 申請號: 201980092685.8
• 申請日: 2019-10-11
• 公開（公告）號: CN113454686A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: H·曼蘇爾;A·卡杜;P·布富諾斯;劉德紅
• 申請（專利權）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 劉久亮;黃綸偉

一種斷層攝影成像系統接收由對象的內部結構散射的波場的頻率集合處的測量結果，遞歸地重構對象的內部結構的圖像，直到滿足終止條件為止，并且渲染重構圖像。對于當前迭代，該系統將頻率添加到先前迭代期間使用的先前頻率集合以產生當前頻率集合，使得添加的頻率高于先前頻率集合中的任何頻率，并且重構對象的內部結構的當前圖像，該當前圖像將在當前頻率集合處測量的散射波場的一部分與從當前圖像合成的波場之間的差最小化。在先前迭代期間確定的先前圖像初始化當前圖像的重構。

技術領域

本發明涉及斷層攝影，并且更具體地，涉及通過解決逆散射問題來重構對象的內部結構的圖像的斷層攝影成像系統。

背景技術

對材料內的介電常數的空間分布的了解對于許多應用(諸如微波成像、生物顯微鏡、醫學成像、穿墻成像(TWI)、基礎設施監測和地震成像)非常重要。特別是，介電常數的確定能夠使材料的內部結構可視化并表征其物理特性。例如，在微波成像中，介電常數提供了材料中的對象的結構和特性。在生物顯微鏡中，介電常數允許在三個維度上可視化內部單元結構。在TWI中，介電常數允許了解壁的介電特性并使用該信息來補償通過壁傳播的信號的延遲。

在典型的情況下，發射器發出諸如電磁(EM)、光或聲脈沖等信號，該信號通過材料傳播，從材料內部的各種結構反射，并傳播到接收器天線陣列。然后，通過數字生成表示介電常數在材料中的分布的圖像來可視化材料的成分。這種圖像的示例包括對象內部的材料的折射率的圖像。然而，根據材料的類型，接收到的反射通常是由傳播脈沖的多次反射和/或折射(由于材料中的結構的多次散射造成的)引起的，這會導致干擾重構圖像的偽影。

因此，需要一種確定材料的介電常數的分布的圖像的方法，該圖像解釋了通過材料傳播的探測脈沖的多次散射。然而，脈沖的多次散射以非線性方式影響脈沖，使得這種確定更加困難。參見，例如，U.S.Pub.2017/0261538。

發明內容

一些實施方式的目的是重構用有限帶寬的電磁波或聲波探測的對象的內部結構的圖像以測量對象周圍的散射波場。傳播到對象內部的入射波場在對象內部的材料的邊界上產生多個散射波。因此，散射波包含與材料特性的空間分布有關的信息，這導致在許多領域的應用，諸如無損檢測、光學斷層掃描、地球物理成像、探地雷達和醫學成像。例如，重構圖像中的材料特性的空間分布可以由對象內部的材料的折射率和/或對象內部的材料的介電常數的分布表示。

一些實施方式基于這樣的圖像可以通過解決逆散射問題來重構的認識。實際上，探測脈沖的輸入波場是已知的，并且可以測量散射波場。逆散射問題旨在找到將已知輸入波場轉換為散射波場的測量反射的材料的介電常數的分布。然而，逆散射問題是不適定的并且難以解決。

此外，逆散射中存在兩種獲取模式：傳輸模式和反射模式，在傳輸模式中，發射器和接收器位于材料的相對側，在反射模式中，發射器和接收器位于對象的相同側。反射設置通常是由于只允許訪問材料的一側的限制而產生的，就像在地下成像的情況一樣。為此，反射設置在某些應用中是有效的，但是會導致逆散射問題嚴重不適定的反射斷層掃描場景，因為測量的波場包含的與對象有關的空間頻率信息要少得多。為此，一個實施方式的目的是提供適用于反射斷層攝影成像的方法和系統。

一些實施方式基于以下認識：用于重構對象的內部結構的逆散射問題可以通過將表示散射波場與從對象的內部結構的圖像合成的波場之間的差的成本函數最小化來解決。然而，輸入波場對于不同頻率被不同地散射，使散射波場復雜化，并使成本函數高度非線性，具有多個局部最小值。因此，最小化這種成本函數的逆散射問題是一個具有挑戰性的問題，據我們所知，尚未完全解決。

然而，一些實施方式基于以下認識：與較高頻率分量相比，入射波場的低頻分量能夠進一步滲透到對象的材料中并且表現出與對象的內部結構的較弱相互作用。由于相互作用較弱，所以低頻波場穿透期間發生的散射事件較少。因此，與較高頻率相比，對應于較低頻率的測量結果失配成本函數具有較少的局部最小值。與較高頻率測量結果相比，較低頻率測量包含較少的空間細節，但是它們可以用于初始化對較高頻率測量結果的逆散射問題的優化。